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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine verbesserte Sensoranordnung
zum Abtasten bzw. Erfassen der Bewegung von gelenkten Rädern eines
Fahrzeugs zur Verfügung
zu stellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun in weiterem Detail unter Verwendung
einer exemplarischen bzw. beispielhaften Ausbildung unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Schnittseitenansicht einer Achsschenkelbolzenanordnung mit dem integrierten
Sensor zeigt; und
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2 eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts II von 1 zeigt.
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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 Achsschenkelbolzenanordnung 5.
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1 zeigt
eine Schnittansicht der Achsschenkelbolzenanordnung 5 und 2 zeigt
eine Schnittansicht des Teils der Achsschenkelbolzenanordnung 5,
das mit der römischen
Ziffer II in 1 bezeichnet ist.
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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 Achsschenkelbolzenanordnung 5 verwendet
werden, um eine Position zwischen 0 und 50 Grad sowohl für angetriebene
als auch für
die nicht angetriebene Wellen abzutasten bzw. zu erfassen.
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Der
Achsschenkbolzen 12 ist fix an dem Rahmen 10 der
Rückachse
des Gabelstapel-Fahrzeugs, z. B. unter Verwendung eines Vorsprungs bzw.
einer Erhebung 11 festgelegt. Der Achsschenkelbolzen 12 erstreckt
sich nach unten zu dem Lenkmechanismus (nicht gezeigt) von einem
der gelenkten Räder
des Gabelstapel-Fahrzeugs. Der Achsschenkelbolzen 12 ist
bewegbar an einer Spindel 14 mittels eines Spindellagers 15 festgelegt.
Das Spindellager 15 umfaßt ein erstes Teil 16,
das fix an der Spindel 14 festgelegt bzw. angelenkt ist,
ein zweites Teil 20, das fix an dem Achsschenkelbolzen 12 festgelegt
ist, und eine Anzahl von geneigten bzw. verjüngten Rollen bzw. Walzen 18 zwischen
dem ersten und zweiten Teil 16, 20. Die Spindel 14 ist
weiters an das gelenkte Rad derart angelenkt, so daß in 1 der
Achsrahmen 10, der Achsschenkelbolzen 12 und das
zweite Teil 20 des Lagers stationär sind und sich das erste Teil 16 des
Lagers und die Spindel 14 um die Spindelachse bewegen.
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Die
Spindel 14 ist bzw. wird in einem vorbestimmten Abstand
von dem Rahmen 10 unter Verwendung eines Abstandhalters 1 gehalten.
Der Abstandhalter hat eine Ringform und paßt um den Achsschenkelbolzen 12 und
an seinem Außenumfang
ist ein zylinderförmiges
Gehäuse 2 festgelegt
bzw. angelenkt. Ein erstes Sensorteil 3, vorzugsweise scheibenförmig und
fluchtend mit der Unterseite des Gehäuses 2 ist an oder
in dem Gehäuse 2 festgelegt. Ein
zweites Sensorteil 4 ist fix an der Spindel 14 in
einer derartigen Weise angelenkt, daß es nicht um die Spindelachse
dreht und sich somit relativ zu dem ersten Sensorteil 3 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 Spindel 14 ausgeführt werden. Das zweite Sensorteil 4 wird
in einem vorbestimmten Abstand von dem ersten Sensorteil 3,
beispielsweise unter Verwendung eines rückstellfähigen Rings 5 gehalten, der
mit der Spindel 14 kooperiert bzw. zusammenwirkt. Zwischen
dem ersten und zweiten Sensorteil 3, 4 kann ein
zwischenliegendes bzw. Zwischenelement 7 positioniert sein,
welches beispielsweise eine Teflon-Beschichtung an einem oder beiden
des ersten und zweiten Sensorteils 3, 4 umfaßt. Dieses
Zwischenelement 7 erlaubt eine reibungsfreie gegenseitige
Bewegung des ersten und zweiten Sensorteils 3 und 4 und
hält auch
den Abstand zwischen dem ersten und zweiten Sensorteil 3, 4 auf
einem feststehenden bzw. fixen Wert.
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Das
erste und zweite Sensorteil 3, 4 können einen
Sensor 24 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 Teils 3, 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.
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Der
Sensor 24 kann auch auf einem unterschiedlichen Meßprinzip,
z. B. induktiv oder magnetisch basieren.
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Das
Gehäuse 2 kann
eine verarbeitende bzw. Prozeßelektronik
für den
Sensor 24 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 Verbindungskabels 8 verbunden
sein. Da die Elektronik in dem sich nicht bewegenden Gehäuse 2 positioniert
ist, ist es möglich,
leicht das Verbindungskabel 8 über den Rahmen 10 zu
führen.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist jener, daß das Lager
der Spindel 14 leicht zugänglich ist, indem der Abstandhalter 1 mit
dem Gehäuse 2 und
ersten Sensorteil 3 (möglicherweise als
eine einzige Anordnung integriert) und das zweite Sensorteil 4 nach
einem Entfernen oder Auseinanderbauen des Achsschenkelbolzens 12 und
der Rahmenanordnung 10 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.
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Der
Raum bzw. Abstand zwischen dem Abstandhalter 1 und der
Spindel 14 kann mit einem abdichtenden bzw. Dichtglied 6 versehen
sein, um eine Verunreinigung am Eintreten in den Sensor und den Lagerraum
der Achsschenkelbolzenanordnung zu hindern. Indem der Sensor 24 innerhalb
der Achsschenkelbolzenanordnung 5 integriert ist (indem
er durch ein Stahl- oder
Kunststoffdichtglied 6 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 Sensor 24 in den Zusammenbauprozeß der Achsschenkelbolzenanordnung
aufzunehmen.
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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.