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Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Lenksystem für einen Mobilkran nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein fahrbares Arbeitsgerät mit einem solchen hydraulischen Lenksystem.
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Schwere Nutzfahrzeuge wie beispielsweise Mobilkrane weisen eine größere Anzahl an gelenkten Radachsen auf und benötigen aufgrund der zur Auslenkung der Räder erforderlichen hohen Kräfte regelmäßig eine stark unterstützte Lenkung. Die über das Lenkrad in die Lenkung eingebrachte Kraft ist bei Weitem nicht ausreichend, um die benötigten Einschläge der Räder für die Kurvenfahrt zu erzielen. Aus diesem Grund sind mittelschwere und schwere Nutzfahrzeuge typischerweise mit einer hydraulischen Servolenkung ausgestattet, die den Fahrer bei der mechanischen Lenkung unterstützt und die zur Lenkung benötigte Kraft reduziert.
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Üblicherweise kommen bei derartigen Maschinen sogenannte Blocklenkungen zum Einsatz. Hierbei wird der Lenkeinschlag von hydraulischen Lenkzylindern an den lenkbaren Radachsen bzw. an dem jeweiligen zu lenkenden Rad unterstützt. Um den geforderten Hub durch die Lenkzylinder ausführen zu können, ist ein bestimmter Volumenstrom an Hydrauliköl notwendig, der die Kolben in den Lenkzylindern bewegt. Der Querschnitt eines solchen Lenkzylinders ergibt sich dabei aus der benötigten Kraft, die der Lenkzylinder aufbringen muss. Somit ist zur Lenkung eines jeden Rads eine bestimmte Ölmenge erforderlich, welche von einer oder mehreren Hydraulikpumpen bereitzustellen ist. Der zur Lenkung bereitgestellte Volumenstrom wird über einen Lenkblock zu den einzelnen Lenkzylindern gefördert.
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Bei bekannten Nutzfahrzeugen sind insbesondere zwei Lenksysteme im Einsatz:
- Bei Fahrzeugen mit einer geringeren Anzahl von Radachsen, bei Mobilkranen üblicherweise bis einschließlich sechs Achsen, bei denen bis zu zwei Achsen mechanisch mit hydraulischer Unterstützung gelenkt werden, wird meist eine Blocklenkung verwendet, bei der ein mechanisches Lenkgetriebe, ein oder mehrere Lenkblockventile und ein Lenkblockzylinder in einem Gehäuse vereint sind. Der integrierte Lenkzylinder ist dabei mit einem mechanischen Bauelement des Lenkgestänges gekoppelt.
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Derartige Lenksysteme sind mit ihrem Lenkblock bauartbedingt auf einen niedrigeren Volumenstrom von beispielsweise 25 l/min (bei einem Druck von 150 bar) begrenzt. Sie kommen daher bei vielen LKW zum Einsatz und sind für kleinere Mobilkrane mit einer geringeren Zahl von gelenkten Achsen ausreichend. Ist allerdings eine größere Anzahl von Radachsen mechanisch mit hydraulischer Unterstützung zu lenken, wie beispielsweise bei schwereren Mobilkranen, so ist dieser Volumenstrom nicht mehr ausreichend, um alle mechanisch mit hydraulischer Unterstützung gelenkten Radachsen mit der erforderlichen Menge an Hydrauliköl in der zur Verfügung stehenden Zeit zu versorgen.
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Beispielsweise benötigt ein All-Terrain-Kran einen großen Lenkeinschlag und aufgrund der hohen Achslasten eine hohe Kraft zur Unterstützung der Bewegung der Räder beim Lenken. Der große Lenkeinschlag macht einen vergleichsweise großen Hub der Lenkzylinderkolben und die hohe benötigte Kraft einen groß dimensionierten Lenkzylinderkolben notwendig. Beides zusammen resultiert in einem hohen Bedarf an Hydrauliköl. Zudem erfordert die größere Zahl an lenkbaren Achsen eine größere Anzahl an Lenkzylindern, was wiederum den benötigten Volumenstrom erhöht. Insgesamt führt das dazu, dass Volumenströme von bis zu 25 l/min, wie sie durch dieses Lenksystem bereitgestellt werden können, nicht ausreichen.
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Ein Beispiel für ein derartiges Lenksystem ist schematisch in der 1 dargestellt, wobei der Lenkblock 14 und zwei über das Lenksystem lenkbare Radachsen 9 gezeigt sind. Der Lenkblock 14 beinhaltet ein hydraulisches Lenkblockventil 16, welches mit einem hier nicht gezeigten mechanischen Lenkgetriebe verbunden ist, sowie einen hydraulischen Lenkblockzylinder 18, der auf ein mit allen lenkbaren Radachsen 9 verbundenes Lenkgestänge (nicht gezeigt) einwirkt. Das Lenkgestänge ist mit dem Lenkgetriebe verbunden und über ein Lenkrad 4 durch den Fahrer des fahrbaren Arbeitsgeräts mechanisch bzw. händisch lenkbar. Das Lenkblockventil 16 steuert über zwei getrennte Hydraulikkreise 1a und 1b die Lenkzylinder 10 der beiden gelenkten Radachsen 9 und ist mit einer oder mehreren hier nicht gezeigten Hydraulikpumpen verbunden. Diejenige Radachse 9, die mit dem über den Lenkblockzylinder 18 laufenden Hydraulikkreis 1a verbunden ist, weist nur einen einzigen Lenkzylinder 10 auf, sodass insgesamt zwei Lenkzylinder 10, 18 je Radachse 9 zur Verfügung stehen.
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Bei Fahrzeugen mit einer größeren Anzahl von Radachsen, bei Mobilkranen üblicherweise ab sieben Achsen, bei welchen mehr als zwei Achsen mechanisch mit hydraulischer Unterstützung gelenkt werden, kommt dagegen typischerweise eine Lenkung zum Einsatz, bei der im Lenkblock kein Lenkblockzylinder integriert ist und welcher bauartbedingt einen größeren Volumenstrom von beispielsweise 70 l/min (bei einem Druck von 150 bar) oder mehr bereitstellen kann.
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Ein Beispiel für eine solche Lenkung, welche auch als Halbblocklenkung bezeichnet wird, ist in der 2 dargestellt. Hier weisen alle gelenkten Radachsen 9 jeweils zwei Lenkzylinder 10 auf, die je einem der Räder zugeordnet sind. Der Lenkblock 14 weist hier keinen mechanisch mit einem Lenkgestänge gekoppelten Lenkblockzylinder auf.
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Das Lenksystem vom ersten Typ - also mit in den Lenkblock 14 integriertem Lenkblockzylinder 18 - ist weit verbreitet und dessen Bauteile gut verfügbar. Es wäre somit eine Lösung wünschenswert, die es ermöglicht, unter Verwendung dieser Komponenten größere Nutzfahrzeuge mit einer größeren Anzahl von Radachsen lenken zu können.
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Aus der
US 2017 / 0 137 058 A1 ist ein Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Hydraulische Lenksysteme für Fahrzeuge mit mehreren gelenkten Achsen sind ebenfalls aus den
DE 102 45 618 A1 ,
DE 10 2006 047 706 B3 ,
DE 35 23 280 A1 ,
JP 2015 - 030 303 A und
US 2019 / 0 329 819 A1 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein derartiges Lenksystem zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein fahrbares Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 24 gelöst Demnach wird ein hydraulisches Lenksystem für einen Mobilkran vorgeschlagen, welches zwei jeweils über mindestens einen Lenkzylinder hydraulisch lenkbare Radachsen, eine mechanische Lenkvorrichtung sowie einen ersten und einen zweiten Lenkkreis umfasst. Mittels der mechanischen Lenkvorrichtung ist mindestens eine der Radachsen mechanisch lenkbar, insbesondere durch mechanische Betätigung durch einen Fahrzeugbediener.
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Über den ersten Lenkkreis ist mindestens ein Lenkzylinder mindestens einer zugeordneten ersten Radachse steuerbar. Über den zweiten Lenkkreis ist mindestens ein Lenkzylinder mindestens einer zugeordneten zweiten Radachse steuerbar. Im Folgenden werden alle mittels des ersten Lenkkreises lenkbaren Radachsen als „erste Radachsen“ und alle mittels des zweiten Lenkkreises lenkbaren Radachsen als „zweite Radachsen“ bezeichnet.
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Der erste Lenkkreis umfasst einen mit der mechanischen Lenkvorrichtung gekoppelten und hydraulisch mit mindestens einem Lenkzylinder mindestens einer ersten Radachse verbundenen Lenkblockzylinder sowie ein Lenkblockventil zur steuerbaren Verbindung einer ersten Hydraulikpumpe mit dem Lenkblockzylinder. Der zweite Lenkkreis umfasst mindestens ein Steuerventil zur steuerbaren Verbindung der ersten und/oder einer zweiten Hydraulikpumpe mit mindestens einem Lenkzylinder mindestens einer zweiten Radachse.
