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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Lenksystem zur Übertragung von Kräften von einer Lenkeinheit auf eine zu lenkende Einheit. Die Lenkeinheit weist hierbei beispielsweise einen Lenker wie einen Fahrradlenker auf. Bei der zu lenkenden Einheit handelt es sich insbesondere um eines oder mehrere Vorder- oder Hinterräder eines ein- oder mehrspurigen Fahrzeugs.
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Im Straßenverkehr, insbesondere im städtischen Straßenverkehr nimmt die Anzahl an Fahrrädern, Lastenrädern und auch leichten elektrifizierten Fahrzeugen zu. Hierbei kann es sich um einspurige oder auch mehrspurige Fahrzeuge handeln, die zur Beförderung von Personen und auch Lasten dienen können. Insbesondere bei Lastenrädern und dergleichen ist der Radstand häufig lang. Häufig ist eine unmittelbare Verbindung des Lenkers oder eines Steuerrohrs mit dem Gabelschaft einer Gabel, wie bei herkömmlichen Fahrrädern, nicht möglich. Der Gabelschaft des zu lenkenden Rades weist dabei einen nicht unerheblichen Abstand zu dem mit dem Lenker verbundenen Steuerrohr auf.
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Zur Verbindung des Steuerrohrs mit einem Gabelschaft sind unterschiedliche Systeme bekannt. Beispielsweise sind Verbindungen über Schubstangen bekannt, die jeweils exzentrisch zur Achse des Steuerrohrs sowie zur Achse des Gabelrohrs angeordnet sein müssen, um eine entsprechende Kraftübertragung von der Lenkeinheit auf die zu lenkende Einheit zu ermöglichen. Derartige Systeme weisen jedoch eine geringe Steifigkeit auf und benötigen ferner einen großen Bauraum. Auch sind derartige Systeme hinsichtlich ihrer Funktionalität anfällig, wenn beispielsweise ein Verbiegen einer Schubstange erfolgt. Auch ist der Wendekreis derartiger Systeme gering. Es ist jedoch insbesondere bei Fahrzeugen mit langem Radstand wie Lastenfahrrädern von großer Bedeutung, einen kleinen Wendekreis zu ermöglichen.
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Des Weiteren sind Seilzugsysteme bekannt, bei denen Seilzüge wiederum exzentrisch zum Steuerrohr sowie zum Gabelrohr angeordnet sein müssen. Seilzüge haben grundsätzlich den Vorteil, dass das Verlegen der insbesondere in Hülsen angeordneten Seilzüge einfacher und flexibler ist und auch die Gefahr des Beschädigens der Seilzüge geringer ist. Andererseits weisen Seilzüge den wesentlichen Nachteil auf, dass eine Längung der Seilzüge auftritt und somit stets ein Nachjustieren erforderlich ist. Ferner weisen auch derartige Systeme einen relativ großen Bauraum auf. Ferner ist es bei der Verwendung von Seilzuglenkungen erforderlich, dass diese gespannt werden, um spielfrei zu arbeiten. Hierdurch werden die Bedienkräfte vergrößert.
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Des Weiteren sind elektrische Systeme bekannt, bei denen keine mechanische, sondern nur eine elektrische Verbindung vorgesehen ist. Über Sensoren wird der Lenkeinschlag aufgenommen, elektrisch übertragen, und über Stellmotoren erfolgt das entsprechende Schwenken der zu lenkenden Einheit. Derartige Systeme erfordern jedoch das zusätzliche Vorsehen von elektrisch angetriebenen Stellmotoren. Ferner ist aufgrund einer fehlenden mechanischen Verbindung zwischen der Lenkeinheit und der zu lenkenden Einheit beim Ausfall von der die Stellmotoren antreibenden Energie ein Lenken des Fahrzeugs nicht mehr möglich.
