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Lenkeinheit für vorzugsweise
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batterie-elektrisch betriebene Fahrzeuge Die Erfindung betrifft eine
Lenkeinheit für vorzugsweise batterie-elektrisch betriebene Fahrzeuge, mit einem
handbetätigten Lenker an einer Lenkwelle und einer Lenkhilfeeinrichtung.
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Die Erfindung bezieht sich mit besonderem Vorteil auf batterieelektrisch
betriebene Fahrzeuge. Sie ist jedoch auch an anderen Fahrzeugen anwendbar.
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Lenkhilfseinrichtungen werden insbesondere an Straßen- und Industrie-Fahrzeugen
mit großen Lasten auf der Lenkachse angewandt. Es ist bekannt, solche Lenkhilfseinrichtungen
hydraulisch zu betreiben und durch einen Elektro-Motor anzutreiben.
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Dies wird auch für die Erfindung einbezogen.
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Solches Aggregat oder auch eine andere Ausführungsform einer Lenkhilfeeinrichtung
mit einem elektrischen Antriebsmotor ist
in der Regel ständig angeschlossen
und verbraucht während einer Arbeitsschicht erhebliche BRergie. Das ist besonders
nachteilig bei batterie-elektrisch betriebenen Pahrseugen, zumal die Energie durch
eine vorgegebene Batteriegröße begrenzt ist.
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Um den Batterieverbrauch gering zu halten, ist es bereits aus der
CH-PS 557 258 bekannt, die Lenkhilfeeinrichtung nur intermittierend einzuschalten,
und zwar gemäß dieser schweizerischen Patentschrift in Abhängigkeit von einem Grenzwert
des Lenkdrehmoments. Zu diesem Zweck ist die Lenksäule nach der schweizerischen
Patentschrift in besonderer Weise ausgestaltet, weil die eigentliche Lenksäule oder
ein Teil der Lenkung von einer Kupplung unterbrochen wird, deren federnd aneinander
gedrückten Hälften Klauen mit abgeschrägten Planken aufweisen, so daß bei Überschreitung
eines Drehmoments eine Kupplungshälfte axial verschoben wird. Bei einem bestimmten
Wert dieser Verschiebung wird ein Schalter betätigt, der das Lenkhilfsaggregat einschaltet.
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Diese Lösung hat zwar den Vorteil, daß die Energiequelle entlastet
wird, aber auch gewisse wesentliche Nachteile. Der Binsatz an einem Fahrzeug erfordert
besondere konstruktive Vorkehrungen durch Anordnung der Kupplung und der zugeordneten
Teile. Die Lenkwelle geht in einer praktischen Ausführung nicht bis zum Lenker durch,
sondern ist durch eine Kupplung unterbrochen, wobei ferner das Gehäuse, das diese
Kupplung zumindest teilweise umgibt, untergebracht werden muß. Daher ist es nicht
möglich, diese bekannte Ausführung ohne weiteres an vorhandenen Fahrzeugen einzubauen.
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Weiterhin muß am Lenker zunächst das die Grenze für den Binsatz der
iienkhilfeeinrichtung bestimmende Drehmoment aufgebracht werden. Hierbei ergibt
sich durch die zunehmende Spannung der eine Kupplungshälfte abstützenden Feder eine
zunehmende Kraft, so daß am Lenker mit unterschiedlichen Kräften gearbeitet werden
muß. Insbesondere entsteht ein Belastungssprung beim Einsatz der Lenkhilfeeinrichtung.
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Durch diese Erscheinungen ergeben sich Unsicherheiten in der Fahrz
eugführung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkeinheit der eingangs
angegebenen Art bzw. auch ein Fahrzeug mit einer solchen Lenkeinheit zu schaffen,
bei der ein nachträglicher Einbau an vorhandenen Fahrzeugen ohne konstruktiv aufwendigen
Umbau möglich ist, und im übrigen eine gleichmäßige Betätigung der Lenkhilfeeinrichtung
gewährleistet ist, ohne daß diese ständig eingeschaltet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lenkhilfseinheit, die
in Abhängigkeit von der Drehung der Lenkwelle ein elektrisches Signal erzeugt, welche
den Einsatz der Lenkhilfeeinrichtung steuert, gelöst. Dadurch wird beispielsweise
die Lenkhilfeeinrichtung bzw. ihr Antriebsmotor abgeschaltet, wenn das Fahrzeug
geradeaus oder in einer gleichbleibenden Kurve gefahren wird, solange der Lenkeinschlag
nicht geändert wird. Bei einer wanderung wird dann durch einen besonderen Signalgeber
ein Signal für den Einsatz der Lenkhilfeeinrichtung betätigt.
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Mit besonderem Vorteil weist die Lenkhilfseinheit einen mit der Lenkwelle
bzw. einem entsprechend dieser drehbaren Teil in Antriebsverbindung stehenden Tachometer-Generator
auf, dessen Ausgangssignal die Lenkhilfeeinrichtung steuert. Hierdurch wird eine
einfache Lösung geschaffen, die insbesondere auch mit geringem Platzaufwand anzubringen
ist.