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Erfindungsgemäß sind die hydraulische Steuerung des mindestens einen Lenkzylinders der mindestens einen ersten Radachse über den ersten Lenkkreis und die hydraulische Steuerung des mindestens einen Lenkzylinders der mindestens einen zweiten Radachse über den zweiten Lenkkreis aufeinander abgestimmt, insbesondere einander nachgeführt. Dadurch ist die hydraulische Steuerung der Lenkzylinder der ersten und zweiten Radachsen einheitlich und synchronisiert.
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Durch die Aufteilung der hydraulischen Lenkung in zwei separate und steuerungstechnisch aufeinander abgestimmte bzw. einander nachgeführte Lenkkreise können unterschiedliche Lenksysteme bzw. deren Komponenten miteinander kombiniert werden. Insbesondere ist es möglich, eine große Zahl von Radachsen hydraulisch zu lenken und dabei z.B. für einen der Lenkkreise auf Komponenten zurückzugreifen, die für die Lenkung kleinerer Fahrzeuge mit weniger Radachsen ausgelegt sind. So lässt sich beispielsweise der erste Lenkkreis unter Verwendung eines Lenkblocks mit integriertem Lenkblockzylinder realisieren, welcher für kleinere Volumenströme ausgelegt ist, während der zweite Lenkkreis dem ersten Lenkkreis nachgeführt ist und der Lenkung der weiteren Radachsen dient. Somit wird allen Lenkzylindern ein ausreichend großer Volumenstrom zur Verfügung gestellt.
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Ferner ist es möglich, die unterschiedlichen Lenkkreise auf die jeweiligen Positionen der Radachsen abzustimmen und z.B. für die Lenkung von weiter außen liegenden, d.h. einen größeren Lenkeinschlag ausführenden Radachsen ein Lenksystem mit einem höheren verfügbaren Volumenstrom einzusetzen. Das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem lässt sich flexibel auf eine beliebige Zahl von lenkbaren Radachsen erweitern und kann daher bei Fahrzeugen unterschiedlicher Gewichtsklassen zum Einsatz kommen - vom leichten Nutzfahrzeug mit zwei oder drei mechanisch mit hydraulischer Unterstützung lenkbaren Achsen bis hin zu schweren Mobilkranen mit insgesamt mehr als sieben Radachsen.
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Wenn hierin von einer lenkbaren Radachse bzw. der Lenkung einer Radachse die Rede ist, soll damit allgemein zum Ausdruck gebracht werden, dass die Räder der Radachse bei einer Lenkung ausgelenkt, d.h. um einen bestimmten Winkel verschwenkt werden. Eine lenkbare Radachse ist vorliegend also als eine Radachse zu verstehen, welche über ein Lenksystem auslenkbare Räder aufweist. Ferner werden vorliegend Radachsen, welche über das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem mechanisch mit hydraulischer Unterstützung lenkbar sind, auch als Vorderachsen bezeichnet.
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Das Merkmal, dass die Steuerungen über die beiden Lenkkreise aufeinander abgestimmt sind, ist breit auszulegen und bedeutet nicht zwingend, dass für die Abstimmung Größen bzw. Parameter der beiden Lenkkreise wie z.B. Druckwerte direkt miteinander verglichen werden. Die Abstimmung kann beispielsweise auf Grundlage einer Messung anderer, den ersten und/oder zweiten Lenkkreis nicht direkt betreffender Größen erfolgen. Die Abstimmung erfolgt dabei insbesondere derart, dass bei einer Steuerung der Lenkzylinder der ersten Radachse(n) ebenfalls eine entsprechende Steuerung der Lenkzylinder der zweiten Radachse(n) erfolgt und/oder umgekehrt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Prinzipiell ist es möglich, dass die ersten und/oder zweiten Radachsen jeweils nur über einen einzigen, entsprechend groß zu dimensionierenden Lenkzylinder gelenkt werden, da die Räder jeder Radachse insbesondere über eine Spurstange mechanisch miteinander gekoppelt sind. Vorzugsweise sind jedoch pro Radachse zwei Lenkzylinder vorgesehen, welche jeweils einem der Räder zugeordnet sind.
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Bei den Lenkzylindern handelt es sich insbesondere um doppeltwirkende Hydraulikzylinder mit jeweils zwei Druckkammern, die bei Druckbeaufschlagung einen Lenkeinschlag des zugeordneten Rads in die eine oder andere Richtung bewirken.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle mittels des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems hydraulisch lenkbaren Radachsen mittels der mechanischen Lenkvorrichtung mechanisch lenkbar sind. Die hydraulische Lenkung mittels der Lenkzylinder erfolgt unterstützend. Vorzugsweise umfasst die mechanische Lenkvorrichtung ein mittels eines Steuerelements betätigbares und mit allen lenkbaren Radachsen mechanisch gekoppeltes Lenkgestänge. Bei der Lenkvorrichtung kann es sich um ein Lenkrad handeln.
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Das Lenkgestänge kann über ein Lenkgetriebe mit dem Steuerelement verbunden sein. Insbesondere sorgt das Lenkgestänge für einen synchronen Einschlag aller Räder der lenkbaren Radachsen, wobei jedes Rad vorzugsweise entsprechend der Lenkrichtung und der Position der Radachse bzw. der Position zum Lenkzentrum mit einem individuellen Einschlag bewegt wird. Jeder der Lenkzylinder bringt eine bestimmte Lenkkraft in das Lenkgestänge ein. Alle Lenkzylinder zusammen bringen dann gemeinsam die Kraft auf, die den Fahrer beim Betätigen des Steuerelements, also insbesondere beim Drehen des Lenkrads, unterstützen. Das Lenkgestänge kann eine Vielzahl von gelenkig miteinander verbundenen Lenkstangen und Lenkhebeln umfassen.
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Vorzugsweise ist das hydraulische Lenksystem derart ausgebildet, dass sich die gedachten Verlängerungen der Drehachsen aller lenkbaren Räder in einem gemeinsamen Punkt, dem Lenkzentrum, schneiden. Das Lenkzentrum kann auf der Drehachse einer unlenkbaren Radachse bzw. Hinterachse liegen, sodass alle Räder in dieselbe Richtung gelenkt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Radachsen gegensinnig in die entgegengesetzte Richtung ausgelenkt wird, sodass lenkbare Radachsen auf beiden Seiten des Lenkzentrums angeordnet sind.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei erste Radachsen mittels des ersten Lenkkreises hydraulisch lenkbar sind und/oder dass mindestens zwei zweite Radachsen mittels des zweiten Lenkkreises hydraulisch lenkbar sind. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung mit mindestens vier lenkbaren Radachsen, von denen mindestens zwei über den ersten Lenkkreis und mindestens zwei über den zweiten Lenkkreis lenkbar sind. Bei mehr als vier über das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem lenkbaren Radachsen bzw. Vorderachsen wird vorzugsweise eine größere Anzahl von Vorderachsen über den zweiten Lenkkreis gelenkt als über den ersten Lenkkreis. Letzterer kann insbesondere einen begrenzten Volumenstrom zur Verfügung stellen, während die Versorgung der übrigen Vorderachsen über den auf die Steuerung des ersten Lenkkreises abgestimmten bzw. mit diesem synchronisierten zweiten Lenkkreis erfolgt.
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Die zweiten Radachsen können innerhalb des hydraulischen Lenksystems derart angeordnet sein, dass sie bei einer Lenkung einen größeren Lenkeinschlag ausführen als die ersten Radachsen, also insbesondere in Längsrichtung des Fahrzeugs gesehen weiter außen angeordnet sind. Dies ist dann vorteilhaft, wenn mittels des zweiten Lenkkreises ein größerer Volumenstrom an Hydrauliköl bereitstellbar ist als mittels des ersten Lenkkreises, da für einen größeren Lenkeinschlag eine größere Ölmenge benötigt wird. Die umgekehrte Anordnung, dass die ersten Radachsen weiter außen angeordnet sind als die zweiten Radachsen und daher bei einer Lenkung einen größeren Lenkeinschlag ausführen, ist selbstverständlich ebenfalls möglich.
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Mit der Formulierung „weiter außen angeordnet“ ist insbesondere gemeint, dass die besagten Radachsen weiter entfernt sind von der senkrecht auf die Fahrzeuglängsachse stehenden Linie, die durch das Lenkzentrum verläuft (d.h. bei gleichsinnig arbeitenden Lenkzylindern weiter entfernt von einem Ende des Fahrzeugs oder einer Hinterachse und bei gegensinnig arbeitenden Lenkzylindern weiter entfernt von einem Punkt, welcher mittig zwischen den Vorderachsen liegt) als die anderen Radachsen.
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Alternativ können die ersten und zweiten Radachsen auch abwechselnd oder in einer beliebigen anderen Reihenfolge angeordnet sein. Ebenso könnten die zwei Lenkkreise jeweils die Lenkzylinder auf einer Seite der Radachsen bedienen (d.h. dass z.B. der erste Lenkkreis die den (in Draufsicht) linken Rädern zugeordneten Lenkzylinder und der zweite Lenkkreis die den rechten Rädern zugeordneten Lenkzylinder versorgt oder umgekehrt).
