DE3814845A1 - Einrichtung zum feststellen der lage einer bewegbaren vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung der Lage einer bewegbaren Vorrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Einrichtung soll insbesondere Anwendung finden bei der Feststellung des Lenkwinkels eines Fahrzeuges, durch Lageerfassung der beweglichen Lenkzahnstange oder bei der Feststellung des Einfederweges an einer Karosserie.

Es sind bereits verschiedene Einrichtungen bekannt, mit denen der Lenkwinkel über Erfassung der Winkelposition eines Lenkgetriebes bezüglich der Nullstellung festgestellt werden kann. Bei einer Art dieser Einrichtungen wird ein Winkelkodierer verwendet. Arbeitet dieser optisch, so ist die Gefahr der Verschmutzung gegeben. Außerdem sind die dabei verwendeten relativ empfindlichen optoelektronischen Elemente erheblichen mechanischen Beanspruchungen, wie Erschütterungen oder dergleichen ausgesetzt. Verwendet man einen Kodierer mit Schleifkontakten, so ist mit einer verhältnismäßig raschen Abnutzung zu rechnen.

Eine andere Einrichtung zur Feststellung der Winkelposition verwendet ein Potentiometer, so daß bei Drehung der Welle sich der Widerstand ändert und die am Potentiometer abgenommene Spannung ein Maß für die Drehwinkelposition ist. Auch hier ergeben sich auf Grund der Abnutzung bzw. der Änderung des Übergangswiderstandes zwischen den Schleifkontakten Probleme.

Ensprechendes gilt für Lagebestimmung von linear bewegbaren Lenkungs- oder Federungsteilen, wie Lenkzahnstange, bei denen die Linearbewegung über einen Schiebewiderstand abgegriffen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Feststellung der Lageposition einer linear bewegbaren Vorrichtung, mit einfachem und robusten Aufbau anzugeben, wobei eine verhältnismäßig gute Genauigkeit und Nullpunkt-Stabilität der Messung erzielt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Ünteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist äußerst kompakt aufgebaut, besteht aus wenigen mechanischen Elementen und einer Kraftmeßvorrichtung, insbesondere einem Dehnungsmeßstreifen und läßt sich auch nachträglich auf jedes verschiebbares Bauteil wie die Lenkzahnstange oder Kolbenstange eines Stoßdämpfers aufsetzen.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand an der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht wesentlicher Teile der Lenkung eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Lenkgetriebe gemäß Fig. 1,

Fig. 1 zeigt wesentliche Teile einer Lenkung 10 eines Kraftfahrzeuges, nämlich ein Lenkrad 12, über das mittels einer in einer Lenkradsäule 14 drehbaren Lenkwelle 16, eine Kupplung 18 und ein Lenkgetriebe 20 eine Lenkzahnstange 26 in Fahrzeugquerrichtung verschiebbar ist. Die Lenkzahnstange 26 steht in bekannter Weise mit dem Lenkgestänge des Fahrzeugs in Verbindung.

Fig. 2 zeigt das Lenkgetriebe 20 in größerer Einzelheit und mit angesetzter Lagefeststelleinrichtung 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Die Einrichtung 30 besitzt ein Gehäuse 32 . An der an das Lenkgetriebe so angeschlossen ist.

Das Gehäuse 32 ist verhältnismäßig schmal und die Welle 26 ragt über das Gehäuse 32 hinaus, wobei letzteres mittels einer Dichtung 56 abgedichtet ist.

Zur Feststellung des Lenkungswinkels wird von einer Dehnungsmeßstreifenvorrichtung 60 Gebrauch gemacht. Insbesondere ist an der unteren Schmalwand des Gehäuses 32 etwa über einen Sockel 38 eine Zunge 40 angebracht, die aus Metall oder bevorzugt Keramikmaterial besteht und auf der in bekannter Weise Widerstände 42, 44 bevorzugt in Form von Dickfilmwiderständen aufgebracht sind. Die Widerstände 42, 44 sind, wie ebenfalls bekannt ist, zu einer Wheatstone′schen Brücke zusammengeschaltet, so daß sich bei Auslenkung der Zunge 40 nach links oder rechts (Fig. 2) eine entsprechende Widerstandsänderung der Widerstände 42 und 44 ergibt.

