DE60201755T2 - Sensor im achsschenkelbolzen - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Abtasten bzw. Erfassen einer Bewegung oder Position von gelenkten Rädern eines Fahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Achsschenkelbolzenanordnung mit einem Sensor, wobei die Achsschenkelbolzenanordnung einen Achsschenkelbolzen, einen Achsrahmen, eine Spindel und ein Lager zum bewegbaren Festlegen des Achsschenkelbolzens in der Spindel umfaßt.
- Eine derartige Sensoranordnung ist aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 330 632 bekannt, welche eine Vorrichtung zum Messen des Lenkwinkels beschreibt, der operativ mit der Anlenkung zwischen einem der Drehlager von einem der gelenkten Räder und dem Körper der Achse assoziiert ist. Ein Wandler bzw. Meßwandler ist parallel zur Achse des Lagerzapfens positioniert, und ein Fühler kooperiert mit einem stationären Nockenglied, das Vorsprünge bzw. Fortsätze an bestimmten Winkelpositionen aufweist. Auch ist eine Ausbildung gezeigt, in welcher ein Potentiometer in einer axialen Vertiefung bzw. Ausnehmung des Achsschenkelbolzens des Lagerzapfen bzw. -stummels angeordnet bzw. positioniert ist. Die Welle des Potentiometers ist mit einem Festlegungspunkt an dem Achskörper gekoppelt.
- Diese bekannten Sensoranordnungen stellen eine Anzahl von Nachteilen zur Verfügung. Diese Sensoren sind vorherrschend extern festgelegt, wodurch sie der Umgebung ausgesetzt sind. Dies resultiert in einem Sensorsystem, welches nicht robust ist und für Versagen aufgrund von zahlreichen Mechanismen, wie einem Ansammeln von Schmutz anfällig ist. Dies resultiert in einer unzuverlässigen Tätigkeit bzw. Betätigung des Sensors.
- Wenn ein Sensor in der Form eines Potentiometers im Inneren eines Hohlraums in dem Achsschenkelbolzen angeordnet ist, wird dies die mechanische Festigkeit des Achsschenkelbolzens beeinflussen. Auch werden Potentiometersensoren immer einen Festlegungspunkt an dem drehenden Teil, z. B. unter Verwendung einer Wellenkopplung erfordern. In bestimmten Konfigurationen ist ein derartiger Festlegungspunkt nicht verfügbar, z. B. wenn der Achsschenkelbolzen ausgebildet ist, um durch die gesamte Spindel zu laufen. Potentiometer, die als Positionssensoren verwendet sind, haben auch häufig den Nachteil, daß sie leicht, insbesondere in der mittleren Position verschleißen.
- Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine verbesserte Sensoranordnung zum Abtasten bzw. Erfassen der Bewegung von gelenkten Rädern eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Sensoranordnung durch einen Sensoranordnung, gemäß dem Oberbegriff erreicht, der oben definiert ist, in welchem die Achsschenkelbolzenanordnung weiters einen Abstandhalter zum Halten des Achsrahmens an einem vorbestimmten Abstand von einem inneren Lagerring umfaßt, und daß ein Gehäuse an dem Abstandhalter festgelegt ist, wobei das Gehäuse wenigstens ein erstes Teil des Sensors umfaßt, wobei ein zweites Teil des Sensors fest an der Spindel angelenkt ist. Diese Konfiguration ermöglicht ein robustes Design der Achsschenkelbolzenanordnung ohne die oben erwähnten Nachteile, da das Gehäuse effektiv die Sensorkomponenten abschirmt. Der Sensor kann von jeder bekannten Art zum Erfassen einer Winkel position sein, z. B. unter Verwendung von kapazitiven, induktiven oder magnetischen Mitteln.
- In einer weiteren Ausbildung umfaßt das Gehäuse Prozessorelektroniken bzw. Verarbeitungselektroniken, die mit dem ersten Teil verbunden sind. Indem die verarbeitende bzw. Prozeßelektronik in dem Gehäuse integriert ist, an welchem der erste Sensorteil angelenkt bzw. festgelegt ist, ist es möglich, die Sensorsignale lokal ohne die Notwendigkeit für eine lange, ein Rauschen empfangende Verdrahtung zu verarbeiten. Signale von der Prozeßelektronik, welche in weiteren Fahrzeugsystemen verwendet werden (z. B. Lenken durch Draht- bzw. steer-by-wire-Steuer- bzw. -Regel-Feedback) kann einfach von der Achsschenkelbolzenanordnung unter Verwendung einer normalen Verdrahtung zugeführt bzw. geleitet werden, da sich das Gehäuse in bezug auf den Achskörper nicht bewegt.
