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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet der Lenkradanordnungen, wie sie beispielsweise zur Richtungssteuerung
von Kraftfahrzeugen, Handhabungsgeräten oder kommunalen Arbeitsgeräten/Fahrzeugen
oder anderen Arten von Maschinen oder Geräten benötigt werden, die ein Lenkrad
erfordern.
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Ein Lenkrad ist klassischerweise
mit einer Welle, beispielsweise einer Lenkwelle, verbunden, die
entsprechend der Art der verwendeten Lenkung im Fall von mechanischen
Lenkungen unmittelbar die Lenkmechanik in Umdrehungen versetzt oder
im Falle von hydraulischen Lenkungen Hydraulikdruckverteiler betätigt oder
schließlich
im Falle von elektrischen Lenkungen einen ringförmigen Impulsgeber bei Drehgebern
betätigt,
die ein Signal an einen elektrischen Steuermotor liefen, wobei auch
Kombinationen aus diesen drei Typen möglich sind.
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Im Falle einer lediglich elektrischen
Lenkung, wie sie mehr und mehr für
Handhabungsgeräten,
beispielsweise Hubkarren verwendet werden, dient die Achse dazu,
das Lenkrad mittels Lagern mit dem Gerät zu verbinden. Ein Erkennungssystem
für das
Drehen des Lenkrads ist wahlweise in die Lager integriert und liefert
ein Signal, das für
die Rotation des Lenkrads kennzeichnend ist, an eine Stelle in dem
Gerät oder
dem Fahrzeug, um die Fahrzeugräder
auszurichten. Im allgemeinen ist dem Lenkrad roch eine Bremseinrichtung
zugeordnet, die dazu dient, einen Wiederstandsmoment zu erzeugen,
um die Genauigkeit des Lenkverhaltens des Fahr zeugs zu verbessern.
Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in der DE-A-195 10
717 beschrieben.
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Obwohl diese Einrichtung technisch
befriedigend ist, zeigt sie dennoch eine Reihe von Nachteilen hinsichtlich
des axialen Platzbedarfes und der Kosten für zwei Lager, die Bremseinrichtung
und das Lenkrad selbst.
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Die DE-C-196 34 102 (Daimler
Benz) beschreibt eine Lenkradeinrichtung, die mit einem Kragen versehen
ist, der axial vorspringt und der mittels eines ringförmigen Tragglieds
auf einer Kugelreihe gelagert. Die Innenumfangsfläche des
Kragens trägt eine
Verzahnung, mit der ein Ritzel kämmt.
Das Ritzel ist drehbar auf einer Achse innerhalb des Tragelementes
gelagert.
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Die Übertragung der Bewegung des
Lenkrads auf die Lenkwelle kann mittels des Ritzels ausgeführt werden,
das seinerseits eine kreisförmige
Bewegungsübertragungseinrichtung
darstellt, oder mittels einer entsprechenden Übertragungseinrichtung. Das
entsprechende Signal kann auf elektrische Weise übertragen werden, imdem ein
Motor eine Rotation der entsprechenden Lenkwelle hervorruft. Das Lenkrad
selbst weist keine Achse oder Welle auf und ist auf einer Kugelreihe
gelagert, wobei eine Laufbahn durch das Lenkrad und die andere Kugellaufbahn
durch das Tragelement gebildet wird. Das verwendete Lagermittel
stellt demzufolge kein standardisiertes Wälzlager dar, sondern ist einerseits
in dem Lenkrad und andererseits in dem Träger integriert. Dieses gilt
auch für
das System um die Drehgeschwindigkeit zu ermitteln. Eine derartige
Einrichtung ist demzufolge sehr spezifisch für die jeweilige Anwendung gestaltet,
teuer in der Herstellung und in axialer Richtung platzaufwändig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese
Nachteile der Einrichtung nach dem Stand der Technik zu beseitigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Lenkeinrichtung zu schaffen, die kostengünstig ist und sowohl in axialer
als auch in radialer Richtung weniger Platz benötigt, wobei dies unter Verwendung
eines Standardwälzlagers
erreicht wird.