Diese Auslenkung wird nun mit der Linearbewegung des Schiebeteils, insbesondere der Lenkzahnstange 26 in Beziehung gesetzt. Hierzu ist ein Übertragungsteil 34 mit seinem einen Ende, an der Zahnstange 26 befestigt, während sein anderes Ende über eine Zugfeder 46 mit dem freien Ende der Zunge 40 in Verbindung steht.

Im Prinzip könnte gezeigte die Stellung als Null-Stellung angenommen werden, von der die (weitere) Auslenkung der Zunge 40 in Fig. 2 nach links erfolgt. Gemäß der Erfindung wird jedoch zur exakten Nullpunkteinstellung, Temperaturkompensation und Ausgleich anderer Einflüsse eine weitere Zugfeder 48 zwischen dem freien Ende der Zunge 40 und einer Öse 52 gespannt, die an der Seitenschmalwand des Gehäuses 32 angebracht ist. Die beiden Federn 46 und 48 wirken somit in entgegengesetzter Richtung auf die Zunge 40, so daß eine Dehnung der beiden Federn 46, 48 auf Grund einer erhöhten Temperatur kompensiert und die Nullstellung der Zunge 40 eingehalten wird. Selbstverständlich ist bei der Bemessung der Feder 48 eine eventuelle Ausdehnung des Übertragungsteils 34 zu berücksichtigen. Auch kann die Feder 48 über eine Justiervorrichtung mit ihrer Befestigung am Gehäuses 32 verbunden sein oder die Feder 46 ohne Übertragungsteil 34 direkt an den linearbeweglichen Teil befestigt sein, insbesondere bei kleineren Verschiebewegen.

Es ist zu beachten, daß die erfindungsgemäße Einrichtung äußerst kompakt ist. Wie ferner aus den Fig. 2 hervorgeht, läßt sie sich ohne weiteres an ein bereits im Einsatz befindliches Getriebe 20 ansetzen. Das Gehäuse ist im wesentlichen dicht. Auch sind die in der Einrichtung verwendeten Elemente unempfindlich gegenüber Erschütterungen und anderen Einflüssen.

Trotz der geringen Abmessungen des Gehäuses 32 ist genügend Platz für eine etwaige Unterbringung der erforderlichen elektrischen Schaltungen mit entsprechender Verstärkung, so daß von der Einrichtung störungsfrei ein entsprechend starkes Signal abgegeben werden kann, das exakt die Position der Zahnstange 26 und damit der Lenkung angibt und beim Betrieb des Kraftfahrzeugs für beliebige Steuerungen verwendet werden kann. Derartige Steuerungen und Regelungen dienen der Optimierung der Fahreigenschaften, etwa beim Kurvenfahren und beim Bremsen (ABS- System), wobei bei der beschriebenen Ausführung der tatsächliche Lenkwinkel erfaßt werden kann. Weitere Anwendungen sind allgemein linear bewegbare Teile wie z.B. Kolbenstangen von Federungssystemen, z.B. zur Erfassung der Eintauchtiefe beim Ein- bzw. Ausfedern.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende:

Fig. 2 zeigt die Dehnungsmeßstreifenvorrichtung 60 in Nullstellung, die praktisch auch der Nullstellung der Lenkung 10 entspricht, d.h., daß die Räder geradeaus gerichtet sind. Wird unter Drehen des Lenkrades 12 die Zahnstange 26 bewegt, wobei sich diese um den entsprechenden Weg aus der Nullstellung heraus verschiebt, dann wird über die Feder 46 eine Kraft auf das freie Ende der Zunge 40 ausgeübt und dieses Ende in Fig. 2 z.B. nach links gegen den Zug der Feder 48 gezogen wird.

Wird andererseits die Lenkung entgegengesetzt gedreht, dann wird über das Übertragungsteil 34 die Zunge 40 unter der Zugkraft der Feder 48 in Fig. 2 nach rechts gezogen. Die jeweilige augenblickliche Auslenkung nach der einen oder anderen Richtung wird durch die Dehnungsmeßstreifenvorrichtung 60 in ein elektrisches Signal verwandelt, das exakt mit der Winkelposition der Welle 26 in Beziehung gesetzt werden kann.

Es sei nochmals daraufhingewiesen, daß im Prinzip jede beliebige Kraftmeßeinrichtung für den erfindungsgemäßen Zweck eingesetzt werden kann.

Eine besonders einfache Ausführungsform ergäbe sich dann, wenn das Stahlband 34 (oder ggf. eine entsprechende Keramikmembran oder dgl.) direkt mit Dickfilmwiderständen versehen würde, also bereits die Kraftmeßeinrichtung darstellen würde. Bei der Umschlingung werden dann die Dickfilmwiderstände entsprechend gedehnt und die abgegebene Spannung stellt ein Maß für die Winkelposition dar.

Andere Kraftmeßeinrichtungen, die auf Wegänderungen auf Grund eines Krafteinflußes ansprechen, wie Hallgeneratoren oder dergleichen sind ebenfalls einsetzbar. Selbstverständlich läßt sich auch die Winkelstellung eines um eine Achse schwenkbaren Hebels in analoger Weise feststellen, wenn die Kraftmeßeinrichtung mit einem peripheren Punkt eines Hebels verbunden wird.

Claims (7)

1. Einrichtung zum Feststellen der Lage einer bewegbaren Vorrichtung bezüglich einer Nullposition, insbesondere eines Lenkungs- und/oder Federungsbestandteils eines Kraftfahrzeugs, wie eine linear bewegliche Lenkzahnstange, gekennzeichnet durch eine ortsfest bezüglich der bewegbaren Vorrichtung (26) angeordnete Kraftmeßvorrichtung (60) und eine Verbindungsvorrichtung (34, 46), die mit ihrem einen Ende an der Kraftmeßvorrichtung (60) und mit ihrem anderen Ende an der bewegbaren Vorrichtung (26) befestigt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßvorrichtung eine Dehnungsmeßstreifenvorrichtung (60) ist, mit einer Zunge (40), der eines Ende am Gehäuse fixiert ist, während ihr anderes Ende mit der Verbindungsvorrichtung (34, 46) in Verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung ein Übertragungsteil (34) aufweist, dessen eines Ende an der bewegbaren Vorrichtung (26) befestigt ist, während ihr anderes Ende mit dem freien Ende der Zunge (40) in Verbindung steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Übertragungsteils (34) über eine Feder (46) mit dem freien Ende des Dehnungsmeßstreifens derart in Verbindung steht, daß auf dieses freie Ende eine Kraft senkrecht zur Längsachse der Zunge (40) beim Bewegen der bewegbaren Vorrichtung (26) ausgeübt wird.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Justierung und Fixierung des Nullpunkts insbesondere gegenüber Temperatureinflüssen vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Zugfeder (48) aufweisen, die mit ihrem einen Ende ortsfest bezüglich der Position der Dehnungsmeßstreifenvorrichtung (60) und mit ihrem anderen Ende auf der der Feder (46) gegenüberliegenden Seite der Zunge (40) angebracht ist, wobei die Feder (48) derart bemessen ist, daß das freie Ende der Zunge (40) in Nullposition der bewegbaren Vorrichtung (26) ebenfalls im Nullpunkt der Dehnungsmeßstreifenvorrichtung (60) gehalten wird.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßvorrichtung eine unter Krafteinwirkung wegabhängige Vorrichtung, etwa ein Hallsondenvorrichtung ist.