DE102015214317A1

DE102015214317A1 - Lenkaggregat und landwirtschaftliche Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102015214317A1
Application number: DE102015214317.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hörsch; Stefan Reicheneder; Michael Haegele; Friedrich Saibold
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkaggregat (200), umfassend eine vollhydraulische oder eine elektrohydraulische oder eine elektromechanische Servoeinrichtung zum Erzeugen einer zusätzlichen Lenkkraft und Kopplungselemente(111, 111‘) zur Kopplung an jeweils eine Spurstange (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘), wobei die Kopplungselemente (111, 111‘) an einem Lenkwinkelsteller (101, 101‘, 102, 102‘, 726) der Servoeinrichtung angeordnet sind, wobei die Spurstangen (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘) jeweils entweder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren linken oder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren rechten Fahrzeugrad zugeordnet sind und wobei eine axiale Beabstandung der Kopplungselemente (111, 111‘) geringer ist als eine Axiallänge des Lenkwinkelstellers (101, 101‘, 102, 102‘, 726) oder dass ein Kopplungselement (111, 111‘) zur Kopplung an eine einem linken Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘) auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist und ein Kopplungselement (111, 111‘) zur Kopplung an eine einem rechten Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘) auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist.. Die Erfindung betrifft weiterhin eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkaggregat gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 12.
Im Stand der Technik sind Lenkaggregate bekannt, die vollhydraulische, elektrohydraulische oder elektromechanische Servoeinrichtungen zum Erzeugen einer zusätzlichen Lenkkraft umfassen. Die elektromechanische und elektrohydraulischen Servoeinrichtungen werden dabei in der Regel in vergleichsweise eher leichten Kraftfahrzeugen, wie etwa PKW, eingesetzt, während die vollhydraulischen Servoeinrichtungen üblicherweise in vergleichsweise schweren Kraftfahrzeugen, wie etwa landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, Baustellenfahrzeugen, Lastkraftwagen bzw. Bussen zur Anwendung kommen. Die vollhydraulischen und elektrohydraulischen Servoeinrichtungen umfassen dabei typischerweise einen oder mehrere Hydraulikzylinder mit jeweils einer axial durch einen Hydraulikzylinder laufenden Kolbenstange, von der Kolbenstange betätigte Spurstangen sowie eine Hydraulikpumpe zur Einstellung eines benötigten Drucks im Hydraulikzylinder. Die elektromechanischen Servoeinrichtungen hingegen umfassen ein rein mechanisches Lenkgetriebe, einen direkt auf die Mechanik des Lenkgetriebes wirkenden Elektromotor sowie mit dem Lenkgetriebe gekoppelte Spurstangen.
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 603 15 245 T2 eine elektrische Servolenkung, umfassend eine Lenkspindel, wobei die Lenkspindel mit einem Ende an einem Lenkrad befestigt ist und am anderen Ende mit einem Zahnstangenmechanismus verbunden ist, einen Lenkradeinschlagwinkelsensor zum Erfassen eines Lenkradeinschlagwinkels, einen Drehmomentsensor zum Erfassen eines auf die Lenkspindel durch die Betätigung des Lenkrads ausgeübten Lenkdrehmoments, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Elektromotor zum Erzeugen einer Lenkhilfskraft, ein Untersetzungsgetriebe zum Übertragen der durch den Motor erzeugten Lenkhilfskraft und eine elektronische Regeleinheit zum Regeln der Ansteuerung des Motors auf der Basis von Sensorsignalen des Lenkradeinschlagwinkelsensors, des Drehmomentsensors und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors.
Aus der DE 601 07 701 T2 ist ein Lenkzylinder, umfassend eine Kolbenstange, die sich durch den Lenkzylinder und über die Enden des Lenkzylinders hinaus erstreckt, bekannt. Die Kolbenstange wiederum trägt einen Kolben, der sich radial von der Stange weg erstreckt. Öldurchlässe durch die Zylinderkappen ermöglichen es dem Öl, auf beiden Seiten des Kolbens in den Zylinder einzutreten und aus diesem wieder auszutreten. Der Öldruck kann den Kolben nun nach links bzw. rechts bewegen, um die gelenkten Räder zu verdrehen bzw. einzuschlagen. Mittels Buchsen an den Enden der Kolbenstange ist der Lenkzylinder über Spurstangen mit den Achsschenkeln verbunden. Der beschriebene Lenkzylinder wird bevorzugt zur Lenkung eines Traktors verwendet.
Die DE 197 55 283 A1 beschreibt einen doppelwirkenden Druckmittelzylinder, bestehend aus einem Zylinderrohr, einem Kolben, einer Kolbenstange, einem Zylinderinnenraum und zwei als Verschlussteile wirkenden Führungsringen mit jeweils einer Radialbohrung zur Druckmittelzuführung. An die Radialbohrung in den Führungsringen schließt sich eine Radialbohrung im Zylinderrohr an. Indem die Druckmittelzuführung durch die aneinander anschließenden Radialbohrungen erfolgt, müssen die Führungsringe nicht seitlich aus dem Zylinderrohr herausstehen sondern können völlig in dieses eingesetzt sein. Somit ist der offenbarte Druckmittelzylinder vergleichsweise kürzer und beansprucht weniger Bauraum. Vorzugsweise wird er als Lenkzylinder für Lenkachsen, insbesondere für Pendelachsen von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen, verwendet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiter verbessertes Lenkaggregat vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das hydraulisches Lenkaggregat gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Lenkaggregat, umfassend eine vollhydraulische oder eine elektrohydraulische oder eine elektromechanische Servoeinrichtung zum Erzeugen einer zusätzlichen Lenkkraft und Kopplungselemente zur Kopplung an jeweils eine Spurstange, wobei die Kopplungselemente an einem Lenkwinkelsteller der Servoeinrichtung angeordnet sind und wobei die Spurstangen jeweils entweder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren linken oder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren rechten Fahrzeugrad zugeordnet sind. Das erfindungsgemäße Lenkaggregat zeichnet sich dadurch aus, dass eine axiale Beabstandung der Kopplungselemente geringer ist als eine Axiallänge des Lenkwinkelstellers oder dass ein Kopplungselement zur Kopplung an eine einem linken Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist und ein Kopplungselement zur Kopplung an eine einem rechten Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Spurstangen, welche gemäß dem Stand der Technik an die Enden des Lenkwinkelstellers gekoppelt sind, bei gleicher Spurbreite des Radfahrzeugs vergleichsweise länger als im Stand der Technik ausgebildet sein können. Dies wiederum ermöglicht die Realisierung eines vergleichsweise flacheren Beugewinkels zwischen jeder Spurstange und dem mit ihr jeweils gekoppelten Kopplungselement, wodurch die Kraftübertragung zwischen der Spurstange und dem Kopplungselement effizienter gestaltet wird. Zur Erzeugung einer definierten Lenkkraft am Rad muss daher durch das erfindungsgemäße Lenkaggregat nur eine vergleichsweise geringere Kraft aufgebracht werden als durch im Stand der Technik bekannte Lenkaggregate. Ein weiterer, sich durch die vergleichsweise länger ausgebildeten Spurstangen ergebender Vorteil ist es, dass vergleichsweise größere Raderhebungskurven beim Ein- und Ausfedern der Räder ermöglicht werden. Dies ist insbesondere für Radfahrzeuge mit Einzelradaufhängung von Vorteil.
Der Begriff „zusätzliche Lenkkraft“ bezeichnet im Sinne der Erfindung eine von der Servoeinrichtung erzeugte Lenkkraft, welche zusätzlich und unterstützend zu einer vom Fahrer aufgebrachten Lenkkraft wirkt.
Der Begriff „Lenkwinkelsteller“ bezeichnet im Sinne der Erfindung dasjenige Bauteil des Lenkaggregats, an welchem die Kopplungselemente angeordnet sind. Dieses Bauteil ist beweglich gelagert, um die Kopplungselemente zu verschieben und somit über die Spurstangen einen Lenkeinschlag einzustellen.