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Ein weiteres System ist in
EP 3 428 050 beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein hydraulisches Lenksystem. Über in einem Abstand zum Steuerrohr angeordnete Kolbenstangen werden Hydraulikkolben durch das Schwenken des Lenkers betätigt. Die beiden Hydraulikkolben sind über Hydraulikleitungen mit im Bereich der zu lenkenden Einheit vorgesehenen weiteren Hydraulikkolben verbunden. Diese Hydraulikkolben weisen Kolbenstangen auf, die sodann in einem Abstand zum Gabelrohr mit der zu lenkenden Einheit verbunden sind. Auch dieses System benötigt jedoch einen relativ großen Bauraum. Auch ist aufgrund der erforderlichen Anordnung der Hydraulikkolben der Lenkeinschlag und somit der Wendekreis beschränkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisches Lenksystem zur Kraftübertragung von einer Lenkeinheit auf eine zu lenkende Einheit zu schaffen, das einen geringen Bauraum aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein hydraulisches Lenksystem nach Anspruch 1.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem dient zur Kraftübertragung von einer Lenkeinheit auf eine zu lenkende Einheit. Die Lenkeinheit kann hierbei insbesondere einen Fahrradlenker oder dergleichen aufweisen. Bei der zu lenkenden Einheit kann es sich um einzelne oder mehrere Räder insbesondere eines Fahrrads handeln. Das hydraulische Lenksystem ist für einspurige oder mehrspurige Fahrzeuge, insbesondere Fahrräder, Lastenräder, aber auch leichte, insbesondere elektrifizierte Fahrzeuge geeignet. Bei leichten elektrifizierten Fahrzeugen handelt es sich insbesondere um Pedelecs. Ferner werden hierunter auch Fahrzeuge der Klasse L bezeichnet, die insbesondere sogenannte Velomobile oder Velocars umfasst.
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Die Lenkeinheit weist ein Steuerrohr auf. Dieses ist mit einem Lenker, einem Lenkrad oder dergleichen verbindbar, wobei die Lenkbewegung zu einer Drehbewegung bzw. Schwenkbewegung des Steuerrohrs um dessen Längsachse führt. Das Steuerrohr ist mit einer Hydraulikeinrichtung verbunden, die zumindest zwei Hydraulikkammern aufweist. Hierbei bewirkt das Drehen bzw. Schwenken des Steuerrohrs eine Volumenänderung insbesondere in beiden Hydraulikkammern. Die Hydraulikkammern sind jeweils über eine Hydraulikleitung mit einer Hydraulikeinrichtung verbunden, die wiederum mit der zu lenkenden Einheit verbunden ist. Über die Hydraulikeinrichtungen wird somit ein Hydraulikfluid zwischen den Kammern der Hydraulikeinrichtungen transportiert.
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Erfindungsgemäß ist die Hydraulikeinrichtung, die mit der Lenkeinheit verbunden ist, derart ausgebildet, dass sie das Steuerrohr zumindest teilweise umgibt. Vorzugsweise sind insbesondere die beiden Hydraulikkammern der Hydraulikeinrichtung derart angeordnet, dass sie nahe des Steuerrohrs angeordnet sind und dieses insbesondere teilweise umgeben. Gegenüber Hydraulikkolben, die eine Linearbewegung eines Kolbens erfordern, ist die erfindungsgemäße Hydraulikeinrichtung aufgrund ihrer Anordnung als das Steuerrohr zumindest teilweise umgebende Hydraulikeinrichtung deutlich kleiner und somit bauraumsparender ausgebildet.
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Die Hydraulikeinrichtung, die mit der zu lenkenden Einheit verbunden ist, kann beispielsweise zwei Linearkolben aufweisen, die in einem radialen Abstand zu einem Gabelrohr angeordnet sind. Hierdurch kann ein Schwenken des Gabelrohrs auf einfache Weise realisiert werden. Vorzugsweise ist die Hydraulikeinrichtung, die mit der zu lenkenden Einheit verbunden ist, technisch ähnlich und insbesondere technisch identisch zu der Hydraulikeinheit ausgebildet, die mit der Lenkeinheit verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass auch diese Hydraulikeinheit einen sehr geringen Bauraum aufweist.
