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Die
Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung für ein Nutzfahrzeug gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Bei
Nutzfahrzeugen, wie z. B. bei Ackerschleppern, wird vorwiegend eine
hydrostatische Lenkungsvorrichtung eingesetzt. Dies bedeutet, dass keine
direkte mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und der Lenkungsvorrichtung
zur Auslenkung von Nutzfahrzeugrädern
besteht. Ein Lenkzylinder ist mechanisch mit den auszulenkenden Nutzfahrzeugrädern gekoppelt.
Dabei kann beispielsweise mittels einer im Lenkzylinder angeordneten
Lenkzylinderkolbenstange und einem Lenkgestänge die Lenkbewegung des Lenkrads
auf die Nutzfahrzeugräder übertragen
werden. Mittels einer mit dem Lenkrad gekoppelten Aufteilungseinheit
wird die Lenkbewegung der auszulenkenden Nutzfahrzeugräder gesteuert.
Dabei wird durch die Aufteilungseinheit bestimmt, in welchen Zylinderraum
des Lenkzylinders und in welcher Menge ein Fluid, wie beispielsweise Öl, zugeführt wird.
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Bei
dem Lenkgestänge
handelt es sich beispielsweise um eine Spurstange und einen Spurhebel,
die miteinander gekoppelt sind. Ferner kann als Lenkgestänge auch
jedes Bauteil angese hen werden, mittels dem eine Verschiebung der
Lenkzylinderkolbenstange oder einer anderen verschiebbaren Komponente
der Lenkungsvorrichtung in eine Auslenkung der Nutzfahrzeugräder übertragen
wird.
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Aufgrund
des in den Nutzfahrzeugen begrenzten Bauraums, weil beispielsweise
ein Rahmenteil einer direkten Verbindung beider gelenkter Räder im Weg
steht, kann die Lenkungsvorrichtung im Nutzfahrzeug nur derart eingebaut
werden, dass die Lenkungsvorrichtung über eine Kröpfung an den Enden der Lenkzylinderkolbenstange
oder an dem Lenkgestänge
mit den Nutzfahrzeugrädern
gekoppelt werden kann. Diese Kröpfung
beschränkt
jedoch die Übertragbarkeit
von bei der Lenkbewegung entstehenden Lenkkräften auf die Nutzfahrzeugräder, so dass
eine Verwendung der Lenkungsvorrichtung z. B. bei einem Ackerschlepper
mit Zwillings- oder Drillingsbereifung nicht möglich ist.
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Die
der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun
darin, eine Lenkungsvorrichtung bereitzustellen, über die
größere Lenkkräfte bei
einer Lenkbewegung auf die Nutzfahrzeugräder übertragen werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch eine Anordnung des Lenkgestänges direkt an einer Lenkungseinheit
keine Kröpfung
des Lenkgestänges
oder der Lenkzylinderkolbenstange mehr notwendig ist. Somit kann
die Lenkungsvorrichtung auch bei Nutzfahrzeugen, wie z. B. einem
Ackerschlepper mit Zwillings- oder Drillingsbereifung, bei dem höhere Lenkkräfte auf
die Lenkungsvorrichtung wirken, eingesetzt werden. Diese Lenkkräfte werden
folglich nicht mehr durch ein Führungselement,
wie z. B. die Lenkzylinderkolben stange, auf das Lenkgestänge übertragen, sondern über die
Lenkungseinheit. Die Lenkungseinheit kann aufgrund seiner in Bezug
auf die Lenkzylinderkolbenstange größeren Oberfläche eine
höhere Lenkkraft über das
Lenkgestänge
auf eine Radbefestigungseinheit, auf der die Nutzfahrzeugräder angeordnet
sind, übertragen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass eine Steuerungseinheit und eine Zentrierungseinheit der Lenkungsvorrichtung
in der Lenkungseinheit untergebracht sind. Dadurch lässt sich
der für
die Lenkungsvorrichtung benötigte
Bauraum minimieren und aufgrund der verringerten Anzahl von Baukomponenten
Fertigungskosten einsparen.
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Einzelheiten
der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1:
eine perspektivische Ansicht einer Lenkungsvorrichtung mit einer
Lagereinheit und einer Radbefestigungseinheit;
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2:
eine Schnittansicht einer Lenkungsvorrichtung mit einer Getriebeeinheit;
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3:
eine Schnittansicht quer zur Lenkungsvorrichtung durch ein Positionierungselement;
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4:
eine Schnittansicht quer zur Lenkungsvorrichtung durch ein Lenkungsgehäuse;
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5:
eine Prinzipskizze der Lenkungsvorrichtung im unausgelenkten Zustand;
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6:
eine Prinzipskizze der Lenkungsvorrichtung im ausgelenkten Zustand.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Lenkungsvorrichtung 14 mit
einer Getriebeeinheit 50 und einer Radbefestigungseinheit 10.
Die Lenkungsvorrichtung 14 ist dabei mittels einer Lagereinheit 13 an
der Getriebeeinheit 50 gekoppelt.
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Ferner
ist die Lenkungsvorrichtung 14 mittig zwischen zwei Radbefestigungseinheiten 10 angeordnet.
An die Radbefestigungseinheiten 10 werden jeweils in der 1 nicht
sichtbare Nutzfahrzeugräder
montiert. Ferner ist die Lenkungsvorrichtung 14 jeweils über ein
in der 1 nicht dargestelltes Lenkgestänge mit der jeweiligen Radbefestigungseinheit 10 gekoppelt.
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Bei
dem Lenkgestänge
handelt es sich vorzugsweise jeweils um eine Spurstange und um einen auf
der Radbefestigungseinheit 10 angeordneten Spurhebel. Die
Spurstange ist dabei an einem ihrer Enden mit der Lenkungsvorrichtung 14 und
an einem der Lenkungsvorrichtung 14 abgewandten Ende mit dem
Spurhebel gekoppelt. Mittels des Lenkgestänges können daher die Lenkbewegungen
eines Lenkrads über
die Lenkungsvorrichtung 14 auf die Radbefestigungseinheit 10 übertragen
werden und somit beispielsweise die Nutzfahrzeugräder ausgelenkt werden.
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Die
Lenkungsvorrichtung 14 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Lenkungsgehäuse 16 und
ein das Lenkungsgehäuse 16 durchdringende Führungselement 15 auf,
wobei das Führungselement 15 im
folgenden als Lenkzylinderkolbenstange 15 bezeichnet wird.
Das Lenkungsgehäuse 16 weist sowohl
entlang der Lenkzylinderkolbenstange 15, als auch quer
zur Lenkzylinderkolbenstange 15 eine u-förmige Gestalt
auf, so dass sich ein Lenkungsgehäuse 16 mit vier Schenkeln 60 ausbildet,
wobei die einzelnen Schenkel 60 bezüglich der Lenkzylinderkolbenstange 15 gegenüberliegend
angeordnet sind. Dabei weist jeder Schenkel 60 eine im
Wesentlichen dreieckige Form auf. Das Lenkungsgehäuse 16 ist dabei
nicht auf die u-förmige
Gestalt be schränkt.
Abhängig
von den auftretenden Lenkkräften
ist auch beispielsweise ein L-förmiges
Lenkungsgehäuse 16 vorstellbar.
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Ferner
sind auf allen Schenkeln 60 des Lenkungsgehäuses 16 jeweils
Versteifungselemente 16c angeordnet. Diese Versteifungselemente 16c können dabei
an das Lenkungsgehäuse 16 beispielsweise
angeschweißt
sein. Auch können
die Versteifungselemente 16c mit dem Lenkungsgehäuse 16 aus
einem Gußteil
gefertigt sein.
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Ferner
erstreckt sich zwischen den beiden Schenkeln 60 ein Bolzen 16b,
der zur Aufnahme der nicht dargestellten Spurstange vorgesehen ist.
Das Lenkungsgehäuse 16 ist
ferner mit der Lenkzylinderkolbenstange 15 derart gekoppelt,
dass das Lenkungsgehäuse 16 bezüglich der
Lenkzylinderkolbenstange 15 verschiebbar ist. Ferner weist
das Lenkungsgehäuse 16 an
beiden Enden jeweils ein Abschlusselement 16d auf, das
fest mit dem Lenkungsgehäuse 16,
beispielsweise durch Verschweißen
verbunden ist.
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2 zeigt
eine Schnittansicht einer Lenkungsvorrichtung 14 mit einer
Lagereinheit 13. Die Lagereinheit 13 weist ein
Halteelement 30 mit einer Aussparung 70 auf, wobei
mittels der Aussparung 70 die Lagereinheit 13 auf
der Getriebeeinheit 50 angeordnet wird. Ferner weist die
Lagereinheit 13 an beiden Enden jeweils eine Fixiereinheit 31 zum
Befestigen der Lenkzylinderkolbenstange 15 auf.
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Die
Lenkzylinderkolbenstange 15 wird dabei an ihren beiden
Enden durch beispielsweise Zentriermuttern 33 an der jeweiligen
Fixiereinheit 31 verschiebefest fixiert. Ferner weist das
Haltelement 30 eine Erhebung 30a auf, die mit
einem in der 3 dargestellten Positionierungselement 17h in
Kontakt steht.
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Auch
weist die Lenkungsvorrichtung 14 einen Lenkzylinderrohrkörper 17 auf,
der zusammen mit dem Lenkungsgehäuse
(16) eine Lenkungseinheit (16, 17) ausbildet.
Der Lenkzylinderrohrkörper 17 ist
dabei zwischen dem Lenkungsgehäuse 16 und der
Lenkzylinderkolbenstange 15 angeordnet. Ferner bilden sich
zwischen dem Lenkzylinderrohrkörper 17 und
der Lenkzylinderkolbenstange 15 einzelne, eine Steuerungseinheit
SE definierende, Steuerräume ZR1,
ZR2 und eine Zentrierungseinheit ZE definierende Zentrierräume ZR3,
ZR4 aus. Ferner ist auch eine Lenkungsvorrichtung vorstellbar, bei
der kein Lenkzylinderrohrkörper 17 vorhanden
ist, und sich die Steuerräume
ZR1, ZR2 und die Zentrierräume ZR3,
ZR4 zwischen dem Lenkungsgehäuse 16 und der
Lenkzylinderkolbenstange 15 ausbilden.
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Dabei
kann das Lenkungsgehäuse 16 mittels der
Steuerungseinheit SE durch Zuführung
eines Fluids in einen ersten und/oder einen zweiten Steuerraum ZR1,
ZR2 in eine gewünschte
Richtung verschoben werden. Daher erfolgt die Lenkung des Nutzfahrzeugs
allein durch die Steuerungseinheit SE. Die Zentrierungseinheit ZE
dient lediglich zur Sicherstellung einer mittigen Ausgangsposition
des Lenkungsgehäuses 16.
Die mittige Ausgangsposition des Lenkungsgehäuses 16 wird dabei
durch ein gleichzeitiges Zuführen
von Fluid in einen dritten und/oder vierten Zentrierraum ZR3, ZR4
der Zentrierungseinheit ZE sichergestellt. Ferner ist auch ein Lenkungsgehäuse 16 vorstellbar,
bei dem nur zwei Zylinderräume
innerhalb des Lenkungsgehäuses 16 angeordnet
sind. Auch ist eine Kombination einer Steuerungseinheit mit einer
mechanischen Zentrierung des Lenkungsgehäuses 16 denkbar.
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Ein
in der Zentrierungseinheit ZE angeordneter Leckraum ZR5 dient zur
Aufnahme des Fluids, das durch in der 2 nicht
dargestellte Dichtungen über
das erste und/oder zweite Verschiebeelement 20, 20' aus dem dritten
und/oder vierten Zentrierraum ZR3, ZR4 in den Leckraum ZR5 strömt.
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Dabei
wird der erste Steuerraum ZR1 durch ein an seinem einen Ende, auf
dem Lenkzylinderrohrkörper 17 angeordnetes
erstes Endstück 17a,
und an seinem dem ersten Endstück 17a abgewandten Ende
mit einem auf der Lenkzylinderkolbenstange 15 fest angeordnetem
Trennelement 18, der im folgenden als Kolben 18 bezeichnet
wird, begrenzt. Der Kolben 18 trennt dabei den ersten Steuerraum
ZR1 vom zweiten Steuerraum ZR2.
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Ferner
wird der zweite Steuerraum ZR2 an dem dem Kolben 18 abgewandten
Ende vom dritten Zentrierraum ZR3 durch ein auf dem Lenkzylinderrohrkörper 17 angeordnetes
Zwischenelement 17d abgetrennt. Der dritte Zentrierraum
ZR3 wird von einem vierten Zentrierraum ZR4 durch eine Zentrierungsvorrichtung 110 getrennt,
wobei der vierte Zentrierraum ZR4 an dem der Zentrierungseinheit
ZE entfernten Ende durch ein zweites Endstück 17b begrenzt wird.
Das zweite Endstück 17b ist
dabei an dem Lenkzylinderrohrkörper 17 angeordnet.
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Die
Zentrierungsvorrichtung 110 weist ein auf dem Lenkzylinderrohrkörper 17 angeordnetes Zentrierelement 17g und
ein auf der Lenkzylinderkolbenstange 15 angeordnetes Anschlagelement 22 auf.
Ferner ist zwischen dem Lenkzylinderrohrkörper 17 und der Lenkzylinderrohrstange 15 ein
verschiebbares erstes und zweites Verschiebeelement 20, 20' angeordnet,
das jeweils im unausgelenkten Zustand der Nutzfahrzeugräder mit
dem Zentrierelement 17g in Kontakt steht. Ferner steht
im unausgelenkten Zustand der Nutzfahrzeugräder sowohl das erste als auch
das zweite Verschiebeelement mit dem Anschlagelement 22 in
Kontakt.
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Eine
Fixierung des Lenkzylinderrohrkörpers 17 an
dem Lenkungsgehäuse 16 erfolgt
insofern, dass ein Fixiermittel 40, wie z. B. eine Spannmutter, an
dem jeweiligen Ende des Lenkungsgehäuses 16 in ein Innengewinde
des Abschlusselements 16d geführt wird. Mittels eines Anziehens
beispielsweise einer Si cherungsschraube 41 werden die Gewindegänge geklemmt,
so dass die Spannmuttern 40 lagegesichert ist.
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3 zeigt
eine Schnittansicht quer zur Lenkungsvorrichtung 14 durch
ein Positionierungselement 17h.
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Dabei
ist an dem Zwischenelement 17d das in Richtung der Erhebung 30a des
Haltelements 30 gerichtete Positionierungselement 17h angebracht. Dieses
Positionierungselement 17h ist fest mit dem Zwischenelement 17d,
beispielsweise durch Schrauben 80 verbunden. Ferner weist
das Positionierungselement 17h an seinem in Richtung der
Erhebung 30a des Haltelements 30 weisenden Ende
eine der Erhebung 30a gegengeformte Nut auf, die mit der
Erhebung 30a in Kontakt steht. Durch den Kontakt der Nut
des Positionierelements 17h mit der Erhebung 30a wird
eine Drehung des Zwischenelement 17d und damit des Lenkzylinderrohrkörpers 17 verhindert.
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4 zeigt
eine Schnittansicht quer zur Lenkungsvorrichtung durch ein Lenkungsgehäuse 16. Dabei
stellt die Schnittansicht den in der 2 dargestellten
Schnitt H-H, ohne eine Darstellung der Lenkzylinderkolbenstange 15 und
des Lenkzylinderrohrkörpers 17,
dar (vgl. 2).
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Die
auf die nicht dargestellte Lenkzylinderkolbenstange 15 bezogenen
gegenüberliegenden Schenkel 60 des
Lenkungsgehäuses 16 sind
mit einem Bolzen 16b gekoppelt. Auf dem Bolzen 16b und zwischen
den beiden gegenüberliegenden
Schenkeln 60 ist ein in der 4 nicht
dargestelltes Ende des Lenkgestänges
angeordnet. Die axiale Position des Lenkgestänges auf dem Bolzen 16b kann
durch mindestens ein Abstandselement 16f wie beispielsweise
eine Zentrierbuchse vorgegeben werden.
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Ferner
ist der Bolzen 16b zwischen den beiden Schenkeln 60 des
Lenkungsgehäuses 16 fest angeordnet.
Dies erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel
insofern, dass der Bolzen 16b an einem Ende einen größeren Bolzenabsatz 16b' als die entsprechende
Aussparung im Schenkel 60 hat, und das dem Bolzenabsatz 16b abgewandte
Ende des Bolzens 16b' beispielsweise
durch eine Sechskantmutter 16e befestigt ist. Bei einer
Verschiebung des Lenkungsgehäuses 16 entlang
der Lenkzylinderkolbenstange 15 erfährt der Bolzen 16b,
und somit das auf dem Bolzen 16b angeordnete Lenkgestänge, eine gleichgerichtete
Verschiebung wie das Lenkungsgehäuse 16.
Infolge der Verschiebung des Lenkungsgehäuses 16 verschwenkt
sich auch die Radbefestigungseinheit 10.
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5 zeigt
eine Prinzipskizze der Lenkungsvorrichtung im unausgelenkten Zustand.
Dabei ist der Lenkzylinderrohrkörper 17 mit
dem Lenkungsgehäuse 16 fest
verbunden. An dem Lenkungsgehäuse 16 ist
das Lenkgestänge,
das sich aus einer Spurstange 90 und einem Spurhebel 100 zusammensetzt,
angeordnet. Dabei ist die Spurstange 90 an einem Ende mit
dem Lenkungsgehäuse 16 und
an dem dem Lenkungsgehäuse 16 abgewandten
Ende mit dem Spurhebel 100 gekoppelt. Ferner ist der Spurhebel 100 mit
jeweils einer Radbefestigungseinheit 10 derart gekoppelt,
dass eine Verschiebung des Spurhebels 100 zu einer Auslenkung
der Radbefestigungseinheit 10 führt. Dabei sind auf der Radbefestigungseinheit 10 in
der 5 nicht dargestellte Nutzfahrzeugräder montiert.
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Mittels
Bohrungen 16g kann dem jeweiligen Steuerraum ZR1, ZR2 und/oder
Zentrierraum ZR3, ZR4, ZR5 ein Fluid zugeführt und/oder abgeführt werden,
und somit der Lenkzylinderrohrkörper 17 und
das Lenkzylindergehäuse 16 entlang
der Pfeilrichtung P verschoben werden.
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6 zeigt
eine Prinzipskizze der Lenkungsvorrichtung im ausgelenkten Zustand.
Dabei wird in diesem Fall beispielsweise dem Steuerraum ZR2 über die
Bohrung 16g ein Fluid zugeführt.
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Aufgrund
der festen Anordnung der Lenkzylinderkolbenstange 17 und
damit des an der Lenkzylinderkolbenstange angeordneten Kolbens 18 muss sich
aufgrund des erhöhten
Drucks im Steuerraum ZR2 der Lenkzylinderrohrkörper 17 in die vom
Steuerraum ZR1 abgewandte Richtung verschieben. Gleichzeitig mit
dem Lenkzylinderrohrkörper 17 verschiebt
sich auch das mit dem Lenkzylinderrohrkörper 17 gekoppelte
Lenkungsgehäuse 16 und
somit die Spurstange 90 in die gleiche Richtung wie der Lenkzylinderrohrkörper 17.
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Bei
der Bewegung des Lenkzylinderrohrkörpers 17 in die vom
Steuerraum ZR1 abgewandte Richtung bewegt das Anschlagelement 17g das
verschiebbare zweite Verschiebeelement 20' in die gleiche Richtung wie den
Lenkzylinderrohrkörper 17 und aufgrund
der Kopplung des Lenkzylinderrohrkörpers 17 mit dem Lenkungsgehäuse in den
jeweiligen Endstücken 16d,
wird auch das Lenkungsgehäuse 16 verschoben.
Die Lenkbewegung und somit die Auslenkung der Radbefestigungseinheit 10 erfolgt
durch ein wechselseitiges Beaufschlagen des ersten und/oder des
zweiten Steuerraums ZR1, ZR2 mit dem Fluid erfolgt. Dabei sind bei
einer Zuführung
des Fluids in den ersten und/oder in den zweiten Steuerraum ZR1,
ZR2 die Zentrierräume
ZR3, ZR4 drucklos, da sie nicht mit Fluid beaufschlagt werden, so dass
keine der Verschiebung des Lenkzylinderrohrkörpers 16 entgegengerichtete
Kraft durch die Zentrierräume
ZR3, ZR4 ausgeübt
wird.
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Ferner
erfolgt eine mittige Zentrierung des Lenkungsgehäuses 16 indem dem
dritten und dem vierten Zentrierraum ZR3, ZR4 jeweils gleichzeitig das
Fluid zugeführt
wird. Infolge des dadurch erhöhten
Drucks in dem dritten und vierten Zentrierraum ZR3, ZR4 wird jeweils
eine derartige Kraft auf das erste und das zweite Verschiebeelement 20, 20' ausgeübt, dass
sie sich jeweils in Richtung des Anschlagelements 22 verschieben,
bis sie jeweils gegen das Anschlagelement 22 stoßen und
damit das Lenkungsgehäuse 16 mittig
zentriert ist.
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Dabei
wird ausgehend von der in 6 dargestellten
Position durch das mit dem Zentrierelement 17g in Kontakt
stehende zweite Verschiebeelement 20' bei seiner Bewegung in Richtung
des Anschlagelements 22 eine Kraft auf den Lenkzylinderrohrkörper 17 ausgeübt, so dass
sich der Lenkzylinderrohrkörper 17 in
Richtung des Anschlagelements 22 verschiebt.
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Bei
der Verschiebung des Lenkzylinderrohrkörpers 17 in die Ausgangsposition
ist der erste und zweite Steuerraum ZR1 und ZR2 drucklos, da in
sie kein Fluid zugeführt
wird, so dass keine der Bewegung des Lenkzylinderrohrkörpers 17 entgegengerichtete
Kraft durch den ersten und zweiten Steuerraum ZR1, ZR2 ausgeübt wird.
Der Lenkzylinderrohrkörper 17 ist
dabei wieder in seiner Ausgangsposition, wenn das erste und das
zweite Verschiebeelement 20, 20' in Kontakt mit dem Anschlagelement 22 stehen.