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Zu der Lenkradanordnung gemäß der Erfindung
gehört
ein Griffteil sowie ein Stützteil
für das Griffteil,
wobei der Stützteil
drehbar auf einem ortsfesten- Element befestigt und mit dem Griffteil
fest verbunden ist. Die Lenkradanordnung umfasst ein einziges Wälzlager,
das mit einer Vorrichtung zum Erfassen von Drehparametern versehen
ist. Zu dem Wälzlager
gehören
ein umlaufender Ring sowie einen still stehendenden Ring und Wälzelemente,
die zwischen den beiden Ringen angeordnet sind und mit denen. sie
in Berührung
stehen, wobei das Lenkrad unmittelbar mit dem drehbaren Ring verbunden ist
und der nicht drehbare Ring fest an einem Gehäuse sitzt, das ihn trägt.
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Diese Art von Lenkrad ist sehr gut
für die Lenkung
von Kraftfahrzeugen, Handhabungsfahrzeugen oder kommunalen Fahrzeugen
oder Geräten geeignet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
weist der Stützteil
des Lenkrades einen Axialteil und einen Radialteil auf, wobei der
Axialteil auf dem Drehring zentriert ist. Der Axialteil des Lenkrades kann
hohl sein.
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Vorzugsweise weist die Lenkradanordnung eine
Einrichtung zur Erzeugung eines Bremsmomentes auf, die in axialer Richtung
zwischen dem Radialteil des Lenkrades und einem Boden des Gehäuses angeordnet
ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gehören
zu der Einrichtung zur Erzeugung des Bremsmomentes Platten, die
an einen drehenden Teil befestigt sind und in Schmierfett mit hoher Viskosität eintauchen,
das zwischen den Ringen enthalten ist.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der
Erfindung gehören
zu der Einrichtung zur Erzeugung des Bremsmomentes stillstehendes
oder mit umlaufendes Reibmaterial, das mit einer Reibfläche zusammenwirkt,
die entweder mit umläuft
oder still steht. Das Reibmaterial kann an dem Gehäuse befestigt
sein, während
die Reibfläche
an dem Teil des Lenkrades befestigt ist, das dieses trägt. Umgekehrt kann
das Reibmaterial an dem Tragteil des Lenkrades befestigt sein, während die
Reibfläche
an dem Gehäuse
angebracht ist.
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Das Gehäuse kann Befestigungsmittel
für die
Einrichtung mittels eines Stützelementes
der Einrichtung umfassen.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist
die Einrichtung zur Erzeugung des Bremsmomentes eine Dichtung auf,
die an einem der Ringe befestigt ist und an dem anderen Ring des
Wälzlagers
reibt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind das Griffteil und das Wälzlager
im Wesentlichen koplanar zueinander.
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Vorteilhafterweise weist die Lenkradanordnung
ein freies Volumen auf, das sich in dem mittleren Teil befindet und
das vorzugsweise dazu verwendet werden kann, hier eine Reihe von
Systemen oder Zusatzeinrichtungen unter zu bringen.
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Sinngemäß kann die Lenkradanordnung
mit einer mechanischen Einrichtung zur Begrenzung der Anzahl der
Umdrehung versehen sein, die der Benutzer mit dem Lenkrad ausführen kann
und die letzteres in die Neutralstellung zurück bringt, wenn kein Betätigungsmoment
durch den Benutzer mehr ausgeübt
wird. Der hohle Zentralteil kann vorzugsweise durch einen Deckel
verschlossen sein, der an dem feststehenden Teil oder dem umlaufenden
Teil der Anordnung befestigt ist. Dieser Deckel kann weitere Vorrichtungen
tragen, die der Funktion des Fahrzeugs oder Gerätes zugeordnet sind, wie Steuerknöpfe oder
Anzeigeeinrichtungen, die auf diese Weise in dem Zentralteil der
Vorrichtung in der Nähe der
Drehachse des Lenkrads angeordnet sind.