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beine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
daß die Lenkhilfseinheit mit dem Tachometer-Generator und einem Verstärker in einem
an eine die Lenkwelle umgebenden Lenkhülse anflanschbaren Gehäuse angeordnet sind,
aus dessen einem Ende eine Verlängerung der Tachometer-Generatorwelle herausgeführt
und mit einem Antriebselement versehen ist, das mit einem drehbaren Teil der Lenkung,
einer Lenkernabe oder der Lenkwelle, in Eingriff steht.
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Durch den Verstärker, der auch eine Steuerelektronik enthält, und
im übrigen je nach Art des gewählten Tachometer-Generators ein Gleichspannungs-
oder Wechselspannungs-Verstärker sein kann, wird das von einem verhältnismäßig kleinen
Tachometer-Generator gegebene Signal in die für die Steuerung erforderliche Höhe
verstärkt. Der Verstärker kann aus einem Operationsverstärker mit nachgeschalteter
Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung ausgeführt sein.
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Es ist somit erkennbar, daß mittels eines einfachen Anbauelements
eine Lenkeinheit geschaffen wird, die ein besonders vorteilhaftes Steueraggregat
für die in üblicher Weise ausgeführte Lenkhilfeeinrichtung besitzt. Die miteinander
in Eingriff stehenden Elemente können dabei federnd ausgeführt sein, so daß bei
einem festen Anbau des Gehäuses ein genügender Antriebseingriff gewährleistet ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse an
seinem vom Antriebselement abgekehrten Ende um einen senkrecht zur Lenkwelle verlaufenden
Schwenkzapfen schwenkbar an der Lenksäule montiert und das mit dem Antriebselement
versehene Ende federnd an der Lenksäule geführt, wobei das Antriebselement in Eingriff
gehalten ist. Dadurch wird gewährleistet, daß immer ein genügender Andruck je nach
Ausbildung der Eingriffselemente vorgesehen ist, wobei einbezogen wird, daß die
Federmittel auch einstellbar sind.
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Die schwenkbare Anordnung ermöglicht, die Lenkhilfseinheit nach Wunsch
außer Eingriff zu bringen. Einbezogen wird dafür auch eine elf tische Abschaltung.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist als Antriebselement ein Reibrad
vorgesehen. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist als Antriebselement
ein Zahnrad vorgesehen und der zugeordnete Abschnitt der Lenkernabe oder der Lenkwelle
mit einem Zahnkranz ausgestattet.
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Bei diesen beiden Ausführungsformen ist zweckmäßig eine Feder angeordnet,
die das Antriebselement in Eingriff zieht und hält.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
um das scheibenförmige Antriebselement und einen zugeordneten Abschnitt der Lenkernabe
oder der Lenkwelle ein Riemen, insbesondere Zahnriemen, angeordnet. Dabei liegt
eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß ein beispielsweise aus Kunststoff bestehender
elastischer Zahnriemen vorgesehen ist. In diesem Falle kann dieser Riemen den federnden
Andruck zwecks Eingriffsaufrechterhaltung übernehmen.
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Es wird bevorzugt, daß insbesondere vermittels der elektronischen
Verstärkerschaltung auch die Lenkempfindlichkeit in Verbindung mit der Lenkhilfseinheit
einstellbar ist, um den sogenannten Totwinkel einer Lenkung zu berücksichtigen bezw.
eine Anpassung an verschiedene Lenkuntersetzungen durchführen zu können. Zu diesem
Zweck ist vorteilhaft im Verstärker ein aufladbares Schaltelement vorgesehen, das
einstellbar ist und Steuersignale erst nach einer bestimmten Aufladung in Abhängigkeit
vom Drehwinkel des Lenkers freigibt. Praktisch wird bei dieser Ausführungsform ein
Speicher oder Sperrelement bis zu einer durch seine Kapazität vorgegebenen Grenze
aufgeladen, bevor ein Signal zur Lenkhilfeeinrichtung durchgelassen wird.
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Unter obigem Gesichtspunkt wird in einer vorteilhaften Ausführungsform
einbezogen, in einer zwischen dem Antriebselement und dem Tachometer-Generator angeordneten
Kupplung ein insbesondere einstellbares Spiel in Drehrichtung vorzusehen, so daß
der Tachometer-Generator erst nach Durchgang dieses Spiels zwischen den Kupplungshälften
mitgenommen wird.
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Bei der Ausführung mit einem aufladbaren Schaltelement kann ein solches
als Kondensator ausgeführt sein. Als Einstellelement kann beispielsweise ein Potentiometer
angeordnet werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist
ein Gleichstrom-Tachometer-Generator vorgesehen, an dessen Ausgang ein ein Abhängigkeit
von der Drehrichtung polarisiertes Signal entsteht, welches einen drehrichtungsbestimmten
Einsatz der Lenkhilfeeinrichtung steuert.
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Die Erfindung schafft auch ein Fahrzeug, insbesondere ein batterie-elektrisch
betriebenes Fahrzeug, mit einer beschriebenen Lenkeinheit.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles
erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Diese zeigt eine schematische Ansicht
einer Lenksäule, teilweise im Schnitt und teilweise mit schematisierten Teilen.
