DE3703591C2 - - Google Patents
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen
Signales entsprechend dem Lenkeinschlag an einer Lenkung für Kraftfahrzeuge,
insbesondere an einer Zahnstangenlenkung, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist dem DE-GM 19 65 592 entnehmbar. Dabei
wird über das Lenkhandrad des Kraftfahrzeuges über eine an dessen Nabe
angeordnete Verzahnung eine Gewindespindel angetrieben, auf der ein das
bewegliche Sensorelement bildendes Gewindeteil angeordnet ist. Das bewegliche
Sensorelement ist in einem an das Mantelrohr der Lenksäule angebautem
Gehäuse unverdrehbar geführt. Mit dieser Vorrichtung soll insbesondere
der Einschlagwinkel der Räder des Kraftfahrzeuges angezeigt
werden. Die Anzeige kann gemäß Beschreibung des DE-GM auch elektrisch
erfolgen.
Als Lenkwinkelsensor beispielsweise für Brems- und Antriebsschlupf-Regelsysteme,
für die Steuerung von Differentialsperren und Allradlenkungen
etc. bei welchen der Einschlagwinkel der gelenkten Räder
erfaßt und in elektrische Signale umgesetzt wird,
ist die genannte Vorrichtung jedoch kaum geeignet, zumal
der Anbau im Berreich des Lenkhandrades baulich ungünstig ist und durch
den gezeigten Zahnradantrieb zwischen Lenkrad und Gewindespindel
Ungenauigkeiten, Übertragungsspiel und störende Geräusche auftreten
können.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen
Art zu schaffen, die einfach und platzsparend sowie montageleicht und
funktionssicher aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen im Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist an dem freien, stirnseitigen Ende des Antriebsritzels
unmittelbar angetrieben eine Gewindeverbindung als Funktionselement
des Lenkwinkelsensors vorgesehen, mit der der Drehwinkel des Antriebsritzels
in einen linearen Weg umgewandelt wird. Die Verschiebung bildet
ein Maß für den Lenkeinschlag und wird in dem Lenkwinkelsensor in ein
entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Durch die Anordnung des
Lenkwinkelsensors unmittelbar im Gehäuse des Lenkgetriebes kann dieser
bei der Montage des Lenkgetriebes mitverbaut und eingestellt werden,
wobei er zugleich sowohl vor Witterungseinflüssen als auch vor mechanischen
Beschädigungen im rauhen Fahrbetrieb geschützt ist. Dies gewährleistet
eine hohe Funktionssicherheit.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin
dung sind den Patentansprüchen 2 bis 8 entnehmbar.
Die Gewindeverbindung kann eine an das Antriebselement, bei einer
Zahnstangenlenkung an das die Zahnstange antreibende Antriebs
ritzel, angeformte Gewindestange sein, auf der sich eine gegen
Verdrehung gesicherte Gewindemutter als Sensorelement befinden
kann. Bevorzugt wird jedoch, wie gemäß Patentanspruch 2 vorgeschlagen,
in dem Antriebselement ein Innengewinde auszubilden, in das ein
Gewindebolzen eingesetzt ist. Eine derartige Bauart ist herstel
lungstechnisch einfach und erfordert nur wenig Bauraum. Der Ge
windebolzen, der nur wenig Kräfte zu übertragen hat, kann aus
Kunststoff hergestellt sein.
Ferner kann zur Vereinfachung der Montage und des Herstellungs
aufwandes der Lenksensor und die Verdrehsicherung für das beweg
liche Sensorelement bzw. für den Gewindebolzen in einem das An
triebselement des Lenkgetriebes axial abschließendem Gehäusedec
kel angeordnet sein (Anspruch 4).
Der Lenkwinkelsensor kann entsprechend den Merkmalen der Patent
ansprüche 5 bis 7 als ein induktiver Weggeber, ein über eine Fe
der beaufschlagtes Piezo-Kraftmeßelement oder unter Verwendung von
Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sein. Diese von ihrer Funktion
her bekannten, im Handel erhältlichen Sensoren lassen sich in be
sonderem Maße auf eine Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art an
passen. Gemäß Anspruch 8 kann der Lenkwinkelsensor mit dem beweg
lichen Sensorelement eine Baueinheit bilden, die montageleicht
über einen Mitnehmerlappen des Sensorelementes an das Antriebsele
ment ankuppelbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren
Einzelheiten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Vorrichtung an einem Zahnstangen-Lenkgetriebe
für Kraftfahrzeuge mit einem Antriebsritzel und
einem mit dem Antriebsritzel über eine Gewindever
bindung zusammenwirkenden induktiven Weggeber als
Lenkwinkelsensor;
Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem Piezo-
Kraftmeßelement als Lenkwinkelsensor und
Fig. 3 eine weitere Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer
Dehnmeßstreifeneinrichtung als Lenkwinkelsensor,
Fig. 4 eine alternative Ausbildung eines Lenkwinkelsensors
der Bauart nach Fig. 1.
In der Fig. 1 ist teilweise ein Zahnstangen-Lenkgetriebe (10) für
Kraftfahrzeuge dargestellt, mit einem Gehäuse (12), einer Zahn
stange (14) und einem die Zahnstange antreibenden Antriebsritzel
(16). Die Zahnstange (14) ist über nicht dargestellte Gleitlager
in dem Gehäuse (12) verschiebbar gelagert. Das Antriebsritzel
(16) ist über Wälzlager (18), (20) drehbar in dem Gehäuse (12)
aufgenommen und über eine Kerbverzahnung (22) an eine nicht dar
gestellte Lenksäule mit einem Lenkhandrad angeschlossen. Die
Zahnstange (14) ist über nicht dargestellte Spurstangen und Lenk
hebel mit den lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeuges verbunden.
An der der Kerbverzahnung (22) gegenüberliegenden, freien Stirn
seite (24) des Antriebsritzels (16) ist eine Bohrung mit einem
Innengewinde (26) eingearbeitet. In dieser Bohrung ist ein Gewin
debolzen (28) mit einem Bolzenkopf (30) aufgenommen. An dem Bol
zenkopf (30) wiederum ist ein Stift (32) angeformt, der einen
Magnetkern (34) eines Lenkwinkelsensors (36) trägt. Der Magnetkern
(32) taucht als axial verschiebliches Sensorelement in die Induk
tionsspule (38) des Lenksensors (36) je nach Drehwinkelstellung
des Antriebsritzels (16) mehr oder weniger ein und gibt dabei ein
veränderliches elektrisches Signal ab. Die Spannungsversorgung
sowie die Signalabgabe erfolgt über den Leitungsstrang (40), der
an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges bzw. an eine nicht darge
stellte elektronische Steuereinheit für die Berechnung und Ver
arbeitung des Lenkungseinschlages verbunden ist.
Das durch den Gewindebolzen (28) mit Bolzenkopf (30) und Stift
(32) mit Magnetkern (34) gebildete, bewegliche Sensorelement ist
mit Ausnahme des Magnetkernes (34) aus Kunststoff hergestellt und
bildet in Verbindung mit dem Innengewinde (26) des Antriebs
ritzels (16) eine spielfreie Gewindeverbindung.
Die Induktionsspule (36) ist fest in den Gehäusedeckel (42) ein
gesetzt, der das Gehäuse (12) an der Stirnseite (24) des An
triebsritzels (16) abschließt. Ferner trägt der Gehäusedeckel
(42) einen parallel zum Gewindebolzen (28) verlaufenden Führungs
stift (44), der als Verdrehsicherung eine radial ausgerichtete
Nut (46) im Bolzenkopf (30) durchsetzt. Bei einem Verdrehen des
Antriebsritzels (16) kann sich der Bolzenkopf (30) bzw. das axial
verschiebliche Sensorelement nicht verdrehen, aber entsprechend
der gewählten Gewindesteigung axial verschieben. Im Gehäusedeckel
(42) sind Langlöcher (48) vorgesehen, durch die hindurch die
nicht dargestellten Befestigungsschrauben greifen. Aufgrund der
Langlöcher (48) kann bei gelockerten Befestigungsschrauben eine
Feineinstellung bzw. Justierung des Lenkwinkelsensors (36) durch
Verdrehen des Gehäusedeckels (42) durchgeführt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit einem Lenkwinkelsensor (50),
der durch eine Piezo-Kraftmeßzelle (52) und eine kalibrierte Schrau
bendruckfeder (54) gebildet ist. Die Piezo-Kraftmeßzelle (52) ist
über elektrische Leitungen (56), (58) mit der nicht dargestellten
elektronischen Steuerschaltung verbunden. Die Kraftmeßzelle (52)
liefert in bekannter Weise veränderliche elektrische Signale, wenn
über die Schraubendruckfeder (54) unterschiedliche Drücke ausge
übt werden.
Das Zahnstangen-Lenkgetriebe ist im wesentlichen baugleich dem
der Fig. 1; gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen ver
sehen. Die Kraftmeßzelle (52) ist in den Gehäusedeckel (42) (vgl.
Fig. 1) fest eingesetzt. Die auf die Kraftmeßzelle (52) Druck aus
übende Schraubendruckfeder (54) ist andernends an dem Bolzenkopf
(30) abgestützt. Der Bolzenkopf (30) ist konform der Fig. 1 mit
dem Gewindebolzen (28) einstückig ausgebildet, in die Innengewin
debohrung (26) des Antriebsritzel (16) eingeschraubt und über den
Führungsstift (44) verdrehfest gehalten. Bei einem Verdrehen des
Antriebsritzels (16) wird die Schraubendruckfeder (54) mehr oder
weniger zusammengespannt und somit über die Kraftmeßzelle (52)
der Lenkungseinschlag erfaßt.
In der Fig. 3 ist der in die Innengewindebohrung (26) des An
triebsritzels (16) eingeschraubte Gewindebolzen (28) mit einem
Bolzenkopf (60) versehen, der über eine angeformte Nase (62) ge
gen Verdrehen gesichert in einer Führungsnut (nicht dargestellt)
des Gehäusedeckels (42) geführt ist. Am Bolzenkopf (60) abge
stützt ist der Federteil (64) einer Dehnmeßstreifeneinrichtung
(66), die im Krümmungsbereich bei (68) mit Dehnmeßstreifen (nicht
dargestellt) besetzt ist. Die gehäuseseitige Aufnahme (70) der
Dehnmeßstreifeneinrichtung (66) ist in dem Gehäusedeckel (42)
fest eingesetzt (vgl. Fig. 1). Über elektrische Kabel (72), (74)
ist die Dehnmeßstreifeneinrichtung (66) mit einer elektronischen
Steuerschaltung verbunden.
Wird das Antriebsritzel (16) verdreht, so wird über die Gewinde
verbindung das bewegliche Sensorelement bzw. der Federteil (64)
komprimiert, wobei über die Dehnmeßstreifen in bekannter Weise
veränderliche elektrische Signale gebildet werden, die ein
Maß für den momentanen Lenkeinschlag bilden.
Die Fig. 4 zeigt einen Lenkwinkelsensor (36′) der gleichen Bauart
wie in Fig. 1. Abweichend davon ist jedoch an die Induktionsspule
(38′) angesetzt bzw. mit dieser fest verbunden eine Gewindebuchse
(84′), in die ein Gewindestift (80) eingeschraubt ist. Der Gewin
destift (80) trägt den Magnetkern (34′) und entgegengesetzt dazu
einen als Flachhaut ausgebildeten Mitnehmerlappen (82). Der Mit
nehmerlappen (82) wiederum ragt in einen korrespondierenden
Schlitz (86) an der Stirnseite (24′) des Antriebsritzels (16′)
ein.
Bei einer Drehung des Antriebsritzels (16′) wird der Gewindestift
(80) mitverdreht, wobei er sich entsprechend der Gewindesteigung
axial in der Gewindebuchse (84) verschiebt. Dabei findet auch
eine Relativverschiebung zwischen Mitnehmerlappen (82) und Schlitz
(86) statt, was bei der Gestaltung des Mitnehmerlappens (82) und
des Schlitzes (86) entsprechend zu berücksichtigen ist.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signales entsprechend
dem Lenkeinschlag an einer Lenkung für Kraftfahrzeuge, insbesondere
an einer Zahnstangenlenkung, mit einem über ein Lenkhandrad und eine
Lenksäule angetriebenem Antriebselement des Lenkgetriebes und einem
Lenkwinkelsensor mit einem beweglichen Sensorelement, welches über
eine Gewindeverbindung bei einer Verdrehung des Lenkhandrades in
axialer Richtung betätigt ist, wobei der eine Gewindeteil mit der Lenkung
in Drehverbindung steht und der andere
Gewindeteil unverdrehbar mit einem
Gehäuseteil der Lenkung verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Lenkwinkelsensor (36; 50; 66) an der freien Stirnseite (24) des Antriebselementes (16) im Lenkgetriebe angeordnet ist und
- - daß der eine Gewindeteil mit dem Antriebselement (16) verdrehbar und der andere Gewindeteil unverdrehbar in einem Gehäuseabschnitt des Lenkgetriebes gehalten ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Antriebselement (16) ein Innengewinde (26) ausgebildet
ist, in dem ein Gewindebolzen (28) mit einem Bolzenkopf (30);
(60); aufgenommen ist, wobei der Bolzenkopf eine Verdrehsicherung
mit dem Gehäuse (42) bildet und auf das Sensorelement
wirkt.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gewindebolzen (28) aus Kunststoff hergestellt
ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lenkwinkelsensor und die Verdrehsicherung für
das bewegliche Sensorelement an einem das Antriebselement
axial abschließendem Gehäusedeckel (42) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzenkopf (30) einen stiftförmigen Magnetkern
(34) als verschiebliches Sensorelement trägt, welcher in eine
am Gehäuse (42) des Antriebselementes (16) befestigte Induktionsspule
(38) des Lenkwinkelsensors (36) eintaucht.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzenkopf (30) über eine Feder (54) ein Piezo-
Kraftmeßelement (52) als Lenkwinkelsensor (50) beaufschlagt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzenkopf (60) auf ein mit Dehnmeßstreifen
versehenes Federteil (64) einer Dehnmeßstreifeneinrichtung
(66) als Lenkwinkelsensor wirkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der stiftförmige Magnetkern (34′) mit einem Gewindestift
(80) und einem Mitnehmerlappen (82) versehen ist, wobei
der Gewindestift (80) in eine Gewindebuchse (84) der Induktionsspule
(38′) eingeschraubt ist und der Mitnehmerlappen
(82) in einen korrespondierenden Schlitz (86) an der freien
Stirnseite (24′) des Antriebselementes (16′) einragt.
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ID=6320359
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