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In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das Steuerrohr mittelbar oder unmittelbar mit einem Verdrängungselement verbunden. Das Verdrängungselement dient vorzugsweise als bewegliches Element in zumindest einer der Hydraulikkammern. Durch Bewegen des Verdrängungs- bzw. Bewegungselements erfolgt eine Volumenveränderung zumindest einer der Hydraulikkammern. Besonders bevorzugt ist es, dass das Verdrängungselement ein Bewegungselement für beide Hydraulikkammern ausbildet. Bei einer durch das Schwenken des Steuerrohrs hervorgerufenen Volumenverringerung in einer der beiden Hydraulikkammern erfolgt gleichzeitig eine entsprechende Volumenvergrößerung in der anderen Hydraulikkammer. Die Volumenveränderung in den beiden Kammern erfolgt somit in besonders bevorzugter Ausführungsform gleichzeitig. Hierbei sind die Kammern vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Summe der beiden Kammervolumina unabhängig von der Schwenkposition des Verdrängungselements konstant bleibt.
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Besonders bevorzugt ist es, dass das Verdrängungselement auf einer gekrümmten Bahn, insbesondere einer Kreisbahn bewegt wird. Insbesondere bewegt sich das Verdrängungselement auf einer Kreisbahn um die Längsachse des Steuerrohrs. Dies ist zur Realisierung einer kompakten Bauweise besonders vorteilhaft.
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Vorzugsweise weist die Hydraulikkammer ein eine gekrümmte Innenseite mit konstantem Krümmungsradius auf. Dies ist insbesondere in einem Schwenkbereich des Verdrängungselements vorteilhaft. Ohne Veränderung der Form oder Lage der Verdrängungselements ist es somit beispielsweise möglich, das Volumen innerhalb der Hydraulikkammern zu verändern. Ggf. könnte das Verdrängungselement auch zumindest teilweise elastisch ausgebildet sein, um sich einem im Schwenkbereich verändernden Radius der Innenseite anzupassen. Ebenso könnte das Verdrängungselement einen Schieber aufweisen, der in radiale Richtung verschiebbar ist und stets an der Innenseite anliegt. Hierzu wäre ein elastisch verformbarer und/oder federbelasteter Schieber geeignet. Bevorzugt ist es, ein starres Verdrängungselement vorzusehen, da dieses insbesondere technisch einfacher ausgestaltet werden kann.
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Das Verdrängungselement weist ferner in bevorzugter Ausführungsform ein Dichtelement auf, das an der Innenseite anliegt. Hierbei kann es sich um ein elastisches Dichtelement wie eine Dichtlippe handeln.
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Vorzugsweise sind beide Hydraulikkammern durch ein gemeinsames Wandelement begrenzt, das vorzugsweise dem Verdrängungselement gegenüberliegend angeordnet ist. Das Wandelement ist vorzugsweise stationär angeordnet.
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In besonders bevorzugter Ausführungsform sind insbesondere beide Hydraulikkammern derart ausgebildet, dass sie einen teilringförmigen Querschnitt aufweisen. Ferner ist das Verdrängungselement hierbei derart ausgebildet, dass es gleichzeitig als Verdrängungselement für beide Hydraulikkammern dient. Eine Volumenverringerung der einen Kammer bewirkt somit unmittelbar eine Volumenvergrößerung der anderen Kammer. Dies kann bei einer vorzugsweise festen Verbindung des Verdrängungselements mit dem Steuerrohr auf einfache Weise realisiert werden. Hierbei kann das Verdrängungselement ähnlich eines Steges in radiale Richtung zum Steuerrohr verlaufen und mit diesem fest verbunden sein. Ggf. ist das Verdrängungselement über einen Zwischenring mit dem Steuerrohr verbunden. Ein derartiger Zwischenring weist einen Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Steuerrohrs im Wesentlichen entspricht und somit beispielsweise durch eine Presspassung auf dem Steuerrohr fixiert sein kann.
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Zur weiteren Begrenzung der beiden Hydraulikkammern in Umfangsrichtung ist vorzugsweise das Wandelement vorgesehen. Dieses ist insbesondere stationär angeordnet und weist vorzugsweise an seiner nach innen in Richtung des Steuerrohrs bzw. des Zwischenrings weisenden Stirnseite eine Dichtung auf. Hierbei kann es sich um eine Dichtlippe handeln. Insbesondere können auch zwei gesonderte Dichtlippen vorgesehen sein, so dass in diesem Bereich ein Hydraulikaustausch zwischen den beiden Kammern vermieden ist.