Als „Spurstange“ wird im Sinne der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, die Bestandteil einer Achsschenkellenkung eines Radfahrzeugs ist und der Einstellung der Spur des Radfahrzeugs dient. Eine Spurstange stellt insbesondere die Verbindung zwischen einem Kopplungselement bzw. einer Kolbenstange und einem Rad bzw. einem Radträger bzw. einem Spurhebel eines Rads des Radfahrzeugs dar. Die Länge der Spurstangen ist dabei einerseits begrenzt durch die Spurbreite des Radfahrzeugs und andererseits durch die Beabstandung der Kopplungselemente.
Der Begriff „axial“ bezeichnet im Sinne der Erfindung die räumliche Ausrichtung der Längsachse der Kolbenstange.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Lenkaggregat zwei Kopplungselemente zur Kopplung an jeweils eine, insgesamt also zwei Spurstangen umfasst. Dies ermöglicht die Lenkung von zwei Rädern einer Achse eines Radfahrzeugs mittels des erfindungsgemäßen Lenkaggregats.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kopplungselemente als Aufnahmepfannen für Kugelköpfe ausgebildet sind, wobei die Spurstangen jeweils an mindestens einem Ende einen in die Aufnahmepfannen formschlüssig und kraftschlüssig aufnahmefähigen Kugelkopf aufweisen. Im gekoppelten Zustand greifen die Spurstangen mit den Kugelköpfen insbesondere formschlüssig und kraftschlüssig in die Aufnahmepfannen der Kopplungselemente ein. Die Kopplungselemente und die mit ihnen jeweils gekoppelten Spurstangen sind also über ein sog. Axialgelenk gekoppelt, was den Spurstangen einen vergleichsweise großen Bewegungsspielraum ermöglicht und dennoch eine sichere Kraftübertragung gewährleistet.
Die Bezeichnung „vollhydraulische Servoeinrichtung“ steht im Sinne der Erfindung für eine Servoeinrichtung, die mittels einer vom Antriebsaggregat des Fahrzeugs in der Regel permanent betriebenen Hydraulikpumpe ständig einen Volumenstrom durch den Hydraulikzylinder erzeugt. Da das Lenkaggregat bei einer Geradeausfahrt oder bei nur geringen Lenkbewegungen keine Unterstützung braucht, fließt das Fluid, üblicherweise ein Hydrauliköl, direkt wieder zurück in einen Bevorratungsbehälter. In dem Moment, in dem eine Lenkbewegung ausgeführt wird, wird jedoch zumindest ein Teil dieses Volumenstroms vermehrt bzw. ausschließlich in einen einzelnen Zylinderraum des Hydraulikzylinders geleitet und erzeugt durch die bewirkte Druckänderung in den Zylinderräumen des Hydraulikzylinders eine zusätzliche Lenkkraft.
Unter dem Begriff „elektrohydraulische Servoeinrichtung“ wird im Sinne der Erfindung eine der vollhydraulischen Servoeinrichtung ähnliche Servoeinrichtung verstanden, die jedoch nicht permanent mittels des Antriebsaggregat des Fahrzeugs angetrieben wird, sondern vielmehr ausschließlich bei Bedarf und von einem eigens hierfür vorgesehenen Elektromotor in ausschließlich dem benötigten Maße angetrieben wird.
Als „elektromechanische Servoeinrichtung“ wird im Sinne der Erfindung eine Servoeinrichtung verstanden, bei der ein eigens hierfür vorgesehener Elektromotor bei Bedarf eine zusätzliche Lenkkraft direkt an eine Mechanik bzw. ein Lenkgetriebe des Lenkaggregats, z.B. eine Zahnstange oder eine Gewindespindel, abgibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungselemente auf einer gemeinsamen oder auf unterschiedlichen zu einer Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers radial versetzen Parallelachse oder jeweils radial versetzen Parallelachsen verschiebbar angeordnet sind.. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Kopplungselemente bis zu einem gewissen Grade unabhängig von der Einbauposition des Lenkwinkelstellers im Radfahrzeug flexibel angeordnet werden können. Beispielsweise kann der Lenkwinkelsteller an einem vergleichsweise höhergelegenen Einbauort im Fahrzeug angeordnet sein, um die Gefahr von Beschädigungen und Verschmutzungen für dieses vergleichsweise anfällige Bauteil zu reduzieren. Die Kopplungselemente hingegen können an einem vergleichsweise tiefergelegenen Einbauort im Radfahrzeug angeordnet sein, da sie vergleichsweise robust sind. Diese Flexibilität trägt außerdem dazu bei, den Beugewinkel zwischen jeder Spurstange und dem mit ihr jeweils gekoppelten Kopplungselement möglichst gering ausführen zu können.
Wenn z.B. bei einem zwei Kopplungselemente umfassenden Lenkaggregat die Kopplungselemente eine axiale Beabstandung aufweisen, die geringer ist als die Axiallänge des Lenkwinkelstellers, so können die Kopplungselemente bevorzugt auf einer gemeinsamen zur Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers radial versetzen Parallelachse verschiebbar angeordnet sein.
Wenn bei einem erfindungsgemäßen Lenkaggregat die Kopplungselemente hingegen derart angeordnet sind, dass das Kopplungselement zur Kopplung an eine einem linken Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist und das Kopplungselement zur Kopplung an eine einem rechten Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist, dann sind die Kopplungselemente bevorzugt auf unterschiedlichen zur Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers jeweils radial versetzen Parallelachsen verschiebbar angeordnet. Beispielsweise kann ein erstes Kopplungselement oberhalb des Lenkwinkelsteller auf einer zur Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers radial versetzen Parallelachsen verschiebbar angeordnet sein, während ein zweites Kopplungselement unterhalb des Lenkwinkelsteller auf einer zur Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers radial versetzen Parallelachse verschiebbar angeordnet sein kann. Ebenso können die Kopplungselemente auch vor bzw. hinter dem Lenkwinkelsteller auf einer zur Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers radial versetzen Parallelachse verschiebbar angeordnet sein. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkaggregats ermöglicht es, die Spurstangen vergleichsweise besonders lang auszubilden.
Es soll jedoch ergänzend ausgeführt werden, dass auch bei einer Anordnung der Kopplungselemente auf einer gemeinsamen Parallelachse eine vergleichsweise besonders lange Ausbildung der Spurstangen mit den damit einhergehenden Vorteilen möglich ist, sofern die Spurstangen hierfür geeignete Geometrien aufweisen. Eine Verwendung von üblichen, geradlinigen Spurstangen würde in diesem Fall nämlich dazu führen, dass ein Schnittpunkt zwischen den Spurstangen entsteht, an dem diese aneinander anliegen bzw. aneinander pressen. Bei einer Bewegung des Lenkwinkelstellers würde nun eine Scheuerbewegung der Spurstangen aneinander entstehen, die zu Verschleiß und ungewünschter Geräuschentwicklung führen kann. Daher weisen die Spurstangen gemäß der Erfindung in diesem Fall bevorzugt über ihre Längsachse gekrümmte Geometrien auf. Alternativ bevorzugt ist es möglich, dass mindestens eine Spurstange im Bereich des theoretischen Schnittpunkts eine entsprechende Ausformung aufweist, welche das berührungslose Vorbeiführen an der anderen Spurstange im Bereich des Schnittpunkts ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Lenkwinkelsteller als Zahnstange eines Lenkgetriebes oder als Gewindespindel eines Lenkgetriebes ausgebildet ist. In diesem Fall handelt es sich bevorzugt eine elektromechanische Servoeinrichtung. Somit kann das erfindungsgemäße Lenkaggregat also vorteilhafterweise auch für vergleichsweise leichte Fahrzeuge wie PKW verwendet werden.