- Das erste und zweite Sensorteil können in einer weiteren Ausbildung scheibenförmig und koaxial ausgerichtet sein und können beispielsweise einen kapazitiven Sensor zum Bestimmen der Winkelposition zwischen dem Achsrahmen und der Spindel ausbilden.
- In noch einer weiteren Ausbildung kann die Achsschenkelbolzenanordnung ein Zwischenglied, z. B. einen Teflon-Ring umfassen, der zwischen dem ersten und zweiten Teil positioniert ist. Dies ermöglicht es, einen vorbestimmten Abstand zwischen dem ersten und zweiten Sensorteil beizubehalten und eine reibungsfreie Bewegung zur Verfügung zu stellen.
- Ein Dichtglied, das sich in einer radialen Richtung zwischen dem Abstandhalter und der Spindel erstreckt, kann in einer weiteren Ausbildung vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt sein, um das Achsschenkelbolzenlager und den Sensor von externer Verunreinigung, wie Wasser- oder Schmutzeintritt zu schützen.
- In einer bevorzugten Ausbildung bilden der Abstandhalter, das Gehäuse und das erste Teil eine einzige Anordnung. Dies erlaubt einen einfachen Zusammenbau der Achsschenkelbolzenanordnung und auch eine leichte Zugänglichkeit für eine Wartung, beispielsweise des Achsschenkelbolzenlagers.
- Der Sensor kann einen Winkelpositionssensor, einen Relativbewegungssensor, einen Lastsensor und/oder einen Temperatursensor umfassen. Dies erlaubt weiter, komplexere Funktionen unter Verwendung der vorliegenden Achsschenkelbolzensensoranordnung auszuführen.
- Die vorliegende Erfindung wird nun in weiterem Detail unter Verwendung einer exemplarischen bzw. beispielhaften Ausbildung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
-
1 eine Schnittseitenansicht einer Achsschenkelbolzenanordnung mit dem integrierten Sensor zeigt; und -
2 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts II von1 zeigt. - Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafter Weise beispielsweise in einem Gegengewicht-Gabelstapel-Fahrzeug verwendet werden, um die Position oder Bewegung der gelenkten Räder abzutasten bzw. zu erfassen. Es kann beispielsweise notwendig sein, ein Rückkopplungssignal bzw. Feedbacksignal für eine steer-by-wire- bzw. Lenken-durch-Draht-Anordnung zu erhalten.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Teils eines Gabelstaplers, welches verwendet wird, um das Lenken der Räder zu steuern bzw. zu regeln, d. h. die Achsschenkelbolzenanordnung5 . -
1 zeigt eine Schnittansicht der Achsschenkelbolzenanordnung5 und2 zeigt eine Schnittansicht des Teils der Achsschenkelbolzenanordnung5 , das mit der römischen Ziffer II in1 bezeichnet ist. - Die vorliegende Achsschenkelbolzenanordnung
5 kann in vorteilhafter Weise in einer Anzahl von Anwendungen verwendet werden. Sie kann verwendet werden, um die Position des gelenkten Rads von Geländefahrzeugen, z. B. zwischen 0 und 180 Grad für eine nicht angetriebene Welle und 0 bis 50 Grad für eine angetriebene Welle, abzutasten. Für Motorfahrzeuge kann die vorliegende Achsschenkelbolzenanordnung5 verwendet werden, um eine Position zwischen 0 und 50 Grad sowohl für angetriebene als auch für die nicht angetriebene Wellen abzutasten bzw. zu erfassen. - Der Achsschenkbolzen
12 ist fix an dem Rahmen10 der Rückachse des Gabelstapel-Fahrzeugs, z. B. unter Verwendung eines Vorsprungs bzw. einer Erhebung11 festgelegt. Der Achsschenkelbolzen12 erstreckt sich nach unten zu dem Lenkmechanismus (nicht gezeigt) von einem der gelenkten Räder des Gabelstapel-Fahrzeugs. Der Achsschenkelbolzen12 ist bewegbar an einer Spindel14 mittels eines Spindellagers15 festgelegt. Das Spindellager15 umfaßt ein erstes Teil16 , das fix an der Spindel14 festgelegt bzw. angelenkt ist, ein zweites Teil20 , das fix an dem Achsschenkelbolzen12 festgelegt ist, und eine Anzahl von geneigten bzw. verjüngten Rollen bzw. Walzen18 zwischen dem ersten und zweiten Teil16 ,20 . Die Spindel14 ist weiters an das gelenkte Rad derart angelenkt, so daß in1 der Achsrahmen10 , der Achsschenkelbolzen12 und das zweite Teil20 des Lagers stationär sind und sich das erste Teil16 des Lagers und die Spindel14 um die Spindelachse bewegen. - Die Spindel