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Die zu lenkende Einheit weist insbesondere einen Gabelschaft auf. Ebenso kann die zu lenkende Einheit mehrere zu lenkende Räder umfassen, so dass ggf. auch mehrere Gabelschafte / Radaufhängungen vorgesehen sind. Diese können jeweils mit einer gesonderten oder einer gemeinsamen Hydraulikeinrichtung zusammenwirken. Besonders bevorzugt ist es, dass die Hydraulikeinrichtung mit dem Gabelschaft verbunden ist. Insbesondere weist die Hydraulikeinrichtung zwei Hydraulikkammern auf, die jeweils mit einer der beiden Hydraulikleitungen verbunden sind, die mit der an der Lenkeinheit vorgesehenen Hydraulikeinrichtung verbunden sind. Vorzugsweise ist die Hydraulikeinrichtung, die an der Lenkeinheit vorgesehen ist, entsprechend ausgebildet, wie die mit der zu lenkenden Einheit verbundene Hydraulikeinrichtung. Insbesondere bewirkt eine Volumenänderung einer, insbesondere der beiden Hydraulikkammern eine Schwenk- bzw. Drehbewegung des Gabelschafts. Hierzu ist der Gabelschaft mit einem Verbindungselement verbunden, das im Wesentlichen dem Verdrängungselement entspricht, wobei die Kraftübertragung hier in entgegengesetzter Richtung erfolgt, da ein Verändern des Volumens in den Hydraulikkammern auf das Verbindungselement einwirkt und hierdurch ein Drehen bzw. Schwenken des Gabelschafts hervorgerufen wird.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die beiden Hydraulikeinrichtungen technisch im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
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Sofern die zu lenkende Einheit mehrere Räder und ggf. auch mehrere Hydraulikeinrichtungen umfasst, müssen die Volumina entsprechend angepasst werden. Auch müssen sodann jeweils von den beiden Hydraulikkammern der mit der Lenkeinheit verbundenen Hydraulikeinrichtung zwei Leitungen abgehen, die dann beispielsweise mit jeweils einer der Hydraulikkammern der beiden Hydraulikeinrichtungen bei zwei zu lenkenden Rädern verbunden sind. Auch kann eine Leitung von der entsprechenden Kammer abgehen, die sodann aufgeteilt wird. Die Volumina der Kammern der Hydraulikeinrichtungen, die mit der zu lenkenden Einheit verbunden sind, sind somit entsprechend kleiner bei zwei Hydraulikeinheiten, insbesondere halb so groß.
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Nachfolgernd wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems und
- 2-5 stark vereinfachte, unterschiedliche Ausgestaltungen des hydraulischen Lenksystems in Verbindung mit unterschiedlichen ein- und mehrspurigen Fahrzeugen.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem (1) weist eine mit einer Lenkeinheit 10 verbundene Hydraulikeinrichtung 12 sowie eine mit einer zu lenkenden Einheit 14 verbundene Hydraulikeinrichtung 16 auf. Ein Steuerrohr 18 der Lenkeinheit ist beispielsweise mit einem Lenker 20 verbunden und um seine Längsachse schwenkbar. Das Steuerrohr 18 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Zwischenring 22 umgeben, der fest mit der Außenseite des Steuerrohrs 18 verbunden ist. Der Zwischenring 22 ist von zwei im Querschnitt teilringförmigen Kammern 24, 26 umgeben. Die Kammern sind auf der Innenseite durch den Zwischenring 22 und auf der Außenseite durch ein Rohr 27 begrenzt. Ferner sind die Kammern 24, 26 durch ein ringförmiges Bodenelement und ein ringförmiges Deckenelement begrenzt. Zur Ausbildung von zwei Kammern 24, 26 ist mit dem Zwischenring 22 ein sich in radiale Richtung erstreckendes Verdrängungselement 28 vorgesehen. Das Verdrängungselement 28 liegt mit einem Dichtelement 30, das an der Stirnseite 32 des Verdrängungselements angeordnet ist, an der Innenseite 34 des Rohrs 27 an.