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Die Lenkradanordnung ist, verglichen
mit Anordnungen nach dem Stand der Technik, in axialer Richtung
besonders kompakt. Weil darüber
hinaus das Wälzlager
einen Durchmesser aufweisen kann, der deutlich über jenem beim Stand der Technik
liegt, ist es möglich
alles innerhalb des Durchmessers unter zu bringen, wobei es möglich ist
einen Aufnehmer mit sehr großer
Auflösung
zu verwenden, bei dem die Anzahl der abgegebenen Impulse, bezogen
auf den Drehwinkel, sehr viel größer ist
als einem Drehgeber mit geringem Durchmesser, und dies ohne Vergrößerung des
radialen Platzbedarfes.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
weist das Wälzlager
eine einzige Reihe von Wälzkörpern auf,
die zwischen einer Laufbahn an der Innenseite eines der Ringe und einer
Laufbahn an der Außenseite
des anderen Rings angeordnet sind.
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Das Gehäuse kann einen axialen Bereich aufweisen,
auf dem der stillstehende Ring angeordnet ist sowie einen radial
sich erstreckenden Boden. Wenn der stillstehende Ring innen liegt,
kann der axiale Teil des Gehäuses
in dessen Bohrung eingesetzt sein. Wenn der stillstehende Ring außen liegt,
kann der axiale Teil des Gehäuses
seine Außenumfangsfläche umgeben.
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Ein System zur Begrenzung der Anzahl
der Umdrehungen des Lenkrades bzw. um dieses in die neutrale oder
Mittelstellung zurück
zu bringen, kann in dem freien Raum in dessen Mittelteil vorgesehen sein.
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Die Anzeige- und Steuermittel können in dem
Mittelteil der Anordnung angeordnet sein.
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Der große Durchmesser des Wälzlagers
gestattet es, dort sehr einfach ein System unter zu bringen, um
einen Bremsmoment zu erzeugen, beispielsweise durch Reibung, wobei
bei einem gegebenen Moment die erforderliche tangentiale Reibkraft umgekehrt
proportional zum Durchmesser ist.
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Der zentrale Bereich der Lenkradanordnung die
nicht mit einer Lenkwelle versehen ist, bietet einen freien Raum,
der dazu verwendet werden kann, hier Systeme und Zusatzeinrichtungen
unter zu bringen, wie sie weiter oben beschrieben sind.
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Schließlich kann die Lenkradanordnung leicht
an zahl reiche Anwendungsorte angepasst und dort montiert werden,
wie beispielsweise innerhalb von Fahrzeugen oder Geräten, beispielsweise
auch an einem Armaturenbrett mittels eines Gehäuses, das den Träger bildet.
Einige Schrauben reichen zur Befestigung der Lenkradanordnung mittels
des Gehäuses.
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Das Studium der detaillieren Beschreibung der
Ausführungsbeispiele
macht die vorliegende Erfindung besser verständlich und erschließt auch
andere Vorteile, wobei die Erläuterung
nur beispielhaft und keineswegs beschränkend zu verstehen ist; sie wird
durch die beigefügten
Figuren unterstützt,
in denen zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Lenkradanordnung
im Ausschnitt und im axialen Schnitt.
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2 das
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
in einer Draufsicht
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3 und 4 Ausführungsbeispiele, die sich geringfügig von
dem nach 1 unterscheiden,
und
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5 eine
Ausschnittsdarstellung aus 4 unter
Veranschaulichung der Dichtung für
das Lager.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist die Lenkradanordnung
einen Griffteil 1 in Gestalt eines Toroids auf und ist
mit einem Trägerteil 2 verbunden.
Das Trägerteil 2 hat
die Gestalt einer Kuppel mit einem radialen Abschnitt 3,
dessen freien Enden auf einem großen Durchmesser liegen und
den Griffteil 1 tragen, und mit einem Axialabschnitt 4,
der sich ausgehend von einem inneren Rand des Radialteils 3 nach unten
erstreckt.