Sofern der Lenkwinkelsteller als Gewindespindel eines Lenkgetriebes ausgebildet ist, ist besonders bevorzugt noch eine Linearführung für die Kopplungselemente vorgesehen, damit diese nicht bei einer Betätigung der Gewindespindel mit der Gewindespindel verdrehen. Die Kopplungselemente sind dann um die Längsachse der Gewindespindel rotierbar an der Gewindespindel angeordnet.
Hinsichtlich eines genauen Anbringungsorts der Kopplungselemente an der Zahnstange bzw. der Gewindespindel sind keine Beschränkungen zu beachten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Lenkwinkelsteller als mindestens ein Hydraulikzylinder und mindestens eine Kolbenstange ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Kolbenstange axial verschiebbar im mindestens einen Hydraulikzylinder angeordnet ist, wobei die mindestens eine Kolbenstange mittels eines an der mindestens einen Kolbenstange axial verschiebefest angeordneten Kolbens einen ersten Zylinderraum von einem zweiten Zylinderraum im mindestens einen Hydraulikzylinder trennt und wobei das Lenkaggregat dazu ausgebildet ist, mittels zugeführten Fluids in den ersten Zylinderraum und abgeführten Fluids aus dem zweiten Zylinderraum und umgekehrt jeweils eine Verschiebung des Kolbens im mindestens einen Hydraulikzylinder zu bewirken. In diesem Fall handelt es sich bevorzugt eine vollhydraulische oder elektrohydraulische Servoeinrichtung. Somit kann das erfindungsgemäße Lenkaggregat also vorteilhafterweise auch für vergleichsweise schwere Fahrzeuge wie landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, Baustellenfahrzeugen, Lastkraftwagen bzw. Busse verwendet werden. Gerade im Bereich der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen und der Baustellenfahrzeuge, die häufig abseits von asphaltierten Straßen im Gelände zum Einsatz kommen, ergeben sich durch die vergleichsweise größeren Raderhebungskurven beim Ein- und Ausfedern der Räder besondere Vorteile.
Der Kolben schließt in Verbindung mit einer Innenoberfläche des Hydraulikzylinders den ersten Zylinderraum vom zweiten Zylinderraum fluiddicht ab.
Das Zuführen von Fluid bzw. das Abführen von Fluid führt zu einer Druckänderung im ersten Zylinderraum gegenüber dem zweiten Zylinderraum. Diese Druckänderung resultiert in einer von der Druckänderung und der Kolbenringfläche abhängigen Kraft, welche dann die genannte Verschiebung des Kolbens bewirkt.
Der Kolben ist bevorzugt axial mittig auf der Kolbenstange angeordnet. Ebenso bevorzugt fasst der Kolben die Kolbenstange radial mittig ein.
Sofern das Lenkaggregat mehr als nur eine Kolbenstange umfasst, ist es bevorzugt, dass die axiale Beabstandung der Kopplungselemente geringer ist als eine Axiallänge einer axial kürzesten Kolbenstange ist.
Außerdem ist es bevorzugt, dass die axiale Beabstandung der Kopplungselemente geringer ist als eine Axiallänge des mindestens einen Hydraulikzylinders.
Sofern das Lenkaggregat mehr als nur einen Hydraulikzylinder umfasst, ist es bevorzugt, dass die axiale Beabstandung der Kopplungselemente geringer ist als eine Axiallänge eines axial kürzesten Hydraulikzylinders ist oder dass ein Kopplungselement zur Kopplung an eine einem linken Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist und ein Kopplungselement zur Kopplung an eine einem rechten Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist. Je geringer im erstgenannten Fall die axiale Beabstandung der Kopplungselemente ist, desto länger können die Spurstangen ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Kolbenstange über axiale Enden des mindestens einen Hydraulikzylinders hinausragt. Dazu weist der mindestens einen Hydraulikzylinder an seinen Enden insbesondere jeweils eine Durchführung für die aus dem Hydraulikzylinder hinausragenden Enden der mindestens einen Kolbenstange auf. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Kolbenstange bei einer Axialverschiebung im Hydraulikzylinder mittels der Durchführungen stabil geführt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kolben als Ringkolben ausgebildet ist und der Hydraulikzylinder einen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Fluid ein Hydrauliköl ist. Hydrauliköle sind weitestgehend inkompressibel und verhindern Korrosionseffekte.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungselemente am mindestens einen Hydraulikzylinder angeordnet sind. Die Anordnung der Kopplungselemente am Hydraulikzylinder führt zu dem Vorteil, dass die axiale Beabstandung der Kopplungselemente in der Regel geringer ist als die Axiallänge der mindestens einen Kolbenstange, da der Hydraulikzylinder üblicherweise eine kürzere Axiallänge aufweist als die Kolbenstange. Zudem eignet sich im Wesentlichen jede Stelle der Oberfläche der Außenseite des Hydraulikzylinders zur Anbringung der Kopplungselemente. Dies wiederum ermöglicht eine vergleichsweise große Flexibilität bei der Wahl der tatsächlichen Beabstandung auf dem mindestens einen Hydraulikzylinder.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Kolbenstange mindestens ein Befestigungselement aufweist, welches dazu ausgebildet ist, das Lenkaggregat an einem externen Fixpunkt mechanisch zu befestigen. Diese Verbindung ist bevorzugt als starre Verbindung ausgebildet, analog der im Stand der Technik bekannten Verbindungen bzw. Befestigungen des Hydraulikzylinders am Radfahrzeug. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Kolbenstange mit dem Fahrzeug starr verbindbar ist, während der Hydraulikzylinder auf der Kolbenstange gegen die Kolbenstange und damit gegen das Radfahrzeug verschiebbar gelagert ist. Im Falle der am Hydraulikzylinder angeordneten Befestigungselemente ist somit sichergestellt, dass die Spurstangen und damit die lenkbaren Räder des Radfahrzeugs über das Lenkaggregat verdreht bzw. eingeschlagen werden können.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Befestigungselement mittels Schraubens, Schweißens oder Klemmens mit dem externen Fixpunkt mechanisch verbindbar ist.
Bevorzugt ist das Lenkaggregat derart mit dem Radfahrzeug verbunden, dass die Kopplungselemente möglichst mittig der Fahrzeuglängsachse in Ruheposition sind, d.h., dass beide Spurstangen möglichst gleich lang sind.
Ebenso besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass der externe Fixpunkt das Radfahrzeug ist, insbesondere eine lenkbare landwirtschaftliche Arbeitsmaschine ist, bzw. dass der Fixpunkt mindestens ein weiteres Befestigungselement im Radfahrzeug ist, insbesondere mindestens ein weiteres Befestigungselement in der lenkbaren landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ist.
Sofern die Kopplungselemente an der mindestens einen Kolbenstange angeordnet sind, ist das Befestigungselement bzw. sind die Befestigungselemente bevorzugt am mindestens einen Hydraulikzylinder angeordnet.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Kolbenstange in ihrem Inneren verlaufende Kanäle aufweist, durch welche das Fluid zuführbar und abführbar ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Fluid durch die gegenüber dem Fixpunkt fixierte Kolbenstange zugeführt und abgeführt wird, was für die benötigten Zuführmittel bzw. Abführmittel, üblicherweise Hydraulikschläuche, eine vergleichsweise geringere mechanische Belastung bedeutet, da sie nicht der Verschiebung des mindestens einen Hydraulikzylinders auf der mindestens einen Kolbenstange folgen müssen.
Die Kanäle sind bevorzugt als Bohrungen ausgeführt, welche parallel zur Axiallänge in der mindestens einen Kolbenstange verlaufen und vor Erreichen des Kolbens, insbesondere unmittelbar vor Erreichen des Kolbens, radial in den ersten bzw. zweiten Zylinderraum münden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungselemente an einem Bügel angeordnet sind, wobei der Bügel an Enden der mindestens einen Kolbenstange angreift. Der Bügel stellt dabei eine alternative Ausführungsform zur Anordnung der Kopplungselemente am Hydraulikzylinder unter Gewährleistung einer geringeren axialen Beabstandung der Kopplungselemente im Vergleich zur Axiallänge der Kolbenstange dar und führt im Wesentlichen zu den gleichen Vorteilen.