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine erste Radachse nur einen Lenkzylinder aufweist, welcher über einen ersten Hydraulikkreis des ersten Lenkkreises hydraulisch mit dem Lenkblockzylinder und dem Lenkblockventil verbunden ist, und dass eine weitere erste Radachse zwei Lenkzylinder aufweist, welche über einen zweiten Hydraulikkreis des ersten Lenkkreises mit dem Lenkblockventil verbunden sind. Die Radachse mit nur einem Lenkzylinder wird aufgrund des mit diesem verbundenen Lenkblockzylinders ebenfalls über insgesamt zwei Lenkzylinder gelenkt, sodass pro erster Radachse stets zwei Lenkzylinder vorgesehen sind. Vorzugsweise umfasst das Lenkblockventil zwei Ventileinheiten zur Steuerung je eines der Hydraulikkreise des ersten Lenkkreises. Diese können zusammen schaltbar sein, insbesondere aufgrund mechanischer Betätigung eines mit dem Lenkblockventil verbundenen Lenkmechanismus.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass jeder der Lenkkreise über mindestens eine eigene Hydraulikpumpe mit Hydrauliköl versorgbar ist. Hierbei ist beispielsweise die erste Hydraulikpumpe nur für die Versorgung des ersten Lenkkreises zuständig, während die Bereitstellung von Hydrauliköl für den zweiten Lenkkreis durch eine zweite oder mehrere weitere Hydraulikpumpen erfolgt. Die durch die jeweiligen Hydraulikpumpen förderbaren Volumenströme können auf die jeweiligen Lenkkreise angepasst werden. So kann es beispielsweise sein, dass bauartbedingt der erste Lenkkreis nur eine bestimmte maximale Ölmenge bereitstellen kann (z.B. 25 l/min bei 150 bar Druck), sodass die zugeordnete Hydraulikpumpe einen entsprechenden Volumenstrom fördert.
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Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine gemeinsame Hydraulikpumpe vorgesehen sein, welche beide Lenkkreise mit Hydrauliköl versorgt. Beispielsweise können zwei oder mehr Hydraulikpumpen vorhanden sein, die jeweils den ersten und den zweiten Lenkkreis versorgen. Die Aufteilung kann z.B. über Volumenstromteiler oder Stromregler erfolgen und auf die jeweiligen Lenkkreise angepasst sein.
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Der erste und/oder der zweite Lenkkreis kann in mehrere Hydraulikkreise unterteilt sein, wobei jeder der Hydraulikkreise vorzugsweise durch eine separate Hydraulikpumpe versorgt wird. Ein erster Hydraulikkreis des ersten Lenkkreises und ein erster Hydraulikkreis des zweiten Lenkkreises können durch die erste Hydraulikpumpe mit Hydrauliköl versorgbar sein, analog ein zweiter Hydraulikkreis des ersten Lenkkreises und ein zweiter Hydraulikkreis des zweiten Lenkkreises sowie ggf. weitere Hydraulikkreise. Die Aufteilung kann z.B. über Volumenstromteiler oder Stromregler erfolgen.
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Um das mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystem ausgestattete fahrbare Arbeitsgerät im Stand lenken zu können, ist mindestens eine motorgetriebene Hydraulikpumpe erforderlich. Damit bei einem Ausfall der Motoreinheit oder der motorgetriebenen Hydraulikpumpe(n) weiterhin eine hydraulische Lenkunterstützung zur Verfügung steht, kann vorteilhafterweise eine Hydraulikpumpe vorgesehen sein, die nicht über eine Motoreinheit, sondern über eines der Räder antreibbar ist. Diese radgetriebene Hydraulikpumpe muss nicht im Bereich des Rads angeordnet sein, sondern ist mechanisch mit dem Rad verbunden. Die radgetriebene Hydraulikpumpe kann parallel zu einer weiteren Hydraulikpumpe geschaltet sein. In einer denkbaren Ausführungsform ist sie parallel zur ersten oder zu einer zweiten Hydraulikpumpe geschaltet. Es können mehrere radgetriebene Hydraulikpumpen vorhanden sein. Die radgetriebene Hydraulikpumpe kann somit als Hilfspumpe oder Notfallpumpe fungieren.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine zweite Radachse zwei Lenkzylinder aufweist, welche über mindestens ein Steuerventil, insbesondere Wegeventil, des zweiten Lenkkreises mit der ersten und/oder einer zweiten Hydraulikpumpe steuerbar verbunden sind (d.h. je nach Schaltzustand des Steuerventils mit der Hydraulikpumpe fluidleitend verbunden oder von dieser getrennt sind). Bei dem Steuerventil kann es sich um ein beliebiges hydraulisches Stellglied bzw. Ventil handeln, vorzugsweise um ein Stetigventil.
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Es kann also entweder ein einziges Steuerventil für alle Lenkzylinder oder mehrere Steuerventile vorgesehen sein, beispielsweise ein Steuerventil für die den rechten Rädern zugeordneten und ein Steuerventil für die den linken Rädern zugeordneten Lenkzylinder. Ebenso können für die einzelnen Druckkammern der Lenkzylinder eigene Steuerventile vorgesehen sein. Das mindestens eine Steuerventil kann durch entsprechende Schaltung insbesondere den oder die zugeordneten Lenkzylinder mit der jeweiligen Hydraulikpumpe verbinden oder von dieser trennen.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Lenkblockventil und ein erstes Steuerventil des zweiten Lenkkreises über einen ersten Volumenstromteiler bzw. Mengenteiler mit der ersten Hydraulikpumpe verbunden sind. Über den Volumenstromteiler wird ein von der ersten Hydraulikpumpe bereitgestellter Volumenstrom in einem festgelegten Verhältnis auf die ersten und zweiten Lenkkreise aufgeteilt. Es können mehrere Volumenstromteiler vorgesehen sein. Vorzugsweise sind das Lenkblockventil und ein zweites Steuerventil des zweiten Lenkkreises über einen zweiten Volumenstromteiler mit einer zweiten Hydraulikpumpe verbunden.
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Alternativ können beide Volumenstromteiler mit einer oder mehreren gemeinsamen Hydraulikpumpe(n) verbunden sein. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass anstelle der Volumenstromteiler eine eigene Hydraulikpumpe für jeden der Lenkkreise vorgesehen ist. So kann ebenfalls der jeweils benötigte Volumenstrom auf den entsprechenden Lenkkreis angepasst werden.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Hydraulikpumpe über den ersten Volumenstromteiler mit dem ersten Steuerventil und mit dem Lenkblockventil sowie insbesondere über das Lenkblockventil steuerbar mit dem Lenkblockzylinder verbunden ist. Die zweite Hydraulikpumpe ist über den zweiten Volumenstromteiler mit dem zweiten Steuerventil und mit dem Lenkblockventil sowie insbesondere über das Lenkblockventil steuerbar mit den Lenkzylindern der zwei Lenkzylinder aufweisenden ersten Radachse(n) verbunden.
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Die Steuerung der Lenkzylinder über die beiden Lenkkreise ist erfindungsgemäß aufeinander abgestimmt. Diese Synchronisation bzw. Abstimmung kann auf unterschiedliche Arten realisiert sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuerventil oder die Steuerventile über Steuerdruckleitungen hydraulisch steuerbar sind, wobei die Steuerdruckleitungen mit dem ersten Lenkkreis verbunden sind und von diesem die Steuerdrücke abgreifen.
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Die Steuerdruckleitungen sind dabei in einer möglichen Ausführungsform mit Versorgungsleitungen des ersten Lenkkreises verbunden, welche den oder die Lenkzylinder einer ersten Radachse mit dem Lenkblockventil und/oder den Lenkblockzylinder verbinden. Die Steuerdrücke beaufschlagen vorzugsweise die Stirnflächen des druckgesteuerten Steuerventils. Letzteres ist vorteilhafterweise so eingestellt, dass bei einer Differenz der Steuerdrücke eine entsprechend gerichtete Öffnung erfolgt, was zu einer Nachführung der zugeordneten Lenkzylinder der zweiten Radachsen führt.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das oder die Steuerventile eingerichtet sind, die erste und/oder zweite Hydraulikpumpe in einer Neutralstellung mit einem Tank bzw. Hydrauliktank zu verbinden und bei einer Differenz der Steuerdrücke mit einem der Lenkzylinder einer zweiten Radachse zu verbinden. Bei dem oder den Steuerventilen handelt es sich vorzugsweise um 4/3-Wegeventile, die eingerichtet sind, die erste und/oder zweite Hydraulikpumpe bei einer negativen/positiven Steuerdruckdifferenz mit einer bei Druckbeaufschlagung einen Rechtseinschlag bewirkenden ersten Druckkammer und bei einer positiven/negativen Steuerdruckdifferenz mit einer bei Druckbeaufschlagung einen Linkseinschlag bewirkenden zweiten Druckkammer des zugeordneten Lenkzylinders bzw. der zugeordneten Lenkzylinder zu verbinden.