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Die Lenkradanordnung weist ein Kugellager 5 auf,
zu dem ein umlaufender massiver Innenring 6 gehört, ein
massiver stillstehender Außenring 7 sowie
eine Reihe von Wälzelementen,
beispielsweise Kugeln, die zwischen der äußeren Laufbahn des inneren
Rings 6 und einer inneren Laufbahn des äußeren Rings 7 angeordnet
sind. Der innere Ring 6 ist auf die Außenumfangsfläche 4a des
Axialabschnittes 4 des Trägerteils 2 aufgepresst.
Aternative kann man Ringe aus Blech verwenden. Das Wälzlager 5 stellt ein
von dem Griffteil 1 und dem Trägerteil 2 sowie dem
unten beschriebenen Gehäuse
g getrenntes Teil dar und kann von einem Standardtyp sein und ist demzufolge
nicht sehr teuer.
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Zu der Lenkradanordnung gehört ferner
ein feststehendes Trägergehäuse mit
dem Bezugszeichen 9. Das Gehäuse 9 weist einen
radial sich erstreckenden Boden 10 auf, durch den Bohrungen 11 hindurch
führen,
die zur Aufnahme von Befestigungsschrauben 12 zur Anbringung
an einer Unterlage vorgesehen sind, die dazu dient die Lenkradanordnung zu
tragen, beispielsweise die Armaturentafel eines Gerätes. Das
Gehäuse 9 umfasst
ferner einen Axialbereich 13, in dessen Innenraum der Außenring 7 des
Wälzlagers 5 eingepresst
ist. Der axiale Abschnitt 13 erstreckt sich ausgehend von
dem kreisförmigen
Außenrand
des radialen Bodens 10 des Gehäuses 9 nach oben.
Um eine ausreichende Positionierung des Außenrings 7 gegenüber dem
axialen Teil 13 zu ermöglichen,
kann eine Schulter 14 vorgesehen sein, gegen die der Außenring 7 in
axialer Richtung anliegt. Das Wälzlager 5 kann
an die unterschiedlichen Arten des Gehäuses 9 angepasst sein.
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An dem Walzlager 5 befindet sich
eine integrierte Ein richtung um die Rotationsgeschwindigkeit zu
messen, wobei zu der Einrichtung ein Aufnehmer 15, der
an dem Außenring 7 befestigt
ist, und ein Impulsgeber 16 gehören, der an dem Innenring 6 angebracht
ist. Die Drehsensoreinrichtung kann in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein,
beispielsweise optisch, magnetisch oder dergleichen arbeiten, und sie
ist von dem Gehäuse 9 sowie
dem Griffteil 1 und dem Trägerteil 2 unabhängig. Der
Aufnehmer 15 sowie der Impulsgeber 16 können in
axialer Richtung zwischen den Wälzkörpern 8 und
dem radial sich erstreckenden Boden 10 des Gehäuses 9 angeordnet sein,
wobei sie auf diese Weise gut gegen äußere Einflüsse geschützt sind.
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Ein Verbindungskabel 17,
das an einem Ende mit einem (nicht dargestellten) Steckverbinder versehen
ist, verbindet den Aufnehmer 15 mit einer nicht dargestellten
elektronischen Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, das elektrische
Signal zu verarbeiten, das eine Information über den Drehwinkel des Lenkrads
trägt und
das von dem Aufnehmer 15 kommt. Das Kabel 17 führt durch
den Boden 10 des Gehäuses 9 hindurch.
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Die Lenkradanordnung 1 umfasst
außerdem einen
Deckel 18, der beispielsweise aus Kunststoff hergestellt
ist und der an dem Trägerteil 2 an
dem Übergang
von dem radialen Abschnitt 3 zu dem axialen Abschnitt 8 gegenüber der
Außenfläche 4a befestigt
ist. Der Deckel 18 hat die Gestalt einer kreisförmigen Scheibe,
oder alternativ die Form einer nicht dargestellten ringförmigen Krone,
die einen zentralen Bereich in der Nähe der Drehachse des Lenkrades
frei lässt.
Dieser zentrale Bereich kann dazu verwendet werden, zusätzliche
Einrichtungen dort unterzubringen, die an dem axialen Teil 4 des Trägerteils
2 oder dem Gehäuse
9 befestigt sind.
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Im letzteren Falle können die
zusätzlichen Vorrichtungen
oder Einrichtungen Steuer- oder Anzeigeeinrichtungen für andere
Funktionen des Fahrzeugs oder Gerätes sein.
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Um die Genauigkeit der Lenkradanordnung zu
verbessern, kann eine Einrichtung zum Erzeugen eines Reibmomentes
vorhanden sein. Zu dieser Einrichtung gehören Erhöhungen 19, die in
axialer Richtung zwischen dem radialen Bereich 3 des Trägerteils 2 und
den Wälzkörpern 8
angeordnet sind und die in radialer Richtung sich zwischen dem Außenring 6 und
dem Innenring 7 befinden. Diese Erhöhungen 19 können die
Gestalt von Platten oder Rippen haben, die an den radialen Abschnitt 3 befestigt
sind und nach unten zwischen die beiden Ringe 6 und 7 des
Wälzlagers 5 vorstehen,
um dort mit dem Schmierfett 20, das eine große Viskosität aufweist, zusammen
zu wirken, das in dem freien Raum zwischen den beiden Ringen 6 und 7 und
oberhalb der Wälzkörper 8 vorhanden
ist. Dieses Schmierfett 20 wirkt der Bewegung der Erhöhung 19 entgegen
und erzeugt so eine Erhöhung
des Momentes das notwendig ist, um das Lenkrad zu drehen.
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Das Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, ähnelt dem
nach 1, abgesehen davon, dass
die Anordnung frei von Erhöhungen
ist um das Reibmoment zu erzeugen. Statt dessen liegt auf dem radial
sich erstreckenden Boden 10 des Gehäuses 9 ein Reibmaterial 21,
das ringförmig
verlaufend angeordnet ist. Der Innenring 6 des Wälzlagers 5 trägt einen
Halter 22, der bei der Drehung eine Reibeinrichtung 21 mitnimmt
und diese axial in Anlage gegen den Boden des Gehäuses hält, wobei
die Axialkraft durch eine ringförmige
Scheibe 23 mit axialer Nachgiebigkeit hervorgerufen wird.
Auf diese Weise ist derHalter 22 drehbar und übt eine axiale Kraft auf das Reibmaterial
21 aus. Es wird so eine Reibkraft hervorgerufen, wenn der Benutzer
das Lenkrad dreht. Auf diese Weise wird ein Reibmoment erzeugt,
das der Rotation des Lenkrads entgegenwirkt.
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Das in der 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem
nach 1, abgesehen davon, dass
der Innenring 6 des Wälzlagers 5 still
steht und seine Bohrung auf dem axialen Bereich 13 des
Gehäuses 9 aufgepresst
ist. Der Stützteil 24 des
Lenkrades bildet einen radialen Teil 25 sowie einen axialen
Teil 26, wobei der Radialteil 25 sich ausgehend von
dem axialen Teil 26 nach innen erstreckt. Der axiale Bereich 26 ragt
ausgehend von dem radialen Bereich 25 nach unten. Der Außenring 7 des
Wälzlagers 5 ist
drehbar und in die Bohrung des axialen Bereiches 26 eingepresst.
Der Deckel 18 steht mit der oberen Fläche 25a und dem Innenrand 25b des
radialen Bereiches 25 in Berührung.
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Der Griffteil 27 des Lenkrades
wird von einem Ring gebildet mit einem halbkreisförmigen Querschnitt,
geschnitten entlang einem Durchmesser 28, der parallel
zu der Achse des Lenkrades ist, wobei der Ring an dieser Durchmesserfläche 28 an der
Außenfläche des
axialen Teils 26 des Stützteils 24 durch
geeignete Mittel befestigt ist, beispielsweise durch Aufpressen,
Verkleben, Aufschrauben und dergleichen.
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Der Griffteil 27 weist eine
axiale Länge
auf, die geringfügig
größer ist
als die des Wälzlagers 5. Sein
unteres axiales Ende trägt
einen Deckel 29, der mit einem axialen Abschnitt 30 versehen
ist, der mit der Innenumfangsfläche 28 in
Berührung
steht und als Anlage zum axialen positionieren des Griffteils 27 gegenüber dem
Stützteil 22 dient,
wenn er mit dem unteren, frelen Ende des axialen Bereiches
26 in
Berührung
steht, sowie einen radialer Bereich 21, der sich, ausgehend
von dem unteren Ende des Greifteils 27 nach innen in der
Weise erstreckt, dass er den Aufnehmer 15 und den Impulsgeber 16 schützt, die
mit dem nicht drehenden Innenring 6 bzw. dem drehenden
Außenring 7 verbunden
sind.
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Ein Knauf 32 in Gestalt
einer Kugel, kann an der oberen Fläche 25a des radialen
Abschnitts 25 des Stützteils 24 nach
oben vorspringend vorgesehen sein, um dem Benutzer eine schnelle
Drehung des Lenkrads zu ermöglichen.
Eine Einrichtung, um ein Reibmoment zu erzeugen, ist in Gestalt
einer Dichtungsanordnung 33 vorgesehen, die im Einzelnen
in 5 gezeigt ist. Die
Dichtungsanordnung 33 umfasst einen Tragring 34 mit
einem L-förmigen Querschnitt,
der in eine Bohrung des Außenrings 7a in
der Nähe
der Wälzkörper 8 eingepresst
ist. Auf dem Tragring 34 ist eine Dichtlippe 35 aufgespritzt, die
mit einer kreisförmigen
Außenfläche des
Innenrings 6 reibschlüssig
in Berührung
steht. Die Lippe 35 wird mittels einer Ring- oder Wurmfeder 36 gegen den
Innenring 6 angedrückt,
so dass die reibschlüssige
Berührung
ein Reibmoment erzeugt, das dem Drehmoment entsprechend entgegenwirkt,
das durch den Benutzer auf das Lenkrad ausgeübt wird.
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Ersichtlicherweise ist das letzte
Ausführungsbeispiel
besonders kompakt in dem Sinne, dass der Griffteil und das Wälzlager
im Wesentlichen koplanar zueinander sind, der radiale Platzbedarf, der
durch den Griffteil, den Stützteil
und das Wälzlagers
festgelegt ist, besonders gering ist, was einen großen mittleren
Bereich frei hält
und es gestattet, ein Wälzlager
mit großem
Durchmesser zu verwenden, der ähnlich
dem des Griffteils ist und wobei eine Verbesserung der Auflösung des
Drehgebers und eine Verminderung der Anforderungen möglich ist,
denen das Wälzlager
unterliegt.
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Die Lenkradanordnung kann schnell
und einfach mittels des Gehäuses
an einem Gerät
oder einem Fahrzeug befestigt werden. Es genügt schlussendlich die Befestigungsschrauben
anzuziehen und den Steckverbinder anzuschließen, damit die Lenkradanordnung
funktionsfähig
wird.
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Eine solche Lenkradanordnung kann
ohne Probleme für
unterschiedliche Anwendungen passen.
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Dank der Erfindung gibt es eine preisgünstige Lenkradanordnung
mit geringem radialen und axialen Platzbedarf, wobei ein zentraler
Bereich frei ist und lediglich ein einziges Wälzlager in Standardausführung benötigt wird,
das günstig
einzukaufen ist und nur eine einzige Reihe von Wälzkörpern aufweist, und wobei die
Mittel zum Erfassen von Rotationsparametern von anderen Teilen des
Lenkrades unabhängig
sind und demzufolge auch standardisiert sein können.