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Eine normale Lenksäule 1 hat eine Lenkwelle 2 innerhalb einer Lenkhülse
3. Auf der Lenkwelle 2 ist oben ein Lenker 4 in Form eines Lenkrades in üblicher
Weise aufgebracht. Diese normale Ausführung der Lenksäule kann mit der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung beibehalten werden.
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An die Lenkhülse 3 ist in der gezeigten vorteilhaften Ausgestaltung
ein Gehäuse 5 angeflanscht. Dieses enthält einen Tachometer-Generator 6, dessen
Welle 7 über eine Kupplung 8 mit einer Welle 9 verbunden ist, die vermittels zweier
Sugellager lo durch ein Führungsstück 11 an einem Ende des Gehäuses 5 geführt ist.
An dem herausgeführten Ende der Welle 9 ist als Antriebselement 12 eine Reibscheibe
angeordnet. Diese Reibscheibe steht mit ihrem Umfang in Antriebseingriff mit der
Nabe 13 des Lenkrades.
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Obwohl das Gehäuse 5 auch fest an der Lenkhülse 3 angeordnet sein
könnte und eine elastische, insbesondere ballige Lauffläche des Reibrades 12 für
einen ausreichenden Antriebseingriff sorgen kann, zeigt Fig. 1 eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung dadurch, daß an der Lenkhülse 3 mittels einer Schelle 14 ein Arm 15
befestigt ist, in welchem ein quer zur
Richtung der Lenkwelle 2
gerichteter Schwenkzapfen 16 gelagert ist. Auf diesem Schwenkzapfen 16 ist mittels
eines oder zweier gabelförmiger Ansätze 17 das vom Antriebselement 12 abgekehrte
Ende des Gehäuses 5 gelagert. Anstelle des Schwenkzapfens 16 kann auch ein anderes
Gelenk verwendet werden.
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Im Bereich des Führungsstückes 11 ist an dem Gehäuse 5 eine Feder
18 angeordnet, die entweder die Lenkhülse 3 umgibt, oder in anderer Weise an dieser
befestigt ist. Diese Feder 18 stellt dabei den Antriebseingriff zwischen dem Reibrad
12 und der Nabe 13 des Lenkrades 4 her.
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Statt der Feder 18 kann auch ein schellenartiges Verschluglied mit
einer Schnalle vofgesehen sein, das die Lenkhülse 3 umgibt und einen federnden Abschnitt
aufweist.
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Der Ausgang des Tachometer-Generators 6 ist mit einem Verstärker 19
verbunden5 der je nach Wahl des Tachometer-Generators ein Gleichspannungs- oder
Wechselspannungs-Generator sein kann.
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Sein Ausgang ist über Leitungen 20, 21 mit der im ganzen mit 22 bezeichneten
Lenkhilfeeinrichtung verbunden, welche eine Batterie mit einem Antriebsmotor für
beispielsweise hydraulische Verstellelemente einbezieht, wobei über die Leitungen
20, 21 beispielsweise ein Schalter betätigbar ist, der den Motor, bezw. einen Drehmomentverstärker
der Lenkhilfeeinrichtung anschließt.
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Hierbei kann in Abhängigkeit von der Polarisierung des Ausgangssignals
auf den Leitungen 20, 21 eine Drehrichtungsbestimmung für die Lenkhilfeeinrichtung
herbeigeführt werden.
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Wenn ein Gleichstrom-Tachometer-Generator verwendet wird, besteht
die Möglichkeit, daß in Abhängigkeit von der Drehrichtung ein polarisiertes Signal
über die Leitungen 20, 21 gegeben wird, beispielsweise hat der Verstärker 19 die
beiden durch die Leitungen 20, 21 gebildeten Ausgänge und bei der Drehrichtung links
wird
die Leitung 20 und bei der Drehrichtung rechts die Leitung 21 wirksam.
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Dabei kann in der Baugruppe 23 beispielsweise eine Schützensteuerung
angeordnet sein, welche über Funktionsleitungen einen Drehmomentverstärker in der
Baugruppe 24 in einer bestimmten Drehrichtung erregt.
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Wenn ein Wechselstrom-Tachometer-Generator verwendet wird, wird über
ein Signal auf den Leitungen 2o, 21 der Drehmomentverstärker in der Baugruppe 24
eingeschaltet, wobei dieser so ausgeführt ist, daß er die jeweilige Drehrichtung
der Lenkwelle 2 unterstützt.
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Es ist ersichtlich, daß bei einer Drehung des Lenkrades 4 auch der
Tachometer-Generator 6 gedreht wird und ein Ausgangssignal in die Verstärkerbaugruppe
19 liefert.
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Wie in der Einleitung gesagt ist, besteht die Möglichkeit, in der
Verstärkerbaugruppe ein besonderes Schaltelement für die Einstellung eines Totganges
anzubringen. Der Schalthebel für dieses Schaltelement ist beispielsweise mit 25
bezeichnet.
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L e e r s e i t e