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Hier erfolgt also eine druckbasierte Nachführung bzw. Regelung der Lenkzylinder des zweiten Lenkkreises durch einen Vergleich der in den Druckkammern der Lenkzylinder der ersten Radachsen herrschenden Drücke. Steigt der Druck in den für den gewünschten Lenkeinschlag zuständigen Druckkammern der Lenkzylinder der ersten Radachsen an, ergibt sich eine charakteristische Steuerdruckdifferenz. In Reaktion darauf wird das Steuerventil oder werden die Steuerventile des zweiten Lenkkreises derart betätigt, dass sich ein synchroner Lenkeinschlag an den zweiten Radachsen ergibt.
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In der Neutralstellung werden die Steuerventile vorzugsweise mit einem konstanten Volumenstrom und geringem Druckverlust von der oder den Hydraulikpumpe(n) zum Tank durchströmt. Das Steuerventil weist vorzugsweise einen großen Öffnungsquerschnitt auf und ist so ausgebildet, dass eine solche Durchströmung zum Tank in der Neutralstellung erfolgt, sodass die Lenkzylinder nicht mit Druck beaufschlagt werden. Durch den großen Öffnungsquerschnitt entsteht eine geringe Verlustleistung. Bei einer Steuerdruckdifferenz werden die Öffnungsquerschnitte zwischen den Ventilanschlüssen derart verändert, dass der Druck in den entsprechenden Druckkammern der Lenkzylinder ansteigt und ein gewünschter Lenkeinschlag erfolgt.
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Die Formulierungen „negative Druckdifferenz“ und „positive Druckdifferenz“ sind dabei nicht absolut zu verstehen, sondern sollen lediglich zum Ausdruck bringen, dass bei einer Steuerdruckdifferenz mit einem bestimmten Vorzeichen (welches davon abhängt, wie die Steuerdruckleitungen mit dem ersten Lenkkreis verbunden sind) ein Lenkeinschlag in eine bestimmte Richtung erfolgt und dass bei einer Steuerdruckdifferenz mit umgekehrtem Vorzeichen ein Lenkeinschlag in die entgegengesetzte Richtung erfolgt.
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Eine alternative Möglichkeit zur Abstimmung der beiden Lenkkreise, welche allerdings nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, besteht darin, dass das Steuerventil oder die Steuerventile mittels einer Steuereinheit elektrisch ansteuerbar sind. Die Nachführung bzw. Abstimmung der Steuerung der Lenkzylinder mittels des zweiten Lenkkreises erfolgt hier also elektronisch und nicht hydraulisch. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, das oder die Steuerventile anhand mindestens einer Messgröße zu steuern, welche durch eine Messeinrichtung erfassbar bzw. messbar ist.
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Bei der Messgröße kann es sich um ein an der mechanischen Lenkvorrichtung angreifendes Drehmoment, um eine Winkeldifferenz von zwei Bauteilen der mechanischen Lenkvorrichtung (beispielsweise von zwei durch ein Lenkgetriebe miteinander verbundenen Bauteilen), um einen Druck in einer Hydraulikleitung des ersten Lenkkreises oder eine Druckdifferenz zwischen zwei Hydraulikleitungen des ersten Lenkkreises handeln. Für die Steuerung können weitere Größen bzw. Parameter wie z.B. Steifigkeitswerte von Bauteilen der mechanischen Lenkvorrichtung oder andere Bauteilen des Lenksystems berücksichtigt werden.
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Bis auf die elektrische Ansteuerung können die Steuerventile identisch zur oben beschriebenen ersten Möglichkeit ausgebildet sein.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorgenannten nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das oder die Steuerventile eingerichtet sind, die erste und/oder zweite Hydraulikpumpe in einer Neutralstellung mit einem Tank zu verbinden und bei entsprechender elektrischer Ansteuerung mit einem der Lenkzylinder der zweiten Radachse zu verbinden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem oder den Steuerventilen um 4/3-Wegeventile, welche eingerichtet sind, die erste und/oder zweite Hydraulikpumpe in einer ersten Lenkstellung mit einer bei Druckbeaufschlagung einen Rechtseinschlag bewirkenden ersten Druckkammer und in einer zweiten Lenkstellung mit einer bei Druckbeaufschlagung einen Linkseinschlag bewirkenden zweiten Druckkammer des Lenkzylinders zu verbinden. Die ersten und zweiten Lenkstellungen sind entsprechende Schaltstellungen des oder der Steuerventile.
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Eine weitere Möglichkeit zur Abstimmung der beiden Lenkkreise besteht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass die zweite Radachse zwei Lenkzylinder mit jeweils einer bei Druckbeaufschlagung einen Rechtseinschlag bewirkenden ersten Druckkammer und einer bei Druckbeaufschlagung einen Linkseinschlag bewirkenden zweiten Druckkammer aufweist, wobei die ersten und zweiten Druckkammern der Lenkzylinder über je ein Steuerventil des zweiten Lenkkreises mit der ersten und/oder einer zweiten Hydraulikpumpe steuerbar verbunden sind. Im Unterschied zur oben beschriebenen ersten Möglichkeit werden hier die entgegengesetzt wirkenden Druckkammern der Lenkzylinder über separate Steuerventile gesteuert.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei zweite Radachsen mit jeweils einem ersten und einem zweiten Lenkzylinder vorgesehen sind, wobei die ersten und zweiten Druckkammern der ersten Lenkzylinder über ein erstes und ein zweites Steuerventil und die ersten und zweiten Druckkammern der zweiten Lenkzylinder über ein drittes und ein viertes Steuerventil mit der ersten und/oder einer zweiten Hydraulikpumpe steuerbar verbunden sind. Es sind also insgesamt vier Steuerventile vorgesehen, wobei es ebenfalls vorstellbar ist, dass mehrere Gruppen von zweiten Radachsen jeweils über vier Steuerventile versorgt werden. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Lenkzylinder mit separaten Hydraulikpumpen steuerbar verbunden.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerventile über Steuerdruckleitungen hydraulisch steuerbar sind. Vorzugsweise ist eine erste Steuerdruckleitung mit dem ersten Lenkkreis, insbesondere mit einer Versorgungsleitung, welche einen Lenkzylinder einer ersten Radachse mit dem Lenkblockventil oder Lenkblockzylinder verbindet, verbunden. Im Unterschied zur oben beschriebenen ersten Möglichkeit ist eine zweite Steuerdruckleitung mit dem zweiten Lenkkreis, insbesondere mit einer Versorgungsleitung, welche einen Lenkzylinder einer zweiten Radachse mit besagtem Steuerventil verbindet, verbunden. Die Steuerdrücke werden also von den Lenkzylindern der ersten und zweiten Lenkkreise abgegriffen. Die Steuerdrücke beaufschlagen vorzugsweise die Stirnflächen des jeweiligen druckgesteuerten Steuerventils. Letzteres ist vorteilhafterweise so eingestellt, dass bei einer Differenz der Steuerdrücke eine entsprechend gerichtete Öffnung erfolgt, was ebenfalls zu einer Nachführung der zugeordneten Lenkzylinder der zweiten Radachsen führt.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerventile eingerichtet sind, die zugeordnete Druckkammer des Lenkzylinders der zweiten Radachse in einer Neutralstellung von der ersten und/oder zweiten Hydraulikpumpe und von einem Tank zu trennen. Dadurch wird in der Neutralstellung der in der jeweiligen Druckkammer herrschende Druck gehalten. Die Steuerventile sind ferner eingerichtet, die zugeordneten Druckkammern der Lenkzylinder bei einer Differenz der Steuerdrücke mit der ersten und/oder zweiten Hydraulikpumpe oder dem Tank zu verbinden - je nach Vorzeichen der Druckdifferenz. Vorzugsweise handelt es sich bei den Steuerventilen um 3/3-Wegeventile, welche eingerichtet sind, die zugeordnete Druckkammer bei einer negativen/positiven Steuerdruckdifferenz mit der ersten und/oder zweiten Hydraulikpumpe und bei einer positiven/negativen Steuerdruckdifferenz mit dem Tank zu verbinden. Das oben bezüglich der Formulierungen „positive“ und „negative“ Steuerdruckdifferenz Gesagte gilt analog.
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Hier erfolgt die druckbasierte Nachführung bzw. Regelung der Lenkzylinder des zweiten Lenkkreises also durch einen Vergleich der in den Druckkammern der Lenkzylinder der zweiten Radachsen herrschenden Drücke mit den Drücken der Lenkzylinder der ersten Radachsen. Steigt der Druck in den Lenkzylindern der ersten Radachsen an, ergibt sich eine Steuerdruckdifferenz an den entsprechenden Steuerventilen, woraufhin diese so geschalten werden, dass sich die Drücke in den für den gewünschten Lenkeinschlag zuständigen Druckkammern der Lenkzylinder der zweiten Radachsen entsprechend erhöhen, sodass ein synchroner Lenkeinschlag an den ersten und zweiten Radachsen erfolgt.
