DE2925156B1 - Kraftfahrzeug mit Lenkhandrad und einer Antriebseinheit dafuer - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Lenkhandrad sowie einer Antriebseinheit dafür nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 28 18 754 als bekannt hervorgeht Bei dem dort behandelten Kraftfahrzeug handelt es sich um einen mechanisch in einer rinnenförmigen Fahrbahn spurgeführten Omnibus mit seitlichen Querführungsrollen, die auf die lenkbaren Fahrzeugräder einwirken. Die dem Lenkhandrad zugeordnete Antriebseinheit dient dazu, beim spurgebundenen Einsatz des Omnibusses beim Durchfahren von Weichen oder sonstigen Fahrbahnabschnitten, in denen einseitig ein Querführungssteg an der Fahrbahn fehlt, die Fahrzeuglenkung und mit ihr die eine dem vorhandenen durchlaufenden Querführungssteg zugeordnete Querführungsrolle einseitig in Richtung auf den durchlaufenden Querführungssteg zu verspannen. Durch die einseitige Verspannung der Lenkung wird gewissermaßen die Wirkung des fehlenden Querführungssteges ersetzt; durch die einseitige Verspannung der Lenkung bzw. der Querführungsrolle wird deren Formschluß mit dem zugehörigen nur einseitig vorhandenen Querführungssteg aufrechterhalten. Die dem Lenkhandrad zugeordnete Antriebseinheit ist also notwendiger Bestandteil des vorbekannten Fahrzeuges für dessen Betrieb. Dementsprechend ist die ganze Anordnung des Lenkhandrades und der Lenksäule von vornherein auf eine zweckmäßige und platzsparende Unterbringung der Antriebseinheit im Nabenbereich des Lenkhandrades ausgelegt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt eine andere Problematik zugrunde. Und zwar sollen an Versuchsfahrzeugen verschiedenster Art, die zu ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch eine Antriebseinheit für das Lenkhandrad normalerweise nicht nötig haben, zu bestimmten Versuchszwecken derartige Antriebseinheiten sich möglichst leicht nachträglich einbauen lassen. Derartige Antriebseinheiten für das Lenkhandrad können beispielsweise nötig werden, wenn bestimmte Lenkausschläge am Lenkhandrad nach einem bestimmten Fahrprogramm reproduzierbar am Lenkhandrad vorgenommen werden sollen, beispielsweise um Vergleiche bezüglich des Lenkverhaltens verschiedener Versuchsfahrzeuge untersuchen zu können. Für Dauererprobungen beispielsweise auf einem Rundkurs kann eine solche Antriebseinheit beispielsweise auch zur selbsttätigen automatischen Fahrzeuglenkung ohne Fahrer erforderlich sein. Bei Traktionsmessungen kann es nötig werden, ein Versuchsfahrzeug möglichst exakt auf einem durch ein bahnverlegtes Spurführungskabel vorgegebenen Kurs zu halten. Auch dafür wäre unter Verwendung einer elektronischen selbsttätigen Fahrzeuglenkung eine entsprechende Antriebseinheit nötig.
• Für derartige Tests ist es also erforderlich, in bestehende Erprobungsträger nachträglich und ohne großen Umbauaufwand derartige Antriebseinheiten einbauen zu können.
• Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Danach sind nur zwei relativ kleine Fahrzeugtyp-gebundene Anpassungsteile nötig, die nach Demontage des normalen Lenkhandrades des Versuchsfahrzeuges an die Lenkwelle bzw. an das Mantelrohr anmontiert werden. Anschließend kann sehr einfach und relativ rasch ein Lenkhandrad mit darin integrierter Antriebseinheit axial auf die derart präparierte Lenkwelle montiert werden. Zwar verändert sich dadurch die axiale Stellung des Lenkhandrades innerhalb des Fahrzeuges, was jedoch zumindest für Versuchszwecke ohne weiteres in Kauf genommen werden kann.
• Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele; dabei zeigt F i g. 1 einen Teilausschnitt eines Fahrzeuges mit einer Lenkung nach der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt durch die Antriebseinheit der Lenkung des Fahrzeuges nach F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit bzw. deren Befestigung mit der Lenksäule, und Fig. 4 ein Einzelteil der Antriebseinheit nach F i g. 3 in vergrößerter Einzeldarstellung.
• Das in Fig. 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist ein Lenkhandrad 4 auf, welches mit einer Lenkwelle 2 wenigstens mittelbar verbunden ist. Die Lenkwelle ist ihrerseits über Lenkwellenlager 2a in einem Mantelrohr 3 drehbar gelagert, welches selber verdrehfest am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Im Nabenbereich des Lenkhandrades ist eine Antriebseinheit 5 vorgesehen.
• Die Antriebseinheit 5 nach F i g. 2 weist einen aus Rotor 9 sowie aus Stator 8 mit Statorgehäuse 6 bestehenden Motor 7 auf. Der Rotor ist mit der Rotorwelle 14 unmittelbar im Statorgehäuse 6 über Rotorlager 9a ge;agert. Der Motor ist als sogenannter Torque-Motor ausgebildet, der es erlaubt, im Stillstand ein nach Betrag und Richtung frei wählbares Drehmoment abzugeben. Aufgrund der Drehlagerung des Rotors im Statorgehäuse mittels der Rotorlager 9a ist der umfangsmäßige Luftspalt zwischen Rotor und Stator ungeachtet irgendwelcher Rundlauf- oder Taumelfehler der Lenkwelle relativ zum Mantelrohr stets konstant. Dadurch können sich solche Rundlauffehler nicht nachteilig auf die Größe des Drehmomentverlaufes des Torque-Motors auswirken. Die Antriebseinheit nach F i g. 2 umfaßt noch eine an die achssenkrechte Aufnahmefläche 11 des Mantelrohres 3 anflanschbare Gehäusegrundplatte 12 sowie eine eine Doppelkupplung 13 zwischen Lenkwelle 2 und Rotorwelle 14 aufnehmende Kupplungskammer 15. Die Doppelkupplung 13 kanii einerseits mit den Formschlußflächen 10 des oberen Lenkwellenendes verdreh- und verkantungssicher verschraubt werden. Andererseits kann sie mit ihrem anderen steckbaren Teil 17 axial und formschlüssig mit der Rotorwelle 14 zusammengesteckt und mittels der den Dehnschlitz 19 übergreifenden tangential liegenden Klemmschraube durch die Gehäuseöffnung 18 hindurch spielfrei befestigt werden. Die Kupplungskammer 15 kann axial mit ihrem offenen Ende (Flanschöffnung 15a) über die Doppelkupplung 13 hinweggestülpt und mit der Gehäusegrundplatte 12 verschraubt werden. Die Doppelkupplung 13 nach Fig. 2 ist außerdem zum Ausgleich von Rundlauf- und Taumelfehlern zwischen Lenkwelle und Mantelrohr mit einer elastischen Zwischenlage 13a versehen. Mit der Kupplungskammer ist noch ein Drehlagengeber 16 verbunden, der über einen Zahnrad- oder Zahnriementrieb mit einem auf der Rotorwelle angeordneten Antriebsrad formschlüssig in Eingriff steht. Aufgrund einer solchen Ausgestaltung der Antriebseinheit 5 kann diese rasch austauschbar nachträglich in beliebige Versuchsfahrzeuge eingebaut werden. Lediglich die Doppelkupplung 13 bzw. der dem Lenkwellenende zugekehrte Teil davon und die Gehäusegrundplatte 12 sind Fahrzeugtyp-gebundene Anpassungsteile; alle anderen Teile sind fahrzeugunabhängig verwendbar.
• Bei dem in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Montierbarkeit eines Lenkhandrades mit Antriebseinheit ist diese selber grundsätzlich ähnlich aufgebaut. Für einander entsprechende ähnliche Teile ist die gleiche jedoch mit einem hochgestellten Strich versehene Bezugszahl in F i g. 3 verwendet worden -betroffen sind die Bezugszahlen 2 bis 9a sowie 11 und 16 so so daß insoweit auf die Beschreibung zu Fig.2 verwiesen werden kann.
• Im wesentlichen unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 von dem nach Fig.2 durch die Gehäusegrundplatte und die Doppelkupplung. Das Mantelrohr 3' bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist mit einer zylindrischen Aufnahmefläche 11' zur Fixierung der Gehäusegrundplatte 21 versehen. Diese kann nach dem Aufstecken auf das Mantelrohr mit einem halsförmigen geschlitzten Ansatz mittels einer mit Handhabe versehener Klemmschraube an der Aufnahmefläche in einer gewünschten axialen und umfangsmäßigen Relativlage festgeklemmt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Drehlagengeber 16' im übrigen an der Gehäusegrundplatte 21 gehaltert.
• Zwar ist bei diesem Ausführungsbeispiel das dem Mantelrohr zugeordnete Fahrzeugtyp-gebundene Anpassungsteil der Gehäusegrundplatte etwas komplizierter ausgebildet wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2, jedoch hat das zweite Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß die Antriebseinheit wesentlich kürzer baut als das erste Ausführungsbeispiel; durch Austausch des normalen Lenkhandrades gegen das Lenkhandrad 4' mit der Antriebseinheit 5' rückt dieses axial nur unwesentlich in eine höhere Lage. Außerdem gestaltet sich die Montage der Antriebseinheit nach F i g. 3 wesentlich rascher und einfacher als bei der Antriebseinheit nach F i g. 2, was unten noch näher ausgeführt wird. Es genügen zur Montage bzw. Demontage wenige Handgriffe, nachdem einmal das normale Lenkhandrad demontiert ist.
• Der Ausgleich von Rundlauf- und Taumelfehlern zwischen der Lenkwelle und dem Rotor 9' der Antriebseinheit ist hier dadurch geschaffen, daß die Gehäusegrundplatte 21 mit dem Statorgehäuse 6 nicht fest verbunden ist, sondern daß vielmehr zwischen beiden sowohl eine axiale und/oder eine radiale Verschiebemöglichkeit möglich ist. Lediglich eine Drehmitnahme 33 zwischen Gehäusegrundplatte und Statorgehäuse 6' ist vorgesehen. Diese ist dadurch realisiert, daß am Außenumfang des achssenkrecht sich erstreckenden Teiles der Gehäusegrundplatte eine Ausnehmung eingearbeitet ist, in die ein nasenartiger Vorsprung an dem Statorgehäuse hineinragt. Bei einer zu vermeidenden Mehrfachanordnung von Ausnehmungen bzw. Vorsprüngen am Umfang kann eine Radialbeweglichkeit zwischen Gehäusegrundplatte und Statorgehäuse behindert werden; im übrigen trägt ohnehin nur eine einzige Eingriffsstelle.
• Die Doppelkupplung 22 beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist hülsenförmig ausgebildet Zur Montage wird die hülsenförmige Doppelkupplung 22 auf das Lenkwellenende bzw. auf die dort vorgesehenen hier nicht zeichnerisch dargestellten Formschlußflächen aufgesteckt und mit einer Mutter spielfrei und verkantungssicher befestigt. Die radial innenliegende Seite der hülsenförmigen Doppelkupplung stellt mit ihren den Formschlußflächen am Lenkwellenende entsprechenden Eingriffsflächen gewissermaßen die erste Kupplung der Doppelkupplung dar. Auf der Außenfläche der Doppelkupplung ist eine axialverlaufende zylindrische Kerbverzahnung eingearbeitet, auf welche eine entsprechende Nabenverzahnung an der Hohlwelle 23 des Rotors aufsteckbar und axialfixierbar ist. Dieser formschlüssige Dreheingriff stellt gewissermaßen die zweite Kupplung der Doppelkupplung 22 dar. Da - wie gesagt - der Ausgleich von Rundlauf-und Taumelfehlern bei diesem Ausführungsbeispiel gehäuseseitig erfolgt, konnte die Doppelkupplung sehr einfach und klein und vor allen Dingen starr aufgebaut werden. An der der Gehäusegrundplatte 21 zugekehrten Stirnseite der Doppelkupplung ist noch am Außenumfang eines flanschartigen Vorsprunges eine Verzahnung 32 eingearbeitet, in die ein Zahnrad des Drehlagengebers 16 eingreift Dieser Yerzahnungseingriff läßt sich, nachdem einmal die Gehausegrundplatte mit dem Drehlagengeber 16' montiert ist, durch Aufstecken der Doppelkupplung auf das Lenkwellenende ebenfalls ohne weiteres mitmontieren. Zur Beseitigung eines toten Ganges in dem Zahneingriff kann das dem Drehlagengeber zugeordnete Zahnrad mit einem an sich bekannten Zahnspielausgleich versehen sein.
• Um die Antriebseinheit bzw. die Hohlwelle 23 des Rotors 9' auf der Außenseite der Doppelkupplung 22 nach dem Aufstecken axial darauf fixieren zu können, ist auf der Außenseite der Doppelkupplung eine Umfangsrille 24 eingearbeitet; außerdem trägt die Hohlwelle 23 an einer der Axiallage der Umfangsrille entsprechenden Stelle mehrere radialverlaufende Bohrungen 25, in denen spielfrei Rastkugeln 26 radialbeweglich geführt sind. Die Rastkugeln können mittels einer Verriegelungshülse 27 radial nach innen in die Umfangsrille 24 hineingedrückt und dort verriegelt oder aber zur Demontage aus der Umfangsrille auch radial herausgelassen werden. Die Verriegelungshülse ist auf der Außenseite dc: Hohlwelle 23 axialverschiebbar gelagert und durch eine axialliegende Vorspannfeder 28 in die in Fig.3 gezeigte rechte Extremlage gespannt Die Verriegelungshülse weist eine hohlzylindrische oder hohlkonische Arbeitsfläche 29 auf, die in der dargestellten Lage gerade die Rastkugeln 26 übergreift und sie in die Umfangsrille 24 hineindrückt und dadurch einen axialen Formschluß herbeiführt. Rechts neben der Arbeitsfläche ist in die Verriegelungshülse eine Aufnahmerille 30 eingearbeitet. In diese Aufnahmerille können die Rastkugeln nach einem Verschieben der Verriegelungshülse entgegen der Kraft der Vorspannfeder nach links radial nach außen ausweichen, so daß sie aus der Umfangsrille 24 herauskommen und der axiale Formschluß aufgehoben ist. Das Lenkhandrad 4' mit der Antriebseinheit 5' läßt sich dann axial von der Doppelkupplung 22 herunterziehen. Um die Verriegelungshülse entgegen der Vorspannkraft der Feder 28 sowohl beim Verriegeln als auch beim Entriegeln der Rastkugeln verschieben zu können, ist auf der dem Lenkhandrad zugekehrten Stirnseite der Verriegelungshülse an wenigstens einer Umfangsstelle ein Schiebestift 31 befestigt, der bis in einen manuell zuganglichen Bereich axial aus der Antriebseinheit 5' herausragt Die äußere zweite Kupplung der Doppelkupplung 22 muß sehr genau und mit möglichst genngem Spiel gearbeitet sein, um die Antriebseinheit klapperfrei an dem Lenkwellenende zu haltern. Zu diesem Zweck kann die zweite äußere Kupplung der Doppelkupplung als Ganzes oder bezüglich der Zahnflanken konisch gestaltet sein, wodurch die beiden Eingriffsflächen der Doppelkupplung bzw. der Hohlwelle 23 spielfrei in Eingriff gebracht werden können. Über die äußere zweite Kupplung der Doppelkupplung werden nicht nur Drehmomente beim Lenken übertragen, sondern auch axiale und/oder radiale Kräfte, die durch das Eigengewicht und manuell auf das Lenkhandrad bzw. die Antriebseinheit einwirken. Derartige Kräfte müssen über die Doppelkupplung in die Lenkwelle 2' sowie das in F i g. 3 nicht dargestellte Lenkwellenlager in den Fahrzeugaufbau abgeleitet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruche: 1. Kraftfahrzeug mit Lenkhandrad und mit einer mit ihm verbundenen drehbar gelagerten Lenkwelle sowie mit einem die Lenkwelle umgebenden verdrehfest am Kraftfahrzeug befestigten Mantelrohr, ferner mit einer im Nabenbereich des Lenkhandrades angeordneten vorzugsweise elektromotorischen Antriebseinheit für das Lenkhandrad, die einen auch bei Stillstand ein definiertes nach Betrag und Richtung einstellbares Drehmoment abgebenden Motor umfaßt, mit einem mit dem Mantelrohr verbundenen Stator sowie mit einem mit der Lenkwelle sowie mit dem Lenkhandrad verbundenen Rotor für den Motor, wobei am oberen der Antriebseinheit zugekehrten Ende der Lenkwelle Formschlußflächen für eine verdrehfeste Drehmomentverbindung vorgesehen sind, und wobei ferner das Mantelrohr an seinem oberen der Antriebseinheit zugekehrten Ende eine definierte zylindrische oder flanschartige Aufnahmefläche zur verdrehfesten achsparallelen Aufnahme von Gehäuseteilen od.dgl. trägt, dadurch gekennzeichnet.

   daß in der Antriebseinheit (5, 5') eine mit dem Mantelrohr (3, 3') fest und in definierter Relativlage verbindbare flanschartige Gehäusegrundplatte (12, 21) als Fahrzeugtyp-gebundenes Anpassungsteil fur das Mantelrohr (3, 3') vorgesehen ist, die das Statorgehäus (6,6') der den Rotor (9,9') des Motors (7, 7') in genauer Relativlage zum Stator (8, 8') drehbar lagernden (9a, 9a9 Antriebseinheit (5, 5') und mit ihm die ganze Antriebseinheit (5, 5') trägt und daß ferner zwischen dem oberen Lenkwellenende und dem Rotor (9, 9') eine axial montierbare Doppelkupplung (13, 22) als Fahrzeugtyp-gebundenes Anpassungsteil für die Lenkwelle (2, 2') vorgesehen ist, die zum einen mit dem Lenkwellenende montierbar und zum anderen als Steckkupplung axial mit der Rotorwelle (14,23) verbindbar ist 2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusegrundplatte (12) sowohl axial, radial, als auch umfangsmäßig fest mit dem Gehäuse (6, 15) der Antriebseinheit (5) verbunden ist, daß zwischen Gehäusegrundplatte (12) und dem Statorgehäuse (6) eine mit ihrer Flanschöffnung (15a) über die Doppelkupplung (13) drüberstülpbare und sie aufnehmende und mit der Gehäusegrundplatte (12) fest verbindbare Kupplungskammer (15) vorgesehen ist und daß die Doppelkupplung (13) elastisch (13au zum Ausgleich kleiner Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Lenkwelle (2) gegenüber dem Rotor (9) der Antriebseinheit (5) ausgebildet ist 3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehlagengeber (16) mit der Gehäusewandung der Kupplungskammer (15) verbunden ist und mit der in die Kupplungskammer (15} hineinragenden Rotorwelle (14) in Triebverbindung steht 4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Rotor (9) bzw. der Rotorwelle (14) zugekehrte steckbare Teil (17) der Doppelkupplung (13) durch eine am Umfang der Gehäusewandung der Kupplungskammer (15) angeordnete Öffnung (18) hindurch mittels einer tangential in der Doppelkupplung (13, 17) liegenden einen Dehnschlitz (19) übergreifenden Klemmschraube (20) auf der Rotorwelle (14) festklemmbar ist 5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusegrundplatte (21) lediglich umfangsmäßig mit dem Statorgehäuse (6') der Antriebseinheit (5!) verbunden, in axialer und radialer Hinsicht aber wenigstens begrenzt zum Ausgleich kleiner Rundlauf- undloder Taumelfehler zwischen Lenkwelle (2) und Rotor (9') der Antriebseinheit (5') relativbeweglich ist und daß eine axiale und radiale Fixierung der Antriebseinheit (5') an der Lenkwelle (2') über die starr ausgebildete Doppelkupplung (22) und den Rotor (9') des Motors (7') erfolgt 6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle als Hohlwelle (23) und die Doppelkupplung (22) hülsenförmig ausgebildet ist, deren radial innenliegender Teil als erste Kupplung spielfrei mit dem Lenkwellenende montierbar und deren außenliegender prismatischer Teil als zweite Kupplung axial und formschlüssig in die Hohlwelle (23) des Rotors (9') steckbar, spielfrei gegen Verdrehen und Verkanten darin aufgenommen und axial darin fixierbar ist, wobei radiale und/oder axiale von der Antriebseinheit (5') herkommende Kräfte von der hülsenförmigen Doppelkupplung (22) aufgefangen und in die Lenkwelle (2') weitergeleitet werden 7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf der hulsenformigen Doppelkupplung (22) eine Umfangsrille (24) und in der Hohlwelle (23) des Rotors (9') in mehreren axial der Lage der Umfangsrille (24) entsprechenden radialen Bohrungen (25) Rastkugeln (26) radialbeweglich geführt sind, die in die Umfangsrille (24) der Doppelkupplung (22) zum axialen Fixieren der Hohlwelle (23) auf der Doppelkupplung (22) einrastbar sind.

   8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb der Rastkugeln (26) eine axialverschiebliche Verriegelungshülse (27) auf oder an der Hohlwelle (23) des Rotors (9') gelagert ist, die axial unter Federvorspannung (28) steht und die in der durch die Feder (28) bestimmten Endlage mit einer hohlzylindrischen oder hohlkonischen Arbeitsfläche (29) die Kugeln (26) spielfrei umschließt und radial in die Umfangsrille (24) der Doppelkupplung (22) drückt und die auf ihrer Innenseite eine axial in Richtung der Federkraft (28) gegenüber der Arbeitsfläche versetzten Stelle eine Aufnahmerille (. zum radialen Ausweichen der Rastkugeln (26) zwecks Ausrasten der Kugelfixierung aufweist, und daß die Verriegelungshülse (27) über einen äußerlich zugänglichen Stift od. dgl. (31) manuell entgegen der Kraft der Federvorspannung (28) in Ausrastrichtung verschiebbar ist 9. Kraftfahrzeug rach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Doppelkupplung (22) auf der der Gehäusegrundplatte (21) zugekehrten Seite eine Umfangsverzahnung (32) eines Zahnrades angebracht ist und daß in der Gehäusegrundplatte (21) ein über diese Verzahnung (32) in Triebverbindung stehender Drehlagengeber (16') gehaltert ist