14 ist bzw. wird in einem vorbestimmten Abstand von dem Rahmen10 unter Verwendung eines Abstandhalters1 gehalten. Der Abstandhalter hat eine Ringform und paßt um den Achsschenkelbolzen12 und an seinem Außenumfang ist ein zylinderförmiges Gehäuse2 festgelegt bzw. angelenkt. Ein erstes Sensorteil3 , vorzugsweise scheibenförmig und fluchtend mit der Unterseite des Gehäuses2 ist an oder in dem Gehäuse2 festgelegt. Ein zweites Sensorteil4 ist fix an der Spindel14 in einer derartigen Weise angelenkt, daß es nicht um die Spindelachse dreht und sich somit relativ zu dem ersten Sensorteil3 bewegt. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von sich radial erstreckenden Vorsprüngen bzw. Erhebungen an dem Umfang des zweiten Teils und zugehörigen Rillen bzw. Nuten in der Spindel14 ausgeführt werden. Das zweite Sensorteil4 wird in einem vorbestimmten Abstand von dem ersten Sensorteil3 , beispielsweise unter Verwendung eines rückstellfähigen Rings5 gehalten, der mit der Spindel14 kooperiert bzw. zusammenwirkt. Zwischen dem ersten und zweiten Sensorteil3 ,4 kann ein zwischenliegendes bzw. Zwischenelement7 positioniert sein, welches beispielsweise eine Teflon-Beschichtung an einem oder beiden des ersten und zweiten Sensorteils3 ,4 umfaßt. Dieses Zwischenelement7 erlaubt eine reibungsfreie gegenseitige Bewegung des ersten und zweiten Sensorteils3 und4 und hält auch den Abstand zwischen dem ersten und zweiten Sensorteil3 ,4 auf einem feststehenden bzw. fixen Wert. - Das erste und zweite Sensorteil
3 ,4 können einen Sensor24 in der Form eines kapazitiven Winkelpositionssensors ausbilden. Dies kann unter Verwendung von gedruckten Leiterplatten (PCB) mit geeigneten Kupfermustern auf zueinander schauenden Oberflächen des ersten und zweiten Teils3 ,4 ausgeführt werden, die als solche dem Fachmann bekannt sind. Selbstverständlich können andere Arten von Kontakt- oder Nicht-Kontaktsensoren verwendet werden. Auch können weitere Sensoren, wie Lastsensoren oder Temperatursensoren zur Verfügung gestellt sein. - Der Sensor
24 kann auch auf einem unterschiedlichen Meßprinzip, z. B. induktiv oder magnetisch basieren. - Das Gehäuse
2 kann eine verarbeitende bzw. Prozeßelektronik für den Sensor24 umfassen. Die Prozeßelektronik kann Vorverarbeitungs-Elektroniken (Signalformen, Analog-Digital-Wandler usw.) umfassen, jedoch auch aktive oder passive Prozeßelektroniken (passive oder aktive, digitale oder analoge Filter) und eine Interface-Schaltung (z. B. ein RS232 oder CAN-Bus Interface). Das Sensorsignal kann mit weiteren Fahrzeugsystemen unter Verwendung eines Verbindungskabels8 verbunden sein. Da die Elektronik in dem sich nicht bewegenden Gehäuse2 positioniert ist, ist es möglich, leicht das Verbindungskabel8 über den Rahmen10 zu führen. - Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist jener, daß das Lager der Spindel
14 leicht zugänglich ist, indem der Abstandhalter1 mit dem Gehäuse2 und ersten Sensorteil3 (möglicherweise als eine einzige Anordnung integriert) und das zweite Sensorteil4 nach einem Entfernen oder Auseinanderbauen des Achsschenkelbolzens12 und der Rahmenanordnung10 entfernt werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Teil zu ersetzen, welches für Verschleiß anfällig ist (das Lager), und die anderen Teile des Sensors wieder zu verwenden, im Gegensatz zu einer integrierten Lager- und Sensoranordnung. - Der Raum bzw. Abstand zwischen dem Abstandhalter
1 und der Spindel14 kann mit einem abdichtenden bzw. Dichtglied6 versehen sein, um eine Verunreinigung am Eintreten in den Sensor und den Lagerraum der Achsschenkelbolzenanordnung zu hindern. Indem der Sensor24 innerhalb der Achsschenkelbolzenanordnung5 integriert ist (indem er durch ein Stahl- oder Kunststoffdichtglied6 verkapselt ist), die von äußeren Einflüssen und einer Verunreinigung geschützt ist, wird eine sehr robuste und zuverlässige Sensoranordnung zur Verfügung gestellt. Weiters ist es sehr einfach, den Sensor24 in den Zusammenbauprozeß der Achsschenkelbolzenanordnung aufzunehmen. - Obwohl sie insbesondere für eine Lenkanordnung eines Gabelstapel-Fahrzeugs beschrieben ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf verschiedene andere Anwendungen angewandt werden, wo es wichtig ist, eine zuverlässige und robuste Abtastung bzw. Erfassung einer Relativbewegung, insbesondere in rauhen Umgebungen zu haben. Andere Anwendungen können sein, jedoch sind sie nicht beschränkt auf Personenfahrzeuge (Sensor integriert in Querlager), verschiedene bewegende Teile in schweren Einrichtungen bzw. Geräten, wie Schaufeln, Ladeplattformen usw. sein. Auch kann die vorliegende Anordnung bzw. Baueinheit auf Rotations- bzw. Drehpunkte des Stangenmechanismus an der austretenden Stange von hydraulischen Zylindern angewandt werden.
Claims (8)
- Achsschenkelbolzenanordnung bzw. Königszapfenanordnung mit einem Sensor (
24 ), wobei die Achsschenkelbolzenanordnung (5 ) einen Achsschenkelbolzen bzw. Königszapfen (12 ), einen Achsrahmen (10 ), eine Spindel (14 ) und ein Lager (15 ) zur bewegbaren Montage der Spindel (14 ) an dem Achsrahmen (10 ) unter Verwendung des Achsschenkelbolzens umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsschenkelbolzenanordnung weiters einen Abstandhalter (1 ) zum Halten des Achsrahmens (10 ) an einem vorbestimmten Abstand von einem inneren Lagerring (20 ) umfaßt, und daß ein Gehäuse (2 ) an dem Abstandhalter (1 ) festgelegt ist, wobei das Gehäuse (2 ) wenigstens ein erstes Teil (3 ) des Sensors (24 ) umfaßt, wobei ein zweites Teil (4 ) des Sensors (24 ) fest an der Spindel (14 ) angebracht ist. - Achsschenkelbolzenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (
2 ) Verarbeitungs- bzw. Prozeßelektronik umfaßt, die mit dem ersten Teil (3 ) verbunden ist. - Achsschenkelbolzenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste und zweite Sensorteil (
3 ,4 ) scheibenförmig und koaxial ausgerichtet sind. - Achsschenkelbolzenanordnung nach Anspruch 3, wobei das erste und zweite Teil (
3 ,4 ) einen kapazitiven Sensor (24 ) zum Bestimmen der Winkelposition zwischen dem Achsrahmen (10 ) und der Spindel (14 ) ausbilden. - Achsschenkelbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiters umfassend ein Zwischenglied (
7 ), beispielsweise einen Teflon-Ring, der zwischen dem ersten und zweiten Teil (3 ,4 ) positioniert ist. - Achsschenkelbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiters umfassend ein Dichtglied (
6 ), das sich in einer radialen Richtung zwischen dem Abstandhalter (1 ) und der Spindel (14 ) erstreckt. - Achsschenkelbolzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem der Abstandhalter (
1 ), das Gehäuse (2 ) und das erste Teil (3 ) eine einzige Anordnung bzw. Baueinheit ausbilden. - Achsschenkelbolzenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Sensor (
24 ) einen Winkelpositionssensor, einen Relativbewegungssensor, einen Lastsensor und/oder einen Temperatursensor umfaßt.
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