DE4437939C2 - Zahnstangenlenkung mit Lenkwinkelgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahr­ zeuge, mit in einem Gehäuse geführter Zahnstange sowie an de­ ren Enden über Gelenke anschließenden Spurstangen und zwi­ schen den gelenkseitigen Enden der Spurstangen und dem Gehäu­ se angeordneten Bälgen zum Schutz der Gelenke gegen Ver­ schmutzung sowie mit einem Lenkwinkelgeber.

Aus der DE-OS 22 11 359 ist ein Geber zur Erfassung von rela­ tiven Lagen oder Stellungen bzw. Bewegungen zweier relativ zueinander beweglicher Teile bekannt. Dabei ist zwischen den Teilen ein Balg sowie innerhalb des Balges eine sich bei Re­ lativbewegungen der vorgenannten Teile verformende schrauben­ förmige Feder angeordnet, die elektrisch leitfähig ist und deren formabhängige elektrische Induktivität zur Erzeugung eines die Bewegungen bzw. Lagen wiedergebenden Signales aus­ genutzt wird.

Ein funktional ähnlicher Geber ist Gegenstand der DE 32 05 705 A1. Dort ist die Feder in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht und zwischen einem in diesem Gehäuse verschiebbaren kolbenartigen Teil und einem gehäusefesten Teil angeordnet.

Nach der DD 2 37 371 A1 kann vorgesehen sein, die ihre elek­ trische Induktivität verändernde Feder innerhalb einer Feder­ anordnung unterzubringen.

Die DE 35 36 201 C2, die DE 37 20 729 A1 und die DE 39 39 098 A1 beziehen sich auf induktive Sensoren, bei de­ nen sich eine elektrische Spule relativ zu einem Kern bzw. einem als Spulenkern wirksamen Vorrichtungsteil bewegt, so daß sich die elektrische Induktivität der Spule bewegungsab­ hängig verändert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv vorteilhafte Zahnstangenlenkung mit Lenkwinkelerfassung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit einer Zahnstangenlenkung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß als Lenkwinkelgeber in einem der Bälge eine spiralige bzw. schraubenförmige, elek­ trisch leitfähige Feder eingebettet ist, deren formabhängige elektrische Induktivität zur Erzeugung eines den Lenkwinkel wiedergebenden Signales auswertbar ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen als schützende Umhüllung der gelenkigen Verbindung zwischen Spur­ stange und Zahnstange vorgesehenen Balg als Träger für einen die Bewegungen der Zahnstange erfassenden Sensor auszubilden, wobei der Balg gleichzeitig auch einen Schutz des Sensors bildet.

Damit braucht lediglich ein einziges Teil montiert zu werden, wobei vorteilhaft ist, daß die Montage des Balges in herkömm­ licher Weise erfolgen kann.

Im übrigen ist vorteilhaft, daß der Balg eine sichere Malte­ rung für die Feder bildet und andererseits die Feder als ein die Form des Balges stabilisierendes Tragteil wirkt.

Darüber hinaus kann die Feder derart im Balg eingebettet sein, daß die elektrischen Anschlüsse der Feder auf der Seite des relativ stationären Teiles, d. h. des Zahnstangengehäuses, liegen und dementsprechend die zur Signalauswertung notwendi­ gen elektrischen bzw. elektronischen Schaltungsanordnungen sowie die zugehörigen elektrischen Verbindungen zur Feder re­ lativ stationär angeordnet werden können.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 ein schematisiertes Schnittbild einer Zahnstangen­ lenkung für Kraftfahrzeuge mit einem erfindungs­ gemäßen Geber, der als Lenkwinkelsensor arbeitet, wobei die zugehörige Feder in einen der Bälge inte­ griert ist, welche zur Abdichtung zwischen Zahn­ stange und Zahnstangengehäuse dienen,

Fig. 2 eine ausschnittsweise Seitenansicht des die Feder aufnehmenden Balges,

Fig. 3 eine Seitenansicht entsprechend dem Pfeil III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Balgausschnittes.

Die in Fig. 1 dargestellte Zahnstangenlenkung besitzt in grundsätzlich bekannter Weise eine in einem Gehäuse 1 verschiebbar geführte Zahnstange 2, in deren Verzahnung 2′ ein Ritzel 3 eingreift, welches mit einem Wellenstück 4 antriebsmäßig verbunden ist, das seinerseits in nicht dargestellter Weise über eine Lenksäule od. dgl. mit einem Lenkhandrad eines Kraftfahrzeuges antriebsverbunden ist. In Abhängigkeit von dem zwischen Ritzel 3 und Wellenstück 4 auftretenden Drehmoment bzw. den zwischen Ritzel 3 und Verzahnung 2′ der Zahnstange 2 auftretenden Verzahnungs­ kräften wird ein Servoventil 5 gesteuert, welches über Leitungen 6 und 7 mit einer fluidischen Druckquelle sowie 8 und 9 mit je einer Kammer eines doppeltwirkenden Kolben- Zylinder-Aggregates 10 verbunden ist, dessen Kolben 10′ fest auf einem die Zahnstange 2 gleichachsig fortsetzenden Stangenteil 11 angeordnet ist. Die freien Enden der Zahn­ stange 2 bzw. des Stangenteiles 11 sind gelenkig, bei­ spielsweise mittels Kugelgelenke 12, mit Spurstangen 13 verbunden, die den Stellhub der Zahnstange 2 bzw. des Stangenteiles 11 in bekannter Weise auf die nicht darge­ stellten Lenkräder eines Fahrzeuges übertragen.

Um die Gelenke 12 gegen Verschmutzungen zu schützen, sind zwischen den gelenkseitigen Enden der Spurstangen 13 und dem Gehäuse 1 der Zahnstange 2 bzw. des Kolben-Zylinder-Aggregates 10 Bälge 14 und 15 angeordnet. Der Balg 15 besitzt einen vergrößerten Durchmesser, um Unterbringungs­ raum für eine Schraubenfeder 16 zu schaffen, die zwischen dem in Fig. 1 rechten Ende des Gehäuses 1 und dem gehäuse­ seitigen Ende der rechten Spurstange 13 oder - abweichend von der Darstellung der Fig. 1 - dem spurstangenseitigen Ende des Stangenteiles 11 angeordnet ist. Dementsprechend wird die Feder 16 bei Verschiebehüben von Zahnstange 2 bzw. Stangenteil 11 gedehnt oder gestaucht.

Die Schraubenfeder 16 ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus konzentrisch zueinander angeordneten Schrauben­ federteilen 16′ und 16′′, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei das eine Federteil 16′ mit einer Ader eines Kabels 17 und das Schraubenfederteil 16′′ mit einer anderen Ader dieses Kabels 17 verbunden ist.

Die elektrisch leitfähige Feder 16 besitzt zwangsläufig eine elektrische Induktivität, deren Maß sich bei Verände­ rungen der Form der Feder 16, d. h. wenn die Feder 16 gedehnt oder gestaucht wird, ändert. Dieser Effekt ist im vorliegenden Falle vergleichsweise stark ausgeprägt, weil die zueinander konzentrisch angeordneten Schraubenfederteile 16′ und 16′′ gegenläufig gewunden sind.

Da die genannte Verformung der Feder 16 analog zum Verschiebehub der Zahnstange 2 erfolgt, der wiederum analog zum Lenkwinkel der Lenkräder ist, stellt das Maß der Induktivität der Feder 16 ein zum Lenkwinkel der Lenkräder analoges Maß dar.

Die Induktivität der Feder 16 kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, daß die Feder 16 elektrisch als frequenz­ bestimmendes Teil eines Oszillators geschaltet ist, wie es beispielsweise in Fig. 1 der eingangs erwähnten DE 32 05 705 A1 gezeigt wird. Damit ist die von der Feder 16 bestimmte Frequenz des Oszillators analog zum Verstellhub der Zahnstange 2 sowie zum Lenkwinkel der Lenkräder.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine Ausführungsform, bei der der Balg 15 zusammen mit der Feder 16 ein einziges Bauteil bildet, dessen Abmessungen den Abmessungen des "normalen" Balges 14 entsprechen.

Die Federteile 16′ und 16′′ sind weitestgehend in den Balg 15 eingebettet. Dieser besitzt dazu eine erste schraubenförmige Falte 15′ mit großem Durchmesser. In diese Falte 15′ ist der Schraubenfederteil 16′ einge­ bettet. Darüber hinaus besitzt der Balg 15 eine schrauben­ förmige Falte 15′′, die einen zur Falte 15′ gegenläufigen Windungssinn und geringeren Durchmesser aufweist und jeweils abschnittsweise von der Falte 15′ durchsetzt wird. In die Falte 15′′ ist der Schraubenfederteil 16′′ eingebettet, wobei jeweils dort, wo die Falte 15′′ von der Falte 15′ durchsetzt wird, der Schraubenfederteil 16′′ innerhalb des Balges 15 einen kurzen ′′freitragenden′′ Abschnitt besitzt.

Die Schraubenfederteile 16′ und 16′′ können in das Material des Balges 15 eingespritzt sein.

Jedoch ist es auch möglich und zweckmäßig, wenn die Schraubenfederteile 16′ und 16′′ mit einer gewissen radialen Vorspannung innerhalb des Balges 15 angeordnet sind, derart, daß sie die Falten 15′ und 15′′ von innen her radial aufzuweiten suchen.

Claims (4)

1. Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, mit in einem Gehäu­ se geführter Zahnstange sowie an deren Enden über Gelenke an­ schließenden Spurstangen und zwischen den gelenkseitigen En­ den der Spurstangen und dem Gehäuse angeordneten Bälgen zum Schutz der Gelenke gegen Verschmutzung, sowie mit einem Lenk­ winkelgeber, dadurch gekennzeichnet, daß als Lenkwinkelgeber in zumindest einem der Bälge (15) ei­ ne spiralige bzw. schraubenförmige, elektrisch leitfähige Fe­ der (16) eingebettet ist, deren formabhängige elektrische In­ duktivität zur Erzeugung eines den Lenkwinkel wiedergebenden Signales ausnutzbar ist.

2. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16) aus zwei elektrisch in Reihe geschalteten spiraligen bzw. schraubenförmigen Federteilen (16′, 16′′) be­ steht, die konzentrisch zueinander angeordnet sind.

3. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federteile (16′, 16′′) zueinander gegenläufig gewunden sind.

4. Zahnstangenlenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (15) eine schraubenförmige oder spiralige Falte (15′) mit großem Durchmesser und eine - gegebenenfalls gegen­ läufige - schraubenförmige bzw. spiralige Falte (15′′) mit kleinerem Durchmesser aufweist und die Federteile (16′, 16′′) in je einer Falte eingebettet sind.