Besonders bevorzugt greift der Bügel dabei derart an die Enden der mindestens einen Kolbenstange an, dass eine ohne den Bügel mögliche Verschiebestrecke der Kolbenstange im Hydraulikzylinder nicht reduziert wird. Dies wird z.B. durch eine ausreichende Länge der mindestens einen Kolbenstange ermöglicht, wenn der Bügel gleichzeitig ausreichend weit an den äußeren Enden der mindestens einen Kolbenstange angreift.
Bei einer Anordnung der Kopplungselemente am Bügel sind das Befestigungselement oder die Befestigungselemente bevorzugt am mindestens einen Hydraulikzylinder angeordnet. Alternativ und bevorzugt ist aber auch eine Anordnung des Befestigungselements oder der Befestigungselemente am Bügel möglich.
Bei einer Anordnung der Kopplungselemente am Bügel erfolgt außerdem bevorzugt die Zuführung bzw. Abführung des Fluids über hierfür vorgesehene Öffnungen in der Wand des mindestens einen Hydraulikzylinders. Alternativ ist aber auch eine Zuführung bzw. Abführung des Fluids über Kanäle im Inneren der Kolbenstange möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kopplungselemente an einem einzelnen Ende des mindestens einen Lenkwinkelstellers angeordnet sind. Dies bedeutet also, dass alle Kopplungselemente am selben Ende des mindestens einen Lenkwinkelstellersangeordnet sind. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der mindestens eine Lenkwinkelsteller nicht mittig auf der Längsachse des Fahrzeugs im Fahrzeug angeordnet sein müssen, um das Problem ungleich langer Spurstangen mit den sich daraus ergebenden Problemen zu vermeiden. Stattdessen kann der mindestens eine Lenkwinkelsteller nun auch flexibel abseits der Längsachse des Fahrzeugs an einer geeigneten Stelle im Fahrzeug angeordnet werden, solange nur dasjenige Ende des mindestens einen Lenkwinkelstellers, an dem die Kopplungselemente angeordnet sind, in Ruheposition mittig auf der Längsachse des Fahrzeugs positioniert ist. Gegebenenfalls ist es hierfür notwendig, das die Kopplungselemente tragende Ende des mindestens einen Lenkwinkelstellersbis zur Fahrzeuglängsachse zu verlängern.
Der Begriff Ruheposition des Kolbens beschreibt im Sinne der Erfindung diejenige Position des Kolbens im Hydraulikzylinder, die der Kolben einnimmt, wenn er der erste und der zweite Zylinderraum im gleichen Maße mit Druck beaufschlagt werden, also eine axial mittige Position im Hydraulikzylinder.
Bei einer Anordnung der Kopplungselemente an einem einzelnen Ende der mindestens einen Kolbenstange sind insbesondere bevorzugt das Befestigungselement oder die Befestigungselemente am mindestens einen Hydraulikzylinder angeordnet. Alternativ und bevorzugt ist aber auch eine Anordnung des Befestigungselements oder der Befestigungselemente am Bügel möglich.
Bei einer Anordnung der Kopplungselemente an einem einzelnen Ende der mindestens einen Kolbenstange erfolgt weiterhin bevorzugt die Zuführung bzw. Abführung des Fluids über hierfür vorgesehene Öffnungen in der Wand des mindestens einen Hydraulikzylinders. Alternativ und bevorzugt ist aber auch eine Zuführung bzw. Abführung des Fluids über die Kanäle im Inneren der Kolbenstange möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Lenkaggregat weiterhin eine parallel zur Axiallänge verlaufende Linearführung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine Rotationsbewegung des mindestens einen Hydraulikzylinders und/oder der mindestens einen Kolbenstange zu verhindern. Somit kann ein Drehen des mindestens einen Hydraulikzylinders bzw. der mindestens einen Kolbenstange aufgrund von von den Spurstangen übertragenen Tangentialkräften verhindert werden. Rotationsbewegungen des mindestens einen Hydraulikzylinders bzw. der mindestens einen Kolbenstange würden vergleichsweise schnell zu einer Beschädigung bzw. sogar Zerstörung des Lenkaggregats aufgrund erhöhten Verschleißes führen.
Die Linearführung kann dabei insbesondere als eine vom mindestens einen Hydraulikzylinder oder von der mindestens einen Kolbenstange ausgehende, vorsprungartige Ausbildung mit einer Durchführung für eine Schiene ausgeführt sein. Die Schiene ist dabei bevorzugt an einem externen und verdrehfesten Fixpunkt angeordnet, so dass eine Rotationsbewegung des mindestens einen Hydraulikzylinders oder der mindestens einen Kolbenstange verhindert wird.
Außerdem ist es möglich und bevorzugt, dass der mindestens eine Hydraulikzylinder oder die mindestens einen Kolbenstange aufgrund ihres Umfangsquerschnitts nicht gegeneinander verdrehbar sind. Einen hierfür geeigneten Umfangsquerschnitt stellt beispielsweise ein Oval oder ein beliebiges Polygon dar. Es ist dabei nicht zwingend notwendig, dass auch der Kolben und die Zylinderräume einen ovalen bzw. polygonen Umfangsquerschnitt aufweisen. Vielmehr sind auch ausschließlich entsprechend ausgebildete Führungsöffnungen in den Enden des mindestens einen Hydraulikzylinders für die mindestens eine Kolbenstange denkbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Linearführung als zusätzlicher Hydraulikzylinder und/oder als zusätzliche Kolbenstange ausgebildet ist. In diesem Fall sind also mindestens zwei Hydraulikzylinder bzw. zwei Kolbenstangen zueinander parallel angeordnet und durch geeignete Verbindungselemente verbunden. Alternativ oder zusätzlich können die mindestens zwei Hydraulikzylinder über ihre Gehäuse starr miteinander verbunden sein oder sogar ein gemeinsames Gehäuse aufweisen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass zum einen eine Redundanz des erfindungsgemäßen Lenkaggregats hergestellt wird. Dadurch bleibt das Lenkaggregat auch bei Ausfall eines einzelnen Hydraulikzylinders zumindest teilweise betriebsfähig. Zum anderen kann die Bauteildimensionierung der Hydraulikzylinder bzw. der Kolbenstangen entsprechend reduziert werden, da statt eines entsprechend groß dimensionierten Hydraulikzylinder bzw. einer entsprechend groß dimensionierten Kolbenstange nun zwei vergleichsweise kleinere verwendet werden können, welche in Summe jedoch die gleichen Stellkräfte erzeugen können wie die einzelnen größer dimensionierten Bauteile.
Auch eine Kombination von zweien oder mehreren der genannten Möglichkeiten zur Linearführung ist möglich und bevorzugt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, welche zumindest eine lenkbare Achse umfasst, wobei die mindestens eine lenkbare Achse einzeln aufgehängte Räder aufweist. Die erfindungsgemäße landwirtschaftliche Arbeitsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Arbeitsmaschine ein erfindungsgemäßes Lenkaggregat umfasst. Daraus ergeben die sich bereits im Zusammenhang mit dem Lenkaggregat beschriebenen Vorteile.
Bei der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine handelt es sich bevorzugt um einen motorkraftgetriebenen Traktor, insbesondere um einen verbrennungsmotorkraftgetriebenen Traktor. Ebenso sind jedoch auch alle anderen Arten von Antriebsmotoren denkbar, z.B. elektrische Antriebsmotoren.
Ein Lenksystem der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine umfasst bevorzugt weiterhin zwei Spurstangen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines im Stand der Technik üblichen Lenkaggregats mit vollhydraulischer Servoeinrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit vollhydraulischer Servoeinrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit elektrohydraulischer Servoeinrichtung und einer Linearführung,
4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit elektrohydraulischer Servoeinrichtung und einem Bügel,
5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit elektrohydraulischer Servoeinrichtung,
6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit vollhydraulischer Servoeinrichtung und einer Linearführung,
7 eine schematische Darstellung eines im Stand der Technik üblichen Lenkaggregats mit elektromechanischer Servoeinrichtung,
8 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit elektromechanischer Servoeinrichtung,
9 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit elektromechanischer Servoeinrichtung,
10 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit elektromechanischer Servoeinrichtung,
11 eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit vollhydraulischer Servoeinrichtung,
12 eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats mit vollhydraulischer Servoeinrichtung und
13 mögliche Ausbildungsformen erfindungsgemäßer Spurstangen.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines im Stand der Technik üblichen Lenkaggregats 100, umfassend eine vollhydraulische Servoeinrichtung mit einem Hydraulikzylinder 101, einer Kolbenstange 102 und einem Kolben 103. Eine weiterhin vorhandene Hydraulikpumpe und ein Bevorratungsbehälter für das Hydrauliköl sind nicht dargestellt. Der Kolben 103 trennt einen ersten Zylinderraum 104 druckdicht von einem zweiten Zylinderraum 105 und ist axial verschiebefest auf der Kolbenstange 102 angeordnet. Die Kolbenstange 102 wiederum ist axial verschiebbar im Hydraulikzylinder 101 angeordnet. Mittels eines Befestigungselements 106 ist der Hydraulikzylinder 101 mit einem externen Fixpunkt, beispielsgemäß einem nicht dargestellten Traktor, mechanisch starr verbunden. Über Öffnungen 107, 107‘ kann Fluid in den ersten Zylinderraum 104 bzw. den zweiten Zylinderraum 105 zugeführt werden bzw. aus diesen abgeführt werden. Wird nun Fluid über die Öffnung 107 in den ersten Zylinderraum 104 zugeführt und gleichzeitig Fluid über die Öffnung 107‘ aus dem zweiten Zylinderraum 105 abgeführt, so entsteht eine Druckänderung im ersten Zylinderraum 104 gegenüber dem zweiten Zylinderraum 105, welche eine Verschiebung des Kolbens 103 in der 1 nach rechts bewirkt. Aufgrund der axial verschiebefesten Anordnung des Kolbens 103 auf der Kolbenstange 102 wird auch die Kolbenstange 102 in der 1 nach rechts verschoben. Weiterhin zu sehen ist eine Spurstange 108 bzw. eine gestrichelt dargestellte Spurstange 109. Ein erstes Ende 110 der Kolbenstange 102 ist über Kopplungselement 111 mit der Spurstange 108 bzw. mit der Spurstange 109 gekoppelt, so dass eine Verschiebung der Kolbenstange 102 an die Spurstange 108 bzw. an die Spurstange 109 weitergegeben wird. Die Spurstange 108 bzw. die Spurstange 109 verdreht dann entsprechend ein nicht dargestelltes Rad einer lenkbaren Achse. In identischer Weise ist Kopplungselement 111’ an einem zweiten Ende 110’ der Kolbenstange 102 mit Spurstange 108‘ bzw. 109‘ gekoppelt. Weiterhin zeigt eine gestrichelte Linie 112 eine Fahrzeugmitte eines Radfahrzeugs an, beispielsgemäß eines Traktors, welches das Lenkaggregat 100 umfasst. Eine weitere gestrichelte Linie 113 zeigt eine linke Spur des Traktors und eine gestrichelte Linie 120 zeigt eine rechte Spur des Traktors. Die gestrichelten Linien 113 und 120 definieren somit durch ihren Abstand zum Kopplungselement 111 bzw. zum Kopplungselement 111’ eine Länge der Spurstange 108 bzw. der Spurstange 108‘. Wäre die Spur beispielsweise breiter, wie von Linien 114 und 119 dargestellt, so könnten vergleichsweise längere Spurstangen 109, 109‘ verwendet werden. Je größer die Länge der verwendeten Spurstangen 108, 108‘, 109, 109‘ ist, desto größere Raderhebungskurven können beim Lenken sowie beim Einfedern und Ausfedern des gelenkten Rads realisiert werden. Ein weiterer sich mit zunehmender Länge der verwendeten Spurstangen 108, 108‘, 109, 109‘ ergebender Vorteil ist es, dass der Winkel zwischen der verwendeten Spurstange 108, 108‘, 109, 109‘ und der Kolbenstange 102 zunehmend flacher wird, was eine zunehmend effektivere Kraftübertragung von der Kolbenstange 102 auf die verwendete Spurstange 108, 108‘, 109, 109‘ ermöglicht. Somit kann die vom Lenkaggregat 100 aufzubringende Kraft bei einem flacheren Winkel gegenüber der bei einem spitzeren Winkel aufzubringenden Kraft reduziert sein. Dies wiederum ermöglicht es, das Lenkaggregat 100 kompakter und leichter auszuführen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit ebenfalls einer vollhydraulischen Servoeinrichtung. Gegenüber dem in 1 dargestellten Lenkaggregat 100 sind die Kopplungselemente 111 und 111’ nicht an der Kolbenstange 102 angeordnet, sondern an einem Vorsprung 221 des Hydraulikzylinders 101. Somit ist im Ausführungsbeispiel der 2 die axiale Beabstandung der Kopplungselemente 111, 111’ geringer ist als die Axiallänge der Kolbenstange 102 und des Hydraulikzylinders 101. Wie zu sehen ist, können dadurch die vergleichsweise längeren Spurstangen 109 und 109‘ der 1 verwendet werden, ohne dass die Spurbreite des Traktors gegenüber der in der 1 dargestellten schmalen, durch die Linien 113 und 120 dargestellten Spurbreite verbreitert wird. Beispielsgemäß weist die Kolbenstange 102 das Befestigungselement 106 auf, mittels dessen sie am Traktor mechanisch starr fixiert ist. Weiterhin weist die Kolbenstange 102 in ihrem Inneren verlaufende Kanäle 207, 207‘ auf, welche als axial verlaufende Bohrungen bis kurz vor den Kolben 103 ausgebildet sind. Dort münden sie radial in die Zylinderräume 104 bzw. 105. Der Hydraulikzylinder 101 weist entsprechend keine Öffnungen zum Zuführen bzw. Abführen von Fluid auf. Gemäß dem Beispiel der 2 wird Fluid in die Zylinderräume 104, 105 also mittels der Kanäle 207, 207‘ zugeführt bzw. mittels der Kanäle 207, 207‘ aus diesen abgeführt. Dies bewirkt analog zum Beispiel der 1 eine Druckänderung in den Zylinderräumen 104, 105. Durch die Druckänderung verschiebt sich der Hydraulikzylinder 101 nur soweit auf der Kolbenstange 102, bis eine entsprechende Volumenänderung der Zylinderräume 104, 105 die Druckänderung ausgeglichen hat. Die Verschieb des Hydraulikzylinders 101 wird über die Kopplungselemente 111 bzw. 111’ an die Spurstangen 109 bzw. 109‘ weitergegeben, welche ihrerseits die Räder der lenkbaren Achse verdrehen.
3a zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer elektrohydraulischen Servoeinrichtung und einer Linearführung 322, 322‘, bestehend aus einer eine Durchführung für eine Schiene 322‘ aufweisenden vorsprungartigen Ausbildung 322 am Hydraulikzylinder 101. Das beispielhaft gezeigte Lenkaggregat 200 umfasst weiterhin die Kopplungselemente 111 bzw. 111’, die an dem Vorsprung 221 des Hydraulikzylinders 101 angeordnet sind, sowie die Kolbenstange 202 mit den Bohrungen 207, 207‘, welche wieder als axial verlaufende Bohrungen bis kurz vor dem Kolben 103 ausgebildet sind. Somit ist die axiale Beabstandung der Kopplungselemente 111, 111’ geringer ist als die Axiallänge der Kolbenstange 102 und des Hydraulikzylinders 101. Mittels der Befestigungselemente 106, 106‘ ist die Kolbenstange 202 mechanisch starr am Traktor fixiert. Mittels weiterer Befestigungselemente 106‘‘, 106‘‘‘ ist außerdem auch die Schiene 322 mechanisch starr am Traktor fixiert. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind in 3 keine mit den Kopplungselementen 111, 111’ gekoppelten Spurstangen dargestellt. Bei einer Druckänderung in den Zylinderräumen 104, 105 verschiebt sich der Hydraulikzylinder 101 entsprechend der Druckänderung auf der Kolbenstange 102. Während des Betriebs des Traktors entstehen nun üblicherweise von den Spurstangen auf die Kopplungselemente 111, 111’ und damit auf den Hydraulikzylinder 101 wirkende Tangentialkräfte. Diese Tangentialkräfte würden ohne die dargestellte Linearführung 322, 322‘ eine Rotationsbewegung des Hydraulikzylinders 101 um die Kolbenstange 102 verursachen. Die Rotationsbewegung wiederum würde einerseits die Spur des Traktors verstellen und andererseits einen erhöhten Verschleiß des Lenkaggregats 200 bewirken. Da der Hydraulikzylinder 101 mittels der vorsprungartigen Ausbildung 322 über die Schiene 322‘ geführt wird, wird beispielsgemäß jedoch eine Rotationsbewegung des Hydraulikzylinders 101 um die Kolbenstange 102 verhindert. Wie zu sehen ist, sind die vorsprungartige Ausbildung 322 und die Schiene 322‘ auf der den Kopplungselementen 111, 111‘ gegenüberliegenden Seite des Hydraulikzylinders 101 angeordnet.
3b zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200, welche sich von der Ausführungsform der 3a ausschließlich dadurch unterscheidet, dass die vorsprungartige Ausbildung 322 und die Schiene 322‘ auf derselben Seite des Hydraulikzylinders 101 wie Kopplungselementen 111, 111’ angeordnet sind. Diese strukturelle Änderung Lenkaggregats 200 führt jedoch zu keiner funktionelle Veränderung gegenüber dem in 3a dargestellten Lenkaggregats 200.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer elektrohydraulischen Servoeinrichtung und einem Bügel 423. Der Bügel 423 greift beispielsgemäß an über die axialen Enden des Hydraulikzylinders hinausragende Abschnitte 110, 110’ der Kolbenstange 102 an. An einem Vorsprung 421 des Bügels 423 sind die Kopplungselemente 111, 111’ angeordnet. Der Hydraulikzylinder ist mittels Befestigungselement 106 mechanisch starr mit dem Traktor verbunden. Über die Öffnungen 107, 107‘ im Hydraulikzylinder 101 kann Fluid in die Zylinderräume 104, 105 zugeführt bzw. aus diesen abgeführt werden. Eine Druckänderung in den Zylinderräumen 104, 105 führt nun zu einer Verschiebung der Kolbenstange 102 im Hydraulikzylinder 101. Durch die Verschiebung der Kolbenstange verschiebt auch der Bügel 423 mit Vorsprung 421 und den Kopplungselementen 111, 111’. Dies wiederum bewirkt eine Verschiebung der in 4 nicht dargestellten, mit den Kopplungselementen 111, 111’ gekoppelten Spurstangen. Die Verwendung des Bügels 423 mit dem Vorsprung 421 in 4 ermöglicht es, die Kopplungselementen 111, 111’ derart am Lenkaggregat 200 anzuordnen, dass ihre axiale Beabstandung geringer ist als die Axiallänge der Kolbenstange 102 und des Hydraulikzylinders 101. Weiterhin umfasst das in 4 gezeigte Lenkaggregat 200 eine nicht dargestellte Linearführung, welche beispielsgemäß durch einen hexagonalen Umfangsquerschnitt der Kolbenstange 103 und entsprechende hexagonale Führungen in den axialen Endstücken des Hydraulikzylinders 101 realisiert wird.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer elektrohydraulischen Servoeinrichtung. Beispielsgemäß sind die Kopplungselemente 111, 111’ an einem Vorsprung 524 an einem Ende 110 von Kolbenstange 102 angeordnet. Der Hydraulikzylinder 101 ist mittels des Befestigungselements 106 mechanisch starr mit dem Traktor verbunden. Die Anordnung des Hydraulikzylinders 102 im Beispiel der 5 ist im Gegensatz zu den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen jedoch nicht mittig auf der Längsachse des Traktors, sondern seitlich derart versetzt, dass der Vorsprung 524 in der Ruheposition des Kolbens auf der Längsachse des Traktors ruht. Ansonsten wäre es nicht möglich, die (nicht dargestellten) Spurstangen gleich lang auszubilden, was zu wesentlichen Nachteilen im Fahrverhalten und insbesondere Lenkverhalten des Traktors führen würde. Die Spurstangen sind wieder mit den Kopplungselementen 111, 111’ gekoppelt. Wie zu sehen ist, ist auch im Ausführungsbeispiel der 5 eine axiale Beabstandung der Kopplungselemente 111, 111’ geringer als sowohl die Axiallänge der Kolbenstange 102 wie auch des Hydraulikzylinders 101.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer vollhydraulischen Servoeinrichtung und einer Linearführung, wobei die Linearführung als parallele Anordnung von zwei Hydraulikzylindern 101, 101‘ und zwei Kolbenstangen 102, 102‘ ausgebildet ist. Die Linearführung für den Hydraulikzylinder 101 und die Kolbenstange 102 besteht somit aus dem Hydraulikzylinder 101‘ und der Kolbenstange 102‘. Die Hydraulikzylinder 101, 101‘ sind dabei beispielsgemäß unmittelbar mechanisch starr miteinander verbunden, während die Kolbenstangen 102, 102‘ an ihren Enden 110, 110‘, 110‘‘, 110‘‘‘ über Verbindungselemente 625, 625‘ nur mittelbar mechanisch starr miteinander verbunden sind. Somit ist es nicht möglich, dass der Hydraulikzylinder 101 eine Rotationsbewegung um die Kolbenstange 102 ausführt bzw. dass der der Hydraulikzylinder 101‘ eine Rotationsbewegung um die Kolbenstange 102‘ ausführt. Auch die Kolbenstangen 102, 102‘ können aufgrund der Verbindungselemente 625, 625‘ keine Rotationsbewegung ausführen. Die Kolbenstangen 102, 102‘ weisen jeweils einen axial verschiebefest angeordneten Kolben 103, 103‘ auf. An den Verbindungselementen 625, 625‘ sind die Befestigungselemente 106, 106‘ angeordnet, welche die Kolbenstangen 102, 102‘ über die Verbindungselemente 625, 625‘ mechanisch starr mit dem Traktor verbinden. Bei einer Druckänderung in den Zylinderräumen 104, 104‘, 105, 105‘ verschieben sich die Kolbenstangen 102, 102‘ entsprechend. Da die Zylinderräume 104, 104‘, 105, 105‘ beispielsgemäß von einer identischen Druckquelle mit Fluid gespeist werden, stellt sich in den Zylinderräumen 104 und 104‘ bzw. in den Zylinderräumen 105 und 105‘ jeweils ein identischer Druck ein. Die Fluidzufuhr bzw. die Fluidabfuhr erfolgt dabei über die Kanäle 107, 107‘, 107‘‘ und 107‘‘‘. Der Vorsprung 221 ist am Hydraulikzylinder 101 angeordnet, wobei am Vorsprung 221 wiederum die Kopplungselemente 111, 111’ zur Kopplung mit den (nicht dargestellten) Spurstangen angeordnet sind. Die beispielhafte Verwendung zweier Hydraulikzylinder 101, 101‘ ermöglicht es zudem, diese gegenüber der Verwendung eines einzelnen Hydraulikzylinders vergleichsweise kleiner und kompakter auszuführen. Zudem bleibt die Lenkfähigkeit des Traktors durch diese Redundanz bei Ausfall eines Hydraulikzylinders 101, 101‘ zumindest teilweise erhalten. Im Falle eines Ausfalls eines Hydraulikzylinders 101, 101‘ wird dieser nicht länger mit Fluid versorgt, um einen Fluidverlust möglichst zu vermeiden.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines im Stand der Technik üblichen Lenkaggregats 100, umfassend eine elektromechanische Servoeinrichtung mit einer Zahnstange 726 und einem in die Zahnstange 726 greifenden Stirnrad 727 einer nicht dargestellten Lenksäule. An der Lenksäule ist außerdem ein ebenfalls nicht dargestellter Elektromotor angeordnet, der nach Bedarf eine zusätzliche Lenkkraft in die Lenksäule einträgt und so einen Lenkvorgang unterstützt. Die Zahnstange 726 wird durch das Stirnrad 727 in der Darstellung der 7 je nach Lenkrichtung entweder nach links oder nach rechts verschoben. Weiterhin zu sehen sind die Spurstangen 108, 108‘ bzw. die gestrichelt dargestellten Spurstangen 109, 109‘. Das erste Ende 710 der Zahnstange 726 ist über Kopplungselement 111 mit der Spurstange 108 bzw. mit der Spurstange 109 gekoppelt, so dass eine Verschiebung der Zahnstange 726 an die Spurstange 108 bzw. an die Spurstange 109 weitergegeben wird.
Die Spurstange 108 bzw. die Spurstange 109 verdreht dann entsprechend ein nicht dargestelltes Rad einer lenkbaren Achse. In identischer Weise ist Kopplungselement 111’ an einem zweiten Ende 710’ der Zahnstange 726 mit Spurstange 108‘ bzw. 109‘ gekoppelt. Weiterhin zeigt die gestrichelte Linie 112 die Fahrzeugmitte eines Radfahrzeugs an, beispielsgemäß eines Traktors, welches das Lenkaggregat 100 umfasst. Die weitere gestrichelte Linie 113 zeigt die linke Spur des Traktors und die gestrichelte Linie 120 zeigt die rechte Spur des Traktors. Die gestrichelten Linien 113 und 120 definieren somit durch ihren Abstand zum Kopplungselement 111 bzw. zum Kopplungselement 111’ eine Länge der Spurstange 108 bzw. der Spurstange 108‘. Wäre die Spur jedoch breiter, wie von den Linien 114 und 119 dargestellt, so könnten die vergleichsweise längeren Spurstangen 109, 109‘ verwendet werden, was zu den bereits beschriebenen Vorteilen führen würde.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer elektromechanischen Servoeinrichtung. Gegenüber dem in 7 dargestellten Lenkaggregat 100 sind die Kopplungselemente 111 und 111’ nicht an den Enden 710, 710‘ der Zahnstange 726 angeordnet, sondern an einem nach unten überstehenden Vorsprung 828 der Zahnstange 726. Somit ist im Ausführungsbeispiel der 8 die axiale Beabstandung der Kopplungselemente 111, 111’ geringer ist als die Axiallänge der Zahnstange 726. Wie zu sehen ist, können dadurch die vergleichsweise längeren Spurstangen 109 und 109‘ der 1 und 7 verwendet werden, ohne dass die Spurbreite des Traktors gegenüber der in den 1 und 7 dargestellten schmalen, durch die Linien 113 und 120 dargestellten Spurbreite verbreitert wird.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer elektromechanischen Servoeinrichtung. An den Enden 710, 710‘ der Zahnstange 726 sind die Vorsprünge 828, 828‘ angeordnet. An den Vorsprünge 828, 828‘ wiederum sind die Kopplungselemente 111, 111‘ angeordnet, welche mit Spurstangen 829, 829‘ gekoppelt sind. Wie zu sehen ist, ist das Kopplungselement 111 in der Darstellung der 9 mit der einem rechten Fahrzeugrad zugeordneten Spurstange 829 gekoppelt, während es selbst auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist. Umgekehrt ist das Kopplungselement 111‘ in der Darstellung der 9 mit der einem linken Fahrzeugrad zugeordneten Spurstange 829‘ gekoppelt, während es selbst auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist. Somit können gemäß dem Ausführungsbeispiel der 9 die Spurstangen 829, 829‘ gegenüber den vergleichsweise langen Spurstangen 109, 109‘ nochmals verlängert werden, ohne die in den 1 und 7 durch die Linien 113, 120 dargestellte Spurbreite des Traktors zu verbreitern. Durch die gezeigte Anordnung der Spurstangen 829, 829‘ entsteht jedoch ein Schnittpunkt 930, an dem sich die Spurstangen 829, 829‘ theoretisch berühren würden und bei einer Lenkbewegung aneinander reiben würden. Dies würde zu erhöhtem Verschleiß und ungewollter Geräuschentwicklung führen. Daher sind die Spurstangen 829, 829‘ entlang ihrer Längsrichtung gekrümmt ausgebildet (in der Perspektive der 9 nicht dargestellt), so dass am Schnittpunkt 930 ein Abstand zwischen den Spurstangen 829, 829‘ besteht und die genannten Nachteile vermieden werden.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer elektromechanischen Servoeinrichtung in Draufsicht. An den Enden 710, 710‘ der Zahnstange 726 sind die Vorsprünge 828, 828‘ angeordnet, jedoch in entgegengesetzten Richtungen. An den Vorsprünge 828, 828‘ wiederum sind die Kopplungselemente 111, 111‘ angeordnet, welche mit Spurstangen 829, 829‘ gekoppelt sind. Wie zu sehen ist, sind die Kopplungselemente 111, 111‘ auf unterschiedlichen, zu einer Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers, also der Zahnstange 726, jeweils radial versetzen Parallelachsen verschiebbar angeordnet. Dies kann dazu führen, dass der Radstand der linken Fahrzeugseite etwas größer ist als der Radstand der rechten Fahrzeugseite, da die Spurstange 829‘ in Fahrtrichtung gesehen weiter vorne im Traktor angeordnet ist als die Spurstange 829. Mittels einer in 10 nicht dargestellten, zusätzlichen Mechanik an den nichtgekoppelten Enden der Spurstangen 829, 829‘ kann dieser ungleiche Radstand jedoch vermieden werden. Die zusätzliche Mechanik kann z.B. ein geeigneter Winkelversatz sein.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer vollhydraulischen Servoeinrichtung. An den Enden 110, 110‘ der Kolbenstange 102 sind die Vorsprünge 524, 524‘ angeordnet. An den Vorsprünge 524, 524‘ wiederum sind die Kopplungselemente 111, 111‘ angeordnet, welche mit den Spurstangen 829, 829‘ gekoppelt sind. Da das Kopplungselement 111 mit der einem rechten Fahrzeugrad zugeordneten Spurstange 829 gekoppelt ist, während es selbst auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist und das Kopplungselement 111‘ mit der einem linken Fahrzeugrad zugeordneten Spurstange 829‘ gekoppelt ist, während es selbst auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist, können die besonders langen Spurstangen 829, 829‘ verwendet werden, ohne die Spurbreite des Traktors zu vergrößern. Um eine Reibbewegung am Schnittpunkt 930 zu vermeiden, ist Spurstange 829 am Schnittpunkt 930 mittels einer entsprechenden Ausformung derartig um den Schnittpunkt 930 herumgeführt (in der Perspektive der 11 nicht dargestellt), dass die Spurstangen 829 und 829‘ sich nicht berühren.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenkaggregats 200 mit einer vollhydraulischen Servoeinrichtung in Draufsicht. An den Enden 110, 110‘ der Kolbenstange 102 sind die Vorsprünge 524, 524‘ angeordnet, jedoch in entgegengesetzten Richtungen. An den Vorsprünge 524, 524‘ wiederum sind die Kopplungselemente 111, 111‘ angeordnet, welche mit Spurstangen 829, 829‘ gekoppelt sind. Somit sind die Kopplungselemente 111, 111‘ auf unterschiedlichen, zu einer Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers, also der Kolbenstange 102, jeweils radial versetzen Parallelachsen verschiebbar angeordnet. Dies kann auch in diesem Fall dazu führen, dass der Radstand der linken Fahrzeugseite etwas größer ist als der Radstand der rechten Fahrzeugseite, da die Spurstange 829‘ in Fahrtrichtung gesehen weiter vorne im Traktor angeordnet ist als die Spurstange 829. Mittels einer in 12 nicht dargestellten, zusätzlichen Mechanik an den nicht-gekoppelten Enden der Spurstangen 829, 829‘ kann dieser ungleiche Radstand jedoch vermieden werden. Die zusätzliche Mechanik kann z.B. ein geeigneter Winkelversatz sein.
13a zeigt die Spurstangen 829, 829‘, die beispielsgemäß über ihre Längsachse gekrümmte Geometrien aufweisen, um eine Berührung am Schnittpunkt 930 zu vermeiden. In 13b ist beispielhaft eine alternative Ausbildungsform für die Spurstangen 829, 829‘ gezeigt, welche ebenfalls eine Berührung am Schnittpunkt 930 zu vermeiden hilft. Dazu weist Spurstange 829 am Schnittpunkt 930 eine rechteckige Ausformung auf, durch welche die Spurstange 829‘ hindurchläuft. 13c zeigt eine weitere mögliche Ausformung der Spurstange 829, um eine Berührung am Schnittpunkt 930 zu vermeiden. Beispielsgemäß weist die Spurstange 829 eine Öffnung auf, durch welche die Spurstange 829‘ hindurchläuft.
Bezugszeichenliste

100, 200: Lenkaggregat
101, 101‘: Hydraulikzylinder
102, 102‘: Kolbenstange
103, 103‘: Kolben
104, 104‘, 105, 105‘: Zylinderraum
106, 106‘, 106‘‘, 106‘‘‘: Befestigungselement
107, 107‘: Öffnungen für Fluidzufuhr bzw. Fluidabfuhr
108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘: Spurstangen
110, 110‘ , 110‘‘, 110‘‘‘: Enden der Kolbenstange
111, 111‘: Kopplungselement
112: Längsachse des Traktors
113, 114, 119, 120: Spurweiten
207, 207‘, 207‘‘, 207‘‘‘: Kanal für Fluidzufuhr bzw. Fluidabfuhr
221: Vorsprung am Hydraulikzylinder
322, 322‘: Linearführung, vorsprungartige Ausbildung mit Durchführung für Schiene
421: Vorsprung am Bügel
423: Bügel
524: Vorsprung am Ende der Kolbenstange
625, 625‘: Verbindungselement
710, 710‘: Enden der Zahnstange
726: Zahnstange
727: Stirnrad der Lenksäule
828, 828‘: Vorsprung an der Zahnstange
930: Schnittpunkt der Spurstangen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 60315245 T2 [0003]
DE 60107701 T2 [0004]
DE 19755283 A1 [0005]

Claims

Lenkaggregat (200), umfassend eine vollhydraulische oder eine elektrohydraulische oder eine elektromechanische Servoeinrichtung zum Erzeugen einer zusätzlichen Lenkkraft und Kopplungselemente(111, 111‘) zur Kopplung an jeweils eine Spurstange (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘), wobei die Kopplungselemente (111, 111‘) an einem Lenkwinkelsteller (101, 101‘, 102, 102‘, 726) der Servoeinrichtung angeordnet sind und wobei die Spurstangen (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘) jeweils entweder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren linken oder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren rechten Fahrzeugrad zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Beabstandung der Kopplungselemente (111, 111‘) geringer ist als eine Axiallänge des Lenkwinkelstellers (101, 101‘, 102, 102‘, 726) oder dass ein Kopplungselement (111, 111‘) zur Kopplung an eine einem linken Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘) auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist und ein Kopplungselement (111, 111‘) zur Kopplung an eine einem rechten Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange (108, 108‘, 109, 109‘, 828, 828‘) auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist.
Lenkaggregat (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (111, 111‘) auf einer gemeinsamen oder auf unterschiedlichen, zu einer Axialausrichtung des Lenkwinkelstellers (101, r, 102, 102‘, 726) radial versetzen Parallelachse oder jeweils radial versetzen Parallelachsen verschiebbar angeordnet sind.
Lenkaggregat (200) nach mindestens einem der Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelsteller(101, 101‘, 102, 102‘, 726) als Zahnstange (726) eines Lenkgetriebes oder als Gewindespindel eines Lenkgetriebes ausgebildet ist.
Lenkaggregat (200) nach mindestens einem der Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelsteller (101, 101‘, 102, 102‘, 726) als mindestens ein Hydraulikzylinder (101, 101‘) und mindestens eine Kolbenstange (102, 102‘) ausgebildet ist, wobei die mindestens eine Kolbenstange (102, 102‘) axial verschiebbar im mindestens einen Hydraulikzylinder (101, 101‘) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Kolbenstange (102, 102‘) mittels eines an der mindestens einen Kolbenstange (102, 102‘) axial verschiebefest angeordneten Kolbens (103, 103‘) einen ersten Zylinderraum (104, 104‘) von einem zweiten Zylinderraum (105, 105‘) im mindestens einen Hydraulikzylinder (101, 101‘) trennt und wobei das Lenkaggregat (100, 200) dazu ausgebildet ist, mittels zugeführten Fluids in den ersten Zylinderraum (104, 104‘) und abgeführten Fluids aus dem zweiten Zylinderraum (105, 105‘) und umgekehrt jeweils eine Verschiebung des Kolbens (103, 103‘) im mindestens einen Hydraulikzylinder (101, 101‘) zu bewirken.
Lenkaggregat (200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (111, 111‘) am mindestens einen Hydraulikzylinder (101, 101‘) angeordnet sind.
Lenkaggregat (200) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kolbenstange (102, 102‘) mindestens ein Befestigungselement (106, 106‘, 106‘‘, 106‘‘‘) aufweist, welches dazu ausgebildet ist, das Lenkaggregat (200) an einem externen Fixpunkt mechanisch zu befestigen.
Lenkaggregat (200) nach mindestens einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kolbenstange (102, 102‘) in ihrem Inneren verlaufende Kanäle (207, 207‘, 207‘‘, 207‘‘‘) aufweist, durch welche das Fluid zuführbar und abführbar ist.
Lenkaggregat (200) nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (111, 111‘) an einem Bügel (423) angeordnet sind, wobei der Bügel (423) an Enden (110, 110‘) der mindestens einen Kolbenstange (102, 102‘) angreift.
Lenkaggregat (200) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (111, 111‘) an einem einzelnen Ende (110, 110‘, 710, 710‘) des mindestens einen Lenkwinkelstellers (101, 101‘, 102, 102‘, 726) angeordnet sind.
Lenkaggregat (200) nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkaggregat (200) weiterhin eine parallel zur Axiallänge verlaufende Linearführung (322, 322‘) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine Rotationsbewegung des mindestens einen Hydraulikzylinders (101, 101‘) und/oder der mindestens einen Kolbenstange (102, 102‘) zu verhindern.
Lenkaggregat (200) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (322, 322‘) als zusätzlicher Hydraulikzylinder (101, 101‘) und/oder als zusätzliche Kolbenstange (102, 102‘) ausgebildet ist.
Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, welche zumindest eine lenkbare Achse umfasst, wobei die mindestens eine lenkbare Achse einzeln aufgehängte Räder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine ein Lenkaggregat (200) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.