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Vorzugsweise wird in der Neutralstellung das durch die erste und/oder zweite Hydraulikpumpe zu den Steuerventilen bereitgestellte Hydrauliköl durch einen Stromregler, insbesondere 3-Wege-Stromregler, zum Tank abgeführt. Darin besteht ein Unterschied zur Ausführung gemäß der ersten Möglichkeit, bei der in der Neutralstellung das insbesondere über einen Volumenstromteiler konstant bereitgestellte Hydrauliköl durch das Steuerventil zum Tank geleitet wird.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform sind hydraulische Zusatzventile vorgesehen, mittels welchen die den Steuerventilen zugeordneten Druckkammern der Lenkzylinder der zweiten Radachsen mit einem Tank verbindbar sind, wobei die Zusatzventile vorzugsweise elektrisch steuerbar sind. Die Zusatzventile befinden sich vorzugsweise zwischen den Lenkzylindern und den Steuerventilen. Die Zusatzventile können im Fehlerfall geschaltet werden, sodass sie die zugeordneten Lenkzylinder zum Tank freischalten. Die Erkennung eines solchen Fehlerfalls kann durch geeignet platzierte Druckgeber bzw. Drucksensoren erfolgen. Diese sind vorzugsweise in den Steuerdruckleitungen oder den mit den Steuerdruckleitungen verbundenen Versorgungsleitungen der ersten und zweiten Lenkkreise angeordnet und erfassen (und ggf. vergleichen) die Steuerdrücke des dem jeweiligen Zusatzventil zugeordneten Steuerventils.
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Eine weitere Möglichkeit zur Abstimmung der beiden Lenkkreise besteht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass die Steuerventile analog zur oben beschriebenen ersten Möglichkeit über mit dem ersten Lenkkreis verbundene Steuerdruckleitungen hydraulisch steuerbar sind, wobei aber im Unterschied dazu die Steuerventile in der Neutralstellung nicht mit einem konstanten Volumenstrom zum Tank hin durchströmt werden. Stattdessen sind die Lenkzylinder der zweiten Radachsen in der Neutralstellung direkt mit dem Tank verbunden, sodass sie nicht mit Druck beaufschlagt werden, während die dem Steuerventil zugeordnete(n) Hydraulikpumpe(n) vom Tank getrennt ist / sind.
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Vorzugsweise wird der durch die erste und/oder zweite Hydraulikpumpe zu den Steuerventilen bereitgestellte Volumenstrom über mindestens einen Stromregler zu einem Tank hin abgeführt. Der Stromregler kann ein beliebiges Stellglied sein, welches in der Lage ist, überschüssiges Hydrauliköl bei Bedarf zum Tank abzuführen. Insbesondere handelt es sich dabei um 3-Wege-Stromregler.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Hydraulikpumpe über einen Stromregler, insbesondere 3-Wege-Stromregler, mit dem Lenkblockventil verbunden ist, wobei mittels des Stromreglers der Volumenstrom zum Lenkblockventil auf einen definierten Wert begrenzbar und der restliche Volumenstrom vorzugsweise zu einem Tank und/oder zu den Steuerventilen des zweiten Lenkkreises leitbar ist.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle Lenkzylinder derart steuerbar sind, dass sie im Wesentlichen gleichlaufend arbeiten, also in der Steuerung synchronisiert sind. Vorzugsweise sind die Lenkzylinder der ersten und zweiten Radachsen im Wesentlichen baugleich.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle Lenkzylinder gleichsinnig arbeiten oder dass die Lenkzylinder mindestens einer Radachse gegensinnig zu den Lenkzylindern mindestens einer weiteren Radachse arbeiten. In letzterem Fall wird gerade bei größeren Fahrzeugen mit einer großen Anzahl von Radachsen eine Verringerung des Wendekreises erreicht. Hierbei lenken Radachsen in einem hinteren Bereich gegensinnig zu den Radachsen in einem vorderen Bereich. Dabei liegt das Lenkzentrum, in dem sich die Drehachsen der gelenkten Räder schneiden, typischerweise in einem Bereich zwischen den hinteren und den vorderen Radachsen.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Lenkblockventil und der Lenkblockzylinder sowie vorzugsweise ein mechanisches Lenkgetriebe der mechanischen Lenkvorrichtung in einem gemeinsamen Lenkblock bzw. einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Der Volumenstrom zu den Lenkzylindern der zweiten Radachsen läuft dabei insbesondere nicht über den Lenkblock, sodass hier keine Begrenzung hinsichtlich eines maximalen Volumenstroms besteht. Dies ermöglicht eine hydraulische Lenkung beliebig vieler Radachsen mittels des zweiten Lenkkreises, wobei dennoch ein herkömmlicher Lenkblock mit integriertem Lenkblockzylinder verwendet werden kann. Insgesamt kann also eine hydraulisch unterstützte Lenkung beliebig vieler Radachsen unter Verwendung herkömmlicher, für die Lenkung kleinerer Fahrzeuge ausgelegter Bauteile erreicht werden. Eine Anpassung des Lenkblocks muss hierbei nicht zwingend erfolgen.
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Prinzipiell können mittels der ersten und zweiten Lenkkreise gleich große Volumenströme förderbar sein. Ebenfalls kann, beispielsweise bei kleineren fahrbaren Arbeitsgeräten, bei denen zwei erste Radachsen und eine zweite Radachse vorgesehen sind, mittels des ersten Lenkkreises ein größerer Volumenstrom zu den zugeordneten Lenkzylindern förderbar sein ist als mittels des zweiten Lenkkreises.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann aber auch vorgesehen sein, dass mittels des zweiten Lenkkreises ein größerer Volumenstrom zu den Lenkzylindern förderbar ist als mittels des ersten Lenkkreises. Dies kann insbesondere bei einem hydraulischen Lenksystem der Fall sein, bei dem über den zweiten Lenkkreis eine größere Anzahl von Lenkzylindern bzw. Radachsen steuerbar ist als über den ersten Lenkkreis.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein fahrbares Arbeitsgerät, insbesondere Mobilkran, mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystem. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Die in Bezug auf das hydraulische Lenksystem beschriebenen möglichen Ausführungsformen gelten analog für das erfindungsgemäße fahrbare Arbeitsgerät.
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Vorzugsweise umfasst das fahrbare Arbeitsgerät mindestens drei lenkbare, d.h. mechanisch mit hydraulischer Unterstützung lenkbare Radachsen, von denen mindestens zwei erste Radachsen mittels des ersten Lenkkreises und/oder mindestens zwei zweite Radachsen mittels des zweiten Lenkkreises des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems lenkbar sind. Besonders bevorzugt sind insgesamt mindestens vier lenkbare Radachsen vorhanden, mit mindestens zwei ersten Radachsen und mindestens zwei zweiten Radachsen. Insgesamt kann eine beliebig große Anzahl von zweiten Radachsen gelenkt werden. Hierfür muss lediglich eine ausreichend große Menge Hydrauliköl durch entsprechend viele bzw. entsprechend ausgelegte Hydraulikpumpen bereitgestellt werden.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das fahrbare Arbeitsgerät mindestens sieben Radachsen aufweist, von denen mindestens vier Radachsen mittels des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems lenkbar sind. Vorzugsweise liegen die mittels des zweiten Lenkkreises lenkbaren Radachsen weiter außen als die mittels des ersten Lenkkreises lenkbaren Radachsen. Die umgekehrte Anordnung, dass die ersten Radachsen weiter außen angeordnet sind als die zweiten Radachsen und daher bei einer Lenkung einen größeren Lenkeinschlag ausführen, ist auch möglich, ebenso wie andere Anordnungen (z.B. eine alternierende Anordnung) der ersten und zweiten Radachsen.
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Der Begriff Arbeitsgerät ist vorliegend breit auszulegen und kann ein beliebiges Fahrzeug, beispielsweise einen LKW oder einen Mobilkran, bezeichnen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Lenksystems;
- 2: eine schematische Darstellung eines anderen aus dem Stand der Technik bekannten Lenksystems;
- 3: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4: eine schematische Darstellung eines hydraulischen Lenksystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches jedoch nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
- 5: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 6: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 7: eine schematische Darstellung der Öffnungsquerschnitte des Steuerventils gemäß den ersten beiden Ausführungsbeispielen;
- 8: eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines mehrachsigen Arbeitsgeräts mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystem; und
- 9: eine Draufsicht auf die mechanische Lenkvorrichtung des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die 1 und 2 zeigen Beispiele für aus dem Stand der Technik bekannte Lenksystemen und wurden bereits eingangs beschrieben. Daher wird an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem ist anhand von vier unterschiedlichen Ausführungsbeispielen in den 3 bis 6 schematisch dargestellt. Das allen Ausführungsbeispielen zugrundeliegende erfindungsgemäße Prinzip ist die Aufteilung des hydraulischen Lenksystems in zwei separate hydraulische Lenkkreise 1, 2 (vgl. hierzu die gepunkteten bzw. gestrichelten Bereiche in der 4), die in einer aufeinander abgestimmten Weise die hydraulischen Lenkzylinder 10 der den jeweiligen Lenkkreisen 1, 2 zugeordneten Radachsen 11, 12 steuern.