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Zur weiteren Begrenzung der beiden Hydraulikkammern 24, 26 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dem Verdrängungselement 28 gegenüberliegend ein Wandelement 36 angeordnet. Das Wandelement 36 ist stationär und insbesondere fest mit der Rohr 27 verbunden. An einer Außenseite 38 des Zwischenrings 22 liegen Dichtlippen oder dergleichen an, die mit dem Wandelement 36 verbunden sind.
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Mit der Hydraulikkammer 24 ist eine Hydraulikleitung 40 und mit der Hydraulikkammer 26 eine Hydraulikleitung 42 verbunden.
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In dem besonders bevorzugten dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikeinrichtung 16 technisch identisch zu der Hydraulikeinrichtung 12 ausgebildet. Insofern sind ähnliche Bauteile mit den identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Entsprechend dem Verdrängungselement 28 weist die Hydraulikeinrichtung 16 ein Verbindungselement 44 auf, das jedoch dieselbe Funktion realisiert. Beide Elemente wirken als eine Art Kolben. Der Zwischenring 22 der Hydraulikeinrichtung 16 ist mit einem Gabelschaft 46 verbunden.
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Beim Drehen des Steuerrohrs 18 im Uhrzeigersinn verringert sich das Volumen der Hydraulikkammer 26. Gleichzeitig vergrößert sich das Volumen der Hydraulikkammer 24. Dies führt dazu, dass Hydrauliköl aus der Kammer 26 der in 1 linken Hydraulikeinrichtung durch die Hydraulikleitung 42 in die Hydraulikkammer 24 der in 1 rechten Hydraulikeinrichtung gedrückt wird. Dies führt zu einer Drehbewegung des Rings 22 und somit auch des Gabelschafts 46 im Uhrzeigersinn. Gleichzeitig wird Hydraulikfluid aus der Kammer 26 der in 1 rechten Hydraulikeinrichtung durch die Leitung 40 in die Hydraulikkammer 24 der in 1 linken Hydraulikeinrichtung gefördert. Ein entsprechendes umgekehrtes Fördern von Hydraulikfluid erfolgt beim Drehen des Steuerrohrs 18 entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Bei einem einspurigen Fahrzeug bzw. bei einem Fahrzeug mit nur einem zu lenkenden Rad 48 (2) erfolgt, wie vorstehend anhand 1 beschrieben, auf einfache Weise bei einem Verschwenken des Lenkers 20 ein Schwenken des Rades 48 um die Achse des Gabelschafts 46.
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Sofern zwei Räder 48 gleichzeitig zu verschwenken sind (3), wie es beispielsweise bei einem zweispurigen Fahrzeug der Fall ist, ist vorzugsweise mit jedem Gabelschaft 46 eine Hydraulikeinrichtung 16 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Hydraulikeinrichtungen 16 jeweils über eine Hydraulikleitung 42 sowie jeweils über eine Hydraulikleitung 40 mit der Hydraulikeinrichtung 12 verbunden. Hierbei sind die Volumina der Kammern der Hydraulikeinrichtung 12 doppelt so groß wie die Volumina der Kammern der beiden Hydraulikeinrichtungen 16.
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Ebenso ist es möglich, wie in 4 dargestellt, dass bei einem zweispurigen System die beiden Räder 48 jeweils mit einer Hydraulikeinrichtung 16 verbunden sind, jedoch ein Verzweigen der Hydraulikleitungen 40, 42 erfolgt. Mit der mit der Lenkeinheit 10 verbundenen Hydraulikeinrichtung 12 ist somit je Hydraulikkammer eine Leitung 40, 42 verbunden, die sodann verzweigt wird, um mit den beiden Hydraulikeinrichtungen 16 verbunden zu werden.
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Des Weiteren ist es bei einem mehrspurigen Fahrzeug (5) möglich, dass die beiden zu lenkenden Räder 48 über eine gemeinsame Hydraulikeinrichtung 16 verschwenkt werden. Die gemeinsame Hydraulikeinrichtung 16 ist hierbei mit einem den Gabelschaft ersetzenden rohrförmigen Element 50 verbunden. Über ein Gestänge 52, 54, 56 erfolgt sodann ein synchrones Verschwenken der beiden Gabelschafte 46.
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In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner anstelle einer Lenkstange 20 ein Lenkrad 58 dargestellt, wobei diese Ausführung unabhängig von der Erfindung ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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