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Die Erfindung betrifft eine Lenkungvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei drehschemelgelenkten Anhängefahrzeugen auch die Hinterachse zu lenken. Dabei zielen verschiedene Lösungen darauf ab, die Vorderachse und die Hinterachse möglichst proportional entgegengesetzt zu verschwenken, um die Hinterräder möglichst der Spur der Vorderräder nachlaufen zu lassen.
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Als eine besonders einfache und robuste Lösung ist es bekannt, die drehschemelgelagerte Vorderachse und die ebenfalls drehschemelgelagerte Hinterachse mit einer diagonal angeordneten Lenkstange in der Weise zu verbinden, dass die Lenkstange beispielsweise an der Vorderachse links von deren Drehpunkt und an der Hinterachse rechts von deren Drehpunkt angelenkt ist bzw. umgekehrt. Die von der Deichsel auf die Vorderachse eingetragenen Lenkkräfte werden so, vermittelt über die Lenkstange, auch auf die Hinterachse weiter übertragen, wobei durch die diagonale Anordnung beispielsweise ein Linkseinschlag der Vorderachse einen Rechtseinschlag der Hinterachse bewirkt und umgekehrt. Nach seinem Wesen handelt es sich um ein viergliedriges Koppelgetriebe. Aus der Geometrie eines solchen viergliedrigen Koppelgetriebes ergibt sich, dass sich die Lenkeinschlagwinkel von Vorderachse und Hinterachse nach ihrem Betrag nicht proportional verhalten. Bei dem Beispiel der an der Vorderachse links und an der Hinterachse rechts angelenkten Lenkstange bewirkt ein bestimmter Einschlagwinkel der Vorderachse nach links einen Einschlagwinkel der Hinterachse nach rechts, der größer als der Einschlagwinkel der Vorderachse ist. Ein bestimmter Einschlagwinkel nach rechts bewirkt dagegen einen Einschlagwinkel der Hinterachse nach links der kleiner als der Einschlagwinkel der Vorderachse ist. Hieraus ergeben sich zwei wesentliche Nachteile des Standes der Technik. Zum einen ist eine exakte Gleichlauflenkung nicht erreichbar. Der zweite noch gewichtigere Nachteil besteht in dem unterschiedlichen Lenk- und Laufverhalten des Anhängers je nach Links- oder Rechtseinschlag.
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Eine Möglichkeit diese Nachteile zu überwinden zeigt
US 4,244,596 A . Hiernach wird vorgeschlagen, den Drehschemel der Vorderachse und den Drehschemel der Hinterachse in der Art eines gekreuzten Riemengetriebes zu verbinden, wobei die Drehschemel die Riemenscheiben darstellen. Diese Lösung ist jedoch ihrerseits mit den für Riemen- oder Kettengetriebe typischen Nachteilen wie z. B. Nachspannen, Empfindlichkeit gegen äußere Einflüsse, Vorkehrungen zur Vermeidung der Berührung der gekreuzten Riemen oder Ketten usw. verbunden.
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Eine wesentliche einfachere Ausführung wird in
WO 00/12374 A1 für ein besonders geländegängiges Fahrzeug vorgeschlagen, wonach zwischen der drehschemelgelagerten Vorderachse und der drehschemelgelagerten Hinterachse zwei diagonal und kreuzweise angeordnete Kraftübertragungsmittel auf die jeweils gegenüberliegende Achsseite wirken und wobei die Kraftübertragungsmittel Seile, Ketten oder dergleichen sind. Dabei werden die gekreuzten Seile über einen Führungskanal im Bereich von deren Kreuzungspunkt geführt. Diese Lösung ermöglicht hohe Verdrehungswinkel der Vorder- und Hinterachse bezogen auf die Fahrzeuglängsachse bzw. zueinander infolge extremen Geländes. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Asynchronität der Einschlagwinkel zwischen Vorderachse und Hinterachse nicht behoben wird. Eine Gleichlauflenkung ist nicht erreichbar. Zudem hängt das nicht zugbelastete (gegenüberliegende) Seil durch, weil aufgrund der Geometrie des Koppelgetriebes der Abstand zwischen den Anlenkpunkten des nicht belasteten Seils sich mit zunehmendem Einschlagwinkel von Vorder- und Hinterachse verringert. Da die Seile ausschließlich Zugkräfte aufnehmen können, wird das Laufverhalten mit zunehmendem Einschlagwinkel instabil, wenn über die Räder Drehmomente auf den hinteren Drehschemel übertragen werden. Im ungünstigen Fall pendelt der Einschlag der Hinterachse zwischen den sich aus den beiden Seillängen bei jeweiligem Zug ergebenen unterschiedlichen Einlenkwinkeln.
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Besonders bei sehr langen Ausbildungen von Anhängefahrzeugen, wie sie insbesondere zur Aufnahme von Schneidwerken von Mähdreschern verwendet werden, ist sowohl eine Gleichlauflenkungseigenschaft als auch eine hohe Fahrstabilität von besonderer Bedeutung.
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Eine gattungsgemäße Lenkvorrichtung ist aus der
US 1,732,006 A bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der dargestellten Nachteile des Standes der Technik eine einfache, robuste und kostengünstige Lenkung für drehschemelgelenkte Anhängefahrzeuge mit gleichzeitiger Vorderachs- und Hinterachslenkung bereit zu stellen, die ein gleiches Lenkverhalten bei Linkseinschlag und Rechtseinschlag, eine Gleichlauflenkung und eine hohe Fahrstabilität ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Lenkvorrichtung mit den in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Erfindungsgemäß handelt es sich um eine Lenkvorrichtung für Anhängefahrzeuge mit einer drehschemelgelenkten Vorderachse und einer drehschemelgelenkten Hinterachse und zwei diagonal sich kreuzend zwischen der Vorderachse und der Hinterachse angeordneten Lenkstangen welche jeweils mit einem Ende an der einen Seite der Vorderachse und mit einem anderen Ende an der gegenüberliegenden Seite der Hinterachse angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lenkstangen Mittel für eine Längenveränderlichkeit aufweisen und dass den Mitteln zur Längenveränderlichkeit Hydraulikelemente zugeordnet sind. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Wirken Lenkkräfte auf die drehschemelgelenkte Vorderachse, bewirkt dies einen Lenkeinschlag der Vorderachse. Bei einem Lenkeinschlag nach links überträgt die an der Vorderachse links angelenkte Lenkstange eine Schubkraft auf die rechte Seite der drehschemelgelenkten Hinterachse. Infolge der Kraftübertragung führt die Hinterachse einen Lenkeinschlag nach rechts, also entgegengesetzt zur Vorderachse, aus. Als Vorder- bzw. Hinterachse im Sinne der Erfindung wird auch eine aus zwei oder mehreren Achsen bestehende Vorder- bzw. Hinterachsgruppe verstanden. Um einen gleichen Betrag des Einschlagwinkels von Vorderachse und Hinterachse und somit eine Gleichlauflenkung zu erhalten, muss sich die schubkraftübertragende erste Lenkstange in deren Länge verändern. Zugleich wirkt die rechts an der Vorderachse angelenkte weitere Lenkstange dabei auf die linke Seite der drehschemelgelenkten Hinterachse. Ferner sind in oder an den Lenkstangen Hydraulikelemente als Hydraulikzylinder mit Kolben angebracht. Diese sind in der Weise angebracht, dass bei einer Verlängerung der betreffenden Lenkstange infolge eines Lenkeinschlages durch den Kolben Hydraulikflüssigkeit verdrängt wird. Dabei können die Hydraulikelemente zusätzlich neben separaten Mitteln für eine Längenveränderlichkeit, beispielsweise teleskopartig ausgebildeter Lenkstangen, angeordnet sein und parallel hierzu die Längenveränderung mittels der Kolbenbewegung mit ausführen, oder auch selbst jeweils das Mittel für eine Längenveränderlichkeit darstellen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht ein gleiches Lenkverhalten bei Links- bzw. Rechtseinschlag bei gleichzeitiger Verwendung von Lenkstangen. Da es sich bei den Lenkstangen um ein stabiles Kraftübertragungsmittel handelt, welches zudem sowohl Zug- als auch Schubkräfte aufnehmen kann, besteht ein Vorteil der Erfindung in einer hohen Stabilität auch der gelenkten Hinterachse. Über die Räder, insbesondere bei Unebenheiten, eingeleitete Kräfte können zuverlässig über die Lenkstangen auf die durch die Deichsel stabilisierte Vorderachse abgeführt und damit der Lenkeinschlagswinkel der Hinterachse stabil gehalten werden. Ermöglicht wird dies dadurch, dass die Lenkstangen Mittel zur Längenveränderlichkeit aufweisen. Als Gleichlauflenkung wird eine Lenkung verstanden, bei der die Hinterräder unabhängig vom jeweiligen Lenkeinschlagwinkel im Wesentlichen der Spur der Vorderräder nachfolgen.
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Erfindungsgemäß sind den Mitteln zur Längenveränderlichkeit Dämpfungsmittel, beispielsweise hydraulische Dämpfungszylinder zugeordnet. Vorzugsweise können die Mittel zur Längenveränderung und die Dämpfungselemente baulich verbunden oder ineinander integriert sein.
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Des Weiteren sind die Hydraulikelemente und die Dämpfungselemente jeweils baulich integriert.
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Wie beschrieben sind in oder an den Lenkstangen Hydraulikelemente als Hydraulikzylinder mit Kolben angebracht. Dabei wird bei einer Verlängerung der betreffenden Lenkstange infolge eines Lenkeinschlages durch den Kolben Hydraulikflüssigkeit verdrängt. Diese wird beispielsweise über eine Drossel abgeleitet. Dadurch lässt sich eine Dämpfung erreichen, welche die Hinterachse gegenüber den dynamischen Lasten im praktischen Fahrbetrieb effektiv stabilisieren kann.
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Darüber hinaus wird die Ausfahrlage der Lenkstangen erfindungsgemäß durch ein zusätzliches Federelement vorbestimmt. Da die weitere Lenkstange gegenwirkend auf der anderen Seite der Hinterachse eine Kraft beaufschlagt, stellt sich ein Kräftegleichgewicht zwischen den Federelementen beider Lenkstangen ein, womit die Lagebeziehung von der Hinterachse zur Vorderachse in jedem Einschlagwinkel der Vorderachse bestimmt wird.
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Die Hydraulikelemente bzw. die hydraulischen Dämpfungsmittel beider Lenkstangen sind erfindungsgemäß, beispielsweise durch einen Hydraulikschlauch, miteinander verbunden. Dadurch kann ein Druckausgleich und ein Überströmen verdrängter Hydraulikflüssigkeit erfolgen. Es liegt damit ein verbundenes Hydrauliksystem vor. Die Möglichkeit des Überströmens ist besonders dann vorteilhaft, wenn bei einer Lenkeinschlagveränderung die Verlängerung der einen Lenkstange mit der Verkürzung der anderen Lenkstange einher geht.
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Erfindungsgemäß werden die Hydraulikelemente zugleich mit mindestens einem Druckspeicher verbunden, welcher baulich an einer der beiden Lenkstangen oder an einer anderen Stelle, insbesondere am Fahrgestell, angebracht sein kann. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn Dämpfungselement und Federelement ineinander integriert sind, beispielweise wenn die Federkraft durch einen Hydraulikzylinder erzeugt wird. Durch die Druckkopplungen wird ein gleicher Druck in beiden Dämpfungs- bzw. Federelementen und damit ein Kräftegleichgewicht zwischen den Lenkstangen unabhängig von dem jeweiligen Längenveränderlichkeitszustand erreicht. Möglich ist auch eine Lösung, bei der jedem Hydraulikzylinder ein separater Druckspeicher zugeordnet ist und bei der kein Druckausgleich zwischen den Hydraulikzylindern vorgesehen ist. Der Druckspeicher hat den besonderen Vorteil, dass er sowohl die Vorspannung des Fluids als auch eine Aufnahme der bei einem Lenkeinschlag aus den Hydraulikzylindern verdrängten Fluidvolumina ermöglicht.
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In einer bevorzugten Variante wird die Vorspannung der Hydraulikelemente bzw. der Federelemente oder, im Falle des Vorhandenseins von Hydraulikelementen und kumulativen Federelementen, die resultierende Vorspannung der Hydraulikelemente und Federelemente so gewählt, dass beide Lenkstangen eine gleichwirkende Kraft auf ihre Anlenkpunkte beaufschlagen. Vorzugsweise werden die Hydraulikelemente bzw. Federelemente dabei vorgespannt. Sind Dämpfungszylinder vorhanden, wird vorzugsweise das Fluid in den Dämpfungszylindern vorgespannt. So lassen sich die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie bei der Vorspannung bei Federelementen erreichen. Dadurch wird als besonderer Vorteil eine stabile Lagebeziehung der Hinterachse zur Vorderachse und damit eine hohe Laufstabilität des Anhängefahrzeugs erreicht. Zugleich wird eine Erhöhung der Laufstabilität dadurch erreicht, dass durch die Zug- bzw. Schubvorspannung die Lenkung stets bestrebt ist, in den Geradeauslauf einzuschwenken. Das Rückstellmoment wird erreicht, weil in bevorzugter Ausführungsform ausgehend von einem Lenkeinschlagwinkel Null (Geradeausfahrt) die Längenveränderlichkeit der Längen der Lenkstangen in deren Summe zunimmt.
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In einer weiteren bevorzugten Variante können die Hydraulikelemente mit einer externen Druckvorrichtung, wie beispielsweise dem Druckluftsystem des Zugfahrzeuges, wirkverbunden werden. Dies ermöglicht als besonderen Vorteil eine zusätzliche Druckbeaufschlagung auf das Hydrauliksystem der Hinterachslenkung. Dadurch kann eine hohe Vorspannung des Fluids im Hydrauliksystem und damit eine sehr hohe Fahrstabilität erreicht werden. Als besonderer Vorteil liegt bei einer Abtrennung von der externen Druckvorrichtung, beispielsweise bei dem Abhängen des Anhängefahrzeuges, eine geringere Vorspannung vor, so dass die Rückstellkräfte verringert werden und beispielsweise bei einem Abhängen eines in eingelenkter Position befindlichen Anhängefahrzeugs die Gefahr durch eine, in die Geradeauslaufstellung, umschlagende Deichsel vermieden wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Anlenkpunkte der Lenkstangen so angeordnet, dass bei einem Verlassen der Geradeauslaufstellung in allen Lenkeinschlagwinkeln größer Null eine Verlängerung der Lenkstangen im Vergleich zu deren Länge bei Lenkeinschlagwinkel Null eintritt. Dies ermöglicht den Betrieb der Lenkung auf der Basis ausschließlich von Zugbelastung der Lenkstangen.
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In extremen Einlenkwinkeln ist die Längenveränderung der Lenkstangen besonders hoch und die seitliche Kippstabilität des Anhängefahrzeuges wegen der sich der Fahrzeuglängsachse nähernden Aufstandspunkte der Räder besonders gering. Daher kann eine Vorrichtung zur Begrenzung des Einschlagwinkels zweckmäßig sein.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
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1 Schematische Darstellung der Lenkung
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2 Anhängefahrzeug mit Lenkung mit zusätzlichen Federelementen
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3 Anhängefahrzeug mit Lenkung mit Hydraulikelementen und Dämpfungselementen, die baulich integriert sind
näher erläutert.
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Vorderachse 1 und Hinterachse 2 sind drehschemelgelenkt. Zwischen ihnen sind diagonale Lenkstangen 3, 4 angeordnet. Die an der Vorderachse 1 links angelenkte Lenkstange 3 ist an der Hinterachse 2 rechts angelenkt und umgekehrt ist die an der Vorderachse 1 rechts angelenkte Lenkstange 4 an der Hinterachse 2 links angelenkt. In den Ausführungsbeispielen nach 2 und 3 sind dabei die Anlenkpunkte an der Vorderachse 1 gegenüber dem Drehpunkt des Drehschemels in Richtung Hinterachse 2 versetzt und an der Hinterachse 2 gegenüber dem Drehpunkt des Drehschemels in Richtung Vorderachse versetzt angeordnet, so dass die Länge der Lenkstangen jeweils gleich oder geringer ist als der Abstand der Drehpunkte der Drehschemel von Vorderachse 1 und Hinterachse 2 zueinander. Durch diese Geometrie wird erreicht, dass bei einem Lenkeinschlag eine Längenveränderlichkeit der Lenkstangen 3, 4 ausschließlich als Verlängerung erreicht wird. Zusätzlich zu den Hydraulikelementen 12, 13 (in 2 nicht separat dargestellt) sind als Mittel zur Längenveränderlichkeit jeweils parallel Federelemente vorgesehen, welche mit Federvorspannung die Lenkstangen 3, 4 auf Zug vorbelasten. Wird über die Deichsel 7 die Vorderachse 1 beispielsweise nach links eingelenkt, übt die Lenkstange 4 eine Zuglast auf die linke Seite der Hinterachse 2 aus. Dadurch wird die Hinterachse 2 nach rechts eingeschwenkt. Zugleich überträgt die Lenkstange 3 eine Zuglast auf die rechte Seite der Hinterachse 2. Durch die progressive Federcharakteristik strebt die Hinterachse immer in die Position, in der sich ein Kräftegleichgewicht zwischen den Federelementen beider Lenkstangen 3, 4 einstellt. Dadurch wird die Hinterachse 2 in ihrer Lagebeziehung zur Vorderachse 1 und mittelbar auch in ihrer Lagebeziehung zum Fahrgestell 8 stabil gehalten. Da die Summe der Längen der Lenkstangen 3, 4 in Geradeauslaufstellung am geringsten ist, liegt in der Geradeauslaufstellung auch die geringste Federkraft an. Die Lenkung ist daher bestrebt, sich in die Geradeauslaufstellung zurück zu stellen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind in den Lenkstangen 3, 4 Hydraulikelemente 12, 13 als Hydraulikzylinder in der Weise angebracht, dass bei einer Verlängerung infolge eines Lenkeinschlages durch einen Kolben aus dem Kolbenstangenraum Hydraulikflüssigkeit verdrängt wird. Diese wird über eine Drossel abgeleitet. Dadurch lässt sich eine Dämpfung erreichen, welche die Hinterachse gegenüber den dynamischen Lasten im praktischen Fahrbetrieb effektiv stabilisieren kann. Die Hydraulikelemente 12, 13 beider Lenkstangen 3, 4 sind über einen Hydraulikschlauch als Verbindungsleitung 15 miteinander verbunden, so dass ein Druckausgleich und ein überströmen von verdrängter Hydraulikflüssigkeit erfolgen kann. Die Möglichkeit des Überströmens von Hydraulikflüssigkeit ist besonders dann relevant, wenn die Geometrie so gewählt ist, dass eine Verlängerung einer Lenkstange, z. B. 3 mit einer Verkürzung der weiteren Lenkstange, dann 4, im Falle eines Lenkeinschlags einhergeht. Dem so verbundenen Hydrauliksystem ist ein Druckspeicher 14 zugeordnet, im vorgesehenen Ausführungsbeispiel über ein T-Stück. Möglich ist auch eine Lösung, bei der jedem Hydraulikzylinder ein separater Druckspeicher zugeordnet ist und bei der kein Druckausgleich zwischen den Hydraulikzylindern vorgesehen ist. Der Druckspeicher 14 ermöglicht sowohl die Vorspannung des Fluids als auch eine Aufnahme der bei einem Lenkeinschlag aus den Hydraulikzylindern verdrängten und in die Verbindungsleitung 5 eingeleiteten Fluidvolumina. Bei einer progressiven Charakteristik des Druckspeichers 14 wird das Rückstellmoment in den Geradeauslauf in gleicher Weise bewirkt wie bei dem Ausführungsbeispiel mit Federelementen 10, 11.
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Als besondere Ausführungsform, nicht in den Figuren dargestellt, wird vorzugsweise über den Druckspeicher 14 eine Verbindung zu dem Luftdrucksystem des Zugfahrzeuges vorgesehen, die durch geeignete Mittel eine zusätzliche Druckbeaufschlagung auf das Hydrauliksystem der Hinterachslenkung ermöglicht. Dadurch kann im Fahrbetrieb eine hohe Vorspannung des Fluids im Hydrauliksystem der Hinterachslenkung und damit eine sehr hohe Fahrstabilität erreicht werden. Wenn dass Anhängefahrzeug von der Druckluft vor dem Abhängen getrennt wird, liegt eine geringere Vorspannung vor, so dass die Rückstellkräfte verringert werden und bei einem Abhängen eines in eingelenkter Position befindlichen Anhängefahrzeugs die Gefahr durch eine in die Geradeausstellung umschlagende Deichsel 7 vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- drehschemelgelenkte Vorderachse
- 2
- drehschemelgelenkte Hinterachse
- 3
- erste Lenkstange
- 4
- weitere Lenkstange
- 5
- Mittel zur Längenveränderlichkeit der ersten Lenkstange
- 6
- Mittel zur Längenveränderlichkeit der weiteren Lenkstange
- 7
- Deichsel
- 8
- Fahrgestell
- 9
- Räder
- 10
- Federelement an der ersten Lenkstange
- 11
- Federelement an der weiteren Lenkstange
- 12
- Hydraulikelement an der ersten Lenkstange
- 13
- Hydraulikelement an der weiteren Lenkstange
- 14
- Druckspeicher
- 15
- Verbindungsleitung