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Alle mittels des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems lenkbaren Radachsen 11, 12 (welche vorliegend auch als Vorderachsen bezeichnet werden - im Gegensatz zu Radachsen, die nicht über das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem gelenkt werden und hierin als Hinterachsen bezeichnet werden) sind über ein in den 3-6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestelltes Lenkgestänge 5, 6 einer mechanischen Lenkvorrichtung 3 miteinander verbunden. Der erste Lenkkreis 1 übernimmt die Lenkung der im Folgenden als erste Radachsen 11 bezeichneten Vorderachsen, während der zweite Lenkkreis 2 die Lenkung der im Folgenden als zweite Radachsen 12 bezeichneten Vorderachsen steuert.
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Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Lenkgestänges, welche mehrere Lenkstangen 5 umfasst, die die schwenkbaren Radaufhängungen der einzelnen Vorderachsen (hier allgemein mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet) miteinander koppeln. Die Lenkstangen 5 sind über Lenkhebel 6 gelenkig miteinander verbunden und sorgen für einen synchronen Einschlag aller lenkbaren Räder. Die Lenkstangen 5 sind über ein in einem Lenkblock 14 angeordnetes Lenkgetriebe mit einem Steuerelement, insbesondere Lenkrad 4, verbunden, über welches die Vorderachsen 9 mechanisch lenkbar sind.
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Die schwenkbaren Radaufhängungen weisen Lenkhebel 8 auf, die mittels Spurstangen 7 miteinander verbunden sind. Durch geeignete Anordnung und Dimensionierung der Lenkstangen 5, Lenkhebel 8 und Spurstangen 7 lässt sich in bekannter Weise eine Achsschenkellenkung realisieren, bei der die einzelnen Räder der jeweiligen Vorderachsen 9 derart ausgelenkt werden, dass sich die gedachten Verlängerungen 61 der Drehachsen der Räder in einem gemeinsamen Lenkzentrum 60 treffen (vgl. 8). Der Abstand der jeweiligen Vorderachse 9 zum Lenkzentrum 60 (bzw. zum Schnittpunkt der Längsachse 62 des fahrbaren Arbeitsgeräts mit der durch das Lenkzentrum 60 verlaufenden Senkrechten 64 auf die Längsachse 62) bestimmt den Einschlag der Räder (d.h. den Winkel, um den die Räder verschwenkt werden), wobei sich die Einschläge der Räder einer Vorderachse 9 ebenfalls voneinander unterscheiden. Der Einschlag ist für jede Vorderachse 9 und für jedes Rad individuell.
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Zur hydraulischen Unterstützung der Lenkung weisen die Vorderachsen 9 bzw. 11, 12 doppeltwirkende hydraulische Lenkzylinder 10 auf, die im Bereich des jeweiligen Rads angebracht sind und eine unterstützende Kraft auf den zugeordneten Lenkhebel 8 ausüben. In der 9 ist an der rechten Radachse 9 exemplarisch ein schematisch repräsentierter Lenkzylinder 10 eingezeichnet. Jeder der Lenkzylinder 10 bringt dessen Kraft in das gesamte Lenkgestänge 5, 6 ein. Alle Lenkzylinder 10, 18 bringen dann gemeinsam die Kraft auf, die den Fahrer des mittels des hydraulischen Lenksystems gelenkten fahrbaren Arbeitsgeräts beim Drehen des Lenkrads 4 unterstützen. Bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystem handelt es sich folglich um eine hydraulische Servolenkung.
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Zentrales Element des hydraulischen Lenksystems ist der Lenkblock 14 (auch als Hauptlenkblock bezeichnet), welcher ein Gehäuse aufweist, in dem unter anderem ein hydraulisches Lenkblockventil 16 und ein hydraulischer Lenkblockzylinder 18 angeordnet sind. Der Lenkblockzylinder 18 ist mit dem Lenkgestänge 5, 6 gekoppelt (vgl. 9) und wirkt auf dieses ein. In den 3-6 ist der Lenkblockzylinder 18 lediglich schematisch und isoliert dargestellt.
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Im Folgenden werden nun vier unterschiedliche Ausführungsbeispiele betrachtet, welche sich insbesondere in der Art und Weise, wie die Lenkkreise 1, 2 einander nachgeführt bzw. aufeinander abgestimmt werden, voneinander unterscheiden. Bei allen Ausführungsbeispielen sind zwei erste Radachsen 11 und zwei zweite Radachsen 12 gezeigt. Das Prinzip der erfindungsgemäßen Lenkung lässt sich allerdings auf eine beliebige Zahl von ersten und zweiten Radachsen 11, 12, insbesondere auf eine größere Zahl von zweiten Radachsen 12, erweitern und ist nicht auf zwei mal zwei Vorderachsen 11, 12 beschränkt.
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Die 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems. Der erste Lenkkreis 1 ist in einen ersten Hydraulikkreis 1a und einen zweiten Hydraulikkreis 1b unterteilt, welche jeweils eine der beiden ersten Radachsen 11 steuern bzw. deren Lenkzylinder 10 mit Hydrauliköl versorgen. Zur Bereitstellung des Hydrauliköls dienen in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen drei Hydraulikpumpen: eine erste und eine zweite Hydraulikpumpe 21, 22, die von einer Motoreinheit 40 des fahrbaren Arbeitsgeräts angetrieben werden, sowie eine dritte Hydraulikpumpe 23, die durch eines der Räder angetrieben wird und parallel zur ersten Hydraulikpumpe 21 dem ersten Hydraulikkreis 1a zugeordnet ist. Der zweite Hydraulikkreis 1b wird durch die zweite Hydraulikpumpe 22 versorgt. Die Hydraulikpumpen 21, 22, 23 sind in diesen Ausführungsbeispielen als verstellbare Hydraulikpumpen ausgeführt.
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Das Lenkblockventil 16 umfasst zwei Ventileinheiten 16a und 16b, die mechanisch miteinander gekoppelt sind. Über die erste Ventileinheit 16a wird der Volumenstrom von der ersten Hydraulikpumpe 21 zum ersten Hydraulikkreis 1a sowie von letzterem zum Tank 42 gesteuert, während die zweite Ventileinheit 16b den Ölfluss bzw. Druck des zweiten Hydraulikkreises 1b steuert. Das Lenkblockventil 16 bzw. die beiden Ventileinheiten 16a und 16b werden gemeinsam mechanisch über eine Bewegung des Steuerelements bzw. Lenkrads 4 betätigt.
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Die Ventileinheiten 16a, 16b sind hier als 4/3-Wegeventile ausgeführt, welche in der Neutralstellung (mittlerer Schaltzustand) die Hydraulikpumpen 21, 22, 23 zum Tank 42 kurzschließen. Der Volumenstrom zum Lenkblockventil 16 wird über Überdruck- bzw. Druckbegrenzungsventile 36 auf einen bestimmten Wert begrenzt, beispielsweise 150 bar.
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Die Ausführungen zu den beiden Hydraulikkreisen 1a, 1b und zu dem Lenkblockventil 16 bzw. den Ventileinheiten 16a, 16b gelten für alle hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Der Lenkblockzylinder 18 ist im ersten Hydraulikkreis 1a sowie im Lenkblock 14 angeordnet. Die dem ersten Hydraulikkreis 1a zugeordnete erste Radachse 11 weist daher nur einen Lenkzylinder 10 auf, da in Summe mit dem Lenkblockzylinder 18 insgesamt zwei Lenkzylinder 10, 18 vorhanden sind. Die andere, dem zweiten Hydraulikkreis 1b zugeordnete erste Radachse 11 weist dagegen zwei Lenkzylinder 10 auf. Von jeder Ventileinheit 16a, 16b führt je eine Versorgungsleitung 26, 27 zu einer der beiden Druckkammern der Lenkzylinder 10, wobei eine erste Druckkammer für einen Rechtseinschlag und eine zweite Druckkammer für einen Linkseinschlag der Räder sorgt.
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Der erste Lenkkreis 1 ist mit seinem Lenkblock 14 bauartbedingt auf einen bestimmten Volumenstrom von z.B. 25 l/min begrenzt. Diese Menge an Hydrauliköl reicht für die Lenkung der beiden ersten Radachsen 11 aus, nicht jedoch für die Lenkung der weiteren Radachsen 12. Aus diesem Grund wird die Lenkung der weiteren bzw. der zweiten Radachsen 12 durch den zweiten Lenkkreis 2 übernommen.
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Hierzu sind zwischen den Hydraulikpumpen 21, 22, 23 und dem Lenkblock 14 zwei Volumenstromteiler 24 angeordnet, welche durch eine entsprechende Auslegung die durch die Hydraulikpumpen 21, 22, 23 bereitgestellte Ölmenge zwischen den beiden Lenkkreisen 1, 2 in einem festgelegten Verhältnis aufteilen. Einer der beiden Volumenstromteiler 24 befindet sich zwischen den zusammengeschalteten ersten und dritten Hydraulikpumpen 21, 23 und der ersten Ventileinheit 16a, während ein zweiter Volumenstromteiler 24 zwischen der zweiten Hydraulikpumpe 22 und der zweiten Ventileinheit 16b angeordnet ist.
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Von jedem der Volumenstromteiler 24 führt eine Hydraulikleitung zu einem Steuerventil 30, welches im ersten Ausführungsbeispiel als hydraulisch angesteuertes, stetiges 4/3-Wegeventil ausgeführt ist (allerdings wären hier auch Schwarz-Weiß-Ventile denkbar). Jedes der Steuerventile 30 steuert die Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12 auf der rechten oder linken Seite. Mit anderen Worten werden alle Lenkzylinder 10, die den Rädern auf einer Seite zugeordnet sind, über ein gemeinsames Steuerventil 30 gesteuert. Von den Steuerventilen 30 führt je eine Versorgungsleitung 28 zu den für einen Rechtseinschlag zuständigen ersten Druckkammern 10a und eine Versorgungsleitung 29 zu den für einen Linkseinschlag zuständigen zweiten Druckkammern 10b der Lenkzylinder 10 (vgl. hierzu auch 5).
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Der zweite Lenkkreis 2 ist also ebenfalls in zwei getrennte Hydraulikkreise 2a und 2b unterteilt, welcher je ein Steuerventil 30 umfasst. Während die Hydraulikkreise 1a, 1b des ersten Lenkkreises 1 je einer der ersten Radachsen 11 zugeordnet sind, sind die Hydraulikkreise 2a, 2b des zweiten Lenkkreises 2 jeweils allen zweiten Radachsen 12 zugeordnet, versorgen aber jeweils nur einen der beiden Lenkzylinder 10 pro Radachse 12.
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Die Steuerventile 30 werden hydraulisch über Steuerdruckleitungen 32 angesteuert, welche den Versorgungsleitungen 26, 27 des ersten Lenkkreises 1 die in den Druckkammern der Lenkzylinder 10 der ersten Radachsen 11 herrschenden Drücke als Steuerdrücke entnehmen und die Stirnseiten der Steuerventile 30 mit diesen beaufschlagen.
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In der Neutralstellung, welche in der 3 zu sehen ist, werden die Steuerventile 30 von einem konstanten Volumenstrom bei geringem Druckverlust von den mit den mit den Hydraulikpumpen 21, 22, 23 verbundenen Druckanschlüssen P zu den mit dem Tank 42 verbundenen Tankanschlüssen T durchströmt. Zur Veranschaulichung der Öffnungsquerschnitte der Steuerventile 30 dient die 7, welche ein Schaltbild mit den Ventilanschlüssen P, T, R, L eines Steuerventils 30 zeigt. Die Öffnungsquerschnitte können als Drosseln 44 dargestellt werden. Diese besitzen einen großen Öffnungsquerschnitt, sodass wenig Verlustleistung entsteht. In der Neutralstellung werden die mit den Anschlüssen R und L verbundenen Lenkzylinder 10 nicht mit Druck beaufschlagt, sondern zum Tank 42 hin entlastet.
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Durch Betätigung der Steuerventile 30 ändern sich die Öffnungsquerschnitte und je nach Vorzeichen und Amplitude der Differenz der Steuerdrücke werden die ersten oder zweiten Druckkammern 10a, 10b der Lenkzylinder 10 mit einem gewissen Druck beaufschlagt, der zu einem entsprechenden Links- oder Rechtseinschlag der Räder der zweiten Radachsen 12 führen. Liegt eine Steuerdruckdifferenz vor, so werden die Öffnungsquerschnitte, also die Drosseln 44, verändert und der Gesamtwiderstand vergrößert, wodurch der Druck am Anschluss P ansteigt.
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Bei einem Linkseinschlag und benötigter hydraulischer Unterstützung verringert sich zum einen der Querschnitt zwischen dem Arbeitsanschluss P und dem mit den ersten Druckkammern 10a verbundenen Anschluss R des Steuerventils 30 sowie zwischen dem Tankanschluss T und dem mit den zweiten Druckkammern 10b verbundenen Anschluss L. Zum anderen vergrößert sich (oder bleibt gleich) der Querschnitt zwischen den Anschlüssen P und L sowie zwischen den Anschlüssen T und R. Dadurch steigt der Druck am Anschluss L an, während der Druck am Anschluss R auf einem niedrigen Niveau bleibt. Es kommt zu einer hydraulischen Unterstützung des mechanischen Linkseinschlags.
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Bei einem Rechtseinschlag und benötigter hydraulischer Unterstützung verringert sich zum einen der Querschnitt zwischen den Anschlüssen P und L des Steuerventils 30 sowie zwischen den Anschlüssen T und R. Zum anderen vergrößert sich (oder bleibt gleich) der Querschnitt zwischen den Anschlüssen P und R sowie zwischen den Anschlüssen T und L. Dadurch steigt der Druck am Anschluss R an, während der Druck am Anschluss L auf einem niedrigen Niveau bleibt. Es kommt zu einer hydraulischen Unterstützung des mechanischen Rechtseinschlags.
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Die hydraulische Steuerung der Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12 wird also der hydraulischen Steuerung der Lenkzylinder 10 der ersten Radachsen 11 hydraulisch nachgeführt. Insbesondere werden die Steuerungen der beiden ersten Hydraulikkreise 1a, 2a und die Steuerungen der beiden zweiten Hydraulikkreise 1b, 2b einander nachgeführt.
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Dadurch ist es möglich, trotz des nur einen begrenzten Volumenstrom bereitstellenden Lenkblocks 14 eine beliebig große Zahl von Vorderachsen hydraulisch zu lenken. Hierfür muss der Lenkblock weder ausgetauscht noch umgebaut werden.
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Dadurch ergibt sich ein sehr flexibles Lenksystem, welches sowohl bei kleinen Fahrzeugen mit einer geringen Zahl von Vorderachsen (z.B. zwei oder drei Vorderachsen) als auch bei schweren Geräten wie großen Mobilkranen mit einer Vielzahl von Vorderachsen (z.B. mehr als sechs Achsen) einsetzbar ist.
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Zur benötigten hydraulischen Unterstützung ist folgendes anzumerken: Ist nur eine geringe Lenkkraft notwendig, so wird vorzugsweise die hydraulische Unterstützung über den ersten Lenkkreis 1 bzw. über den Lenkblock 14 nicht aktiviert. Dies wird auf die Lenkung mittels des zweiten Lenkkreises 2 bzw. die Ansteuerung der Steuerventile 30 dupliziert, d.h. bei einer geringen Lenkkraft werden die Steuerventile 30 ebenfalls nicht geschaltet. Dieses Prinzip kann für alle hier gezeigten Ausführungsbeispiele gelten.
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Der Druck des zu den Steuerventilen 30 geförderten Hydrauliköls wird über Druckbegrenzungsventile 36 auf einen bestimmten Wert, z.B. 150 bar, begrenzt. In jedem der ersten und zweiten Hydraulikkreise 1a, 1b, 2a, 2b der ersten und zweiten Lenkkreise 1, 2 ist ein Druckbegrenzungsventil 36 angeordnet.
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Eine alternative Möglichkeit zur Steuerung des zweiten Lenkkreises 2 ist in der 4 gezeigt, wobei gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich andere Steuerventile 30 verwendet werden. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, werden die Steuerventile 30 nicht hydraulisch, sondern elektrisch angesteuert. Die zur Steuerung verwendeten Stellsignale werden durch eine Steuereinheit auf der Grundlage von einer oder mehreren Messgrößen berechnet. Die Ventilgeometrie der Steuerventile 30 entspricht ansonsten vorzugsweise derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
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Für die elektrische Ansteuerung wird vorzugsweise mindestens eine der folgenden Größen gemessen:
- - Das Lenkradmoment kann über einen oder mehrere Momentensensoren gemessen werden. Ein Momentensensor kann an der Lenkradstange angeordnet sein.
- - Über mehrere Winkelsensoren kann eine Differenz aus einem Lenkradwinkel und einem Ausgangswinkel des Lenkblocks 14 bzw. eines Lenkgetriebes gemessen werden. Hierbei kann eine Übersetzung des Lenkgetriebes berücksichtigt werden. Dies entspricht insbesondere der Verdrehung einer Torsionswelle im Lenkblock 14. Bei Kenntnis der Steifigkeit dieser Welle kann auf das Lenkmoment geschlossen werden. Die Winkelsensoren können beispielsweise am oder im Lenkblock 14 bzw. am Lenkgetriebe und/oder an der Lenkradstange angeordnet sein.
- - Mittels einem oder mehreren Drucksensoren bzw. Druckgebern können Hydraulikdrücke in den Versorgungsleitungen bzw. Arbeitsleitungen des ersten Lenkkreises 1 gemessen werden. Es können in allen Versorgungsleitungen 26, 27 der ersten und/oder zweiten Hydraulikkreise 1a, 1b des ersten Lenkkreises 1 entsprechende Drucksensoren vorgesehen sein.
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Vorzugsweise werden alle der vorgenannten Größen gemessen, insbesondere kontinuierlich bzw. in regelmäßigen Zeitabständen während des Betriebs des durch das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem lenkbaren Fahrzeugs.
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Das Lenkradmoment, die Winkeldifferenz und der Druckaufbau spiegeln dabei die gewünschte Lenkunterstützung wider.
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Bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen könnte alternativ oder zusätzlich zu der Lösung mit den Volumenstromteilern 24 auch vorgesehen sein, dass das Arbeitsvolumen für die zweiten Radachsen 12 über eine oder mehrere eigene Hydraulikpumpen bereitgestellt wird. In diesem Fall kann auf Volumenstromteiler 24 verzichtet werden.
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Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung des zweiten Lenkkreises 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der 5 anhand eines dritten Ausführungsbeispiels gezeigt. Im Unterschied zu den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen, wird das Hydrauliköl für den zweiten Lenkkreis 2 hier nicht konstant über Volumenstromteiler abgezweigt, sondern über Stromregler bzw. Stromregelventile 38 zur Verfügung gestellt. Die Stromregler 38, bei denen es sich vorliegend um 3-Wege-Stromregelventile handelt, versorgen den ersten Lenkkreis 1, bzw. den Lenkblock 14, mit einem konstanten Volumenstrom (beispielsweise 25 l/min bei 150 bar), wobei die mit den Stromreglern 38 verbundenen Hydraulikpumpen 21, 22, 23 in der Regel einen höheren Volumenstrom bereitstellen können. Das überschüssige Hydrauliköl wird entweder zum Tank 42 oder zu den Steuerventilen 30 abgeleitet.
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Darüber hinaus dienen hier nicht zwei Steuerventile der Versorgung beider Druckkammern der zugeordneten Lenkzylinder 10, sondern für die ersten und zweiten Druckkammern 10a, 10b der rechten und der linken Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12 ist jeweils ein eigenes Steuerventil 30 vorgesehen, welches jeweils über einen zugeordneten Stromregler 38 mit Hydrauliköl versorgt wird. Insgesamt kommen also vier Steuerventile 30 zum Einsatz, wobei in der 5 aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit lediglich ein einziges Steuerventil 30 gezeigt ist.
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In der 5 ist das für die Steuerung der ersten Druckkammern 10a (Rechtseinschlag) der linken Lenkzylinder 10 (untere Reihe) zuständige Steuerventil 30 eingezeichnet, welches als stetiges 3/3-Wegeventil ausgebildet ist. In der hier gezeigten Neutralstellung findet keine Durchströmung von Hydrauliköl vom Druckanschluss P zum Tankanschluss T statt, sondern die Anschlüsse P und T sind voneinander und von dem mit den ersten Druckkammern 10a verbundenen Anschluss R getrennt. Das überschüssige Hydrauliköl wird durch den Stromregler 38 zum Tank 42 geleitet.
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Die Steuerventile 30 werden hydraulisch angesteuert, wobei die Steuerdrücke sowohl dem ersten als auch dem zweiten Lenkkreis 1, 2 entnommen werden. Eine der Stirnflächen des Steuerventils 30 wird mit einem Steuerdruck beaufschlagt, der über eine Steuerdruckleitung 32 einer der Versorgungsleitungen 26 des ersten Lenkkreises 1 entnommen wird. Die andere Stirnfläche wird mit einem Steuerdruck beaufschlagt, welcher über eine weitere Steuerdruckleitung 32 der von demselben Steuerventil 30 zu den zugeordneten Druckkammern 10a der Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12 führenden Versorgungsleitung 28 entnommen wird.
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Überschreitet die Druckdifferenz an den Stirnflächen (entsprechend der Druckdifferenz zwischen den Drücken in den entsprechenden Druckkammern der den ersten und zweiten Radachsen 11, 12 zugeordneten Lenkzylindern 10) einen gewissen Wert (z.B. wenn der Druck in den Lenkzylindern 10 im ersten Lenkkreis 1 größer ist als der Druck in den Lenkzylindern 10 im zweiten Lenkkreis 2), wird das Steuerventil 30 betätigt und gibt einen definierten Öffnungsquerschnitt zwischen den Anschlüssen P und R frei, sodass ein entsprechender Druck in den zugeordneten Druckkammern 10a der Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12 aufgebaut wird.
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Als Steuerungsgröße dient hier also die Druckdifferenz zwischen den Versorgungsleitungen 26, 27 für den Lenkeinschlag rechts / links für die ersten Radachsen 11 und den Versorgungsleitungen 28, 29 für den Lenkeinschlag rechts / links für die zweiten Radachsen 12, welche positive oder negative Werte annehmen kann. Aus Gründen der Schwingungsvermeidung sind hier geeignete Werte zu wählen. Unterschreitet die Druckdifferenz einen gewissen (negativen) Wert, so gibt das Steuerventil 30 einen Querschnitt zwischen den Anschlüssen R und T frei, sodass Druck in den Druckkammern 10a der Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12 abgebaut wird.
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Jedem der Steuerventile 30 ist ein Zusatzventil 34 zugeordnet, welches zwischen den Steuerventilen 30 und den Lenkzylindern 10 angeordnet und als elektrisch ansteuerbares 3/2-Wegeventil ausgestaltet ist. Einer der beiden Eingänge ist mit dem Anschluss R des Steuerventils 30 verbunden, wohingegen der andere Eingang mit dem Tank 42 verbunden ist. Der Ausgang des Zusatzventils 34 ist mit den zugeordneten Druckkammern 10a der Lenkzylinder 10 verbunden.
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Im Fehlerfall schaltet das Zusatzventil 34 die Druckkammern 10a der Lenkzylinder 10 zum Tank 42 frei. Die Diagnose „Fehlerfall“ erfolgt durch Druckgeber 52, die in den Steuerdruckleitungen 32 des Steuerventils 30 oder in den Versorgungsleitungen 26, 28, von denen die Steuerdrücke abgegriffen werden, angeordnet sind. Die durch die Druckgeber 52 erfassten Drücke werden verglichen, insbesondere durch eine Steuereinheit, und das Zusatzventil 34 entsprechend angesteuert (insbesondere durch ebenjene Steuereinheit).
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Alternativ kann der Lenkblockzylinder 18 durch einen zweiten Lenkzylinder 10 an der durch den ersten Hydraulikkreis 1 a steuerbaren ersten Radachse 11 ersetzt werden.
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In der 5 sind die drei restlichen Steuerventile 30 und die zugeordneten Zusatzventile 34 samt Hydraulikleitungen nicht dargestellt, sondern werden durch die mit dem Bezugszeichen 50 versehenen Kästen repräsentiert. Die vom zweiten (in der Zeichnung rechten) eingezeichneten Stromregler 38 abgehende Hydraulikleitung ist ebenfalls nicht vollständig gezeigt sondern in der Zeichnung abgeschnitten.
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Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung des zweiten Lenkkreises 2 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der 6 anhand eines vierten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die hydraulische Ansteuerung der Steuerventile 30 entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels (vgl. 3). Im Unterschied zu diesem wird das Hydrauliköl für den zweiten Lenkkreis 2 ebenso wie beim dritten Ausführungsbeispiel (vgl. 5) nicht konstant über Volumenstromteiler abgezweigt, sondern über je einen Stromregler bzw. ein Stromregelventil 38 zu den beiden Steuerventilen 30 geleitet. Die Stromregler 38, bei denen es sich vorliegend um 3-Wege-Stromregelventile handelt, versorgen je einen der Hydraulikkreise 1a, 1b des ersten Lenkkreises 1 über die Ventileinheiten 16a, 16b mit einem konstanten Volumenstrom. Das überschüssige Hydrauliköl wird entweder zum Tank oder zu den Steuerventilen 30 abgeleitet. Einer der Stromregler 38 ist mit der zweiten Hydraulikpumpe 22, der andere mit den ersten und dritten Hydraulikpumpen 21, 23 verbunden.
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Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht in der Ausgestaltung der Steuerventile 30. In der Neutralstellung, welche in der 6 zu sehen ist, sind die Anschlüsse R und L der Steuerventile 30, die mit den Lenkzylindern 10 der zweiten Radachsen 12 verbunden sind, direkt mit dem Tankanschluss T und somit mit dem Tank bzw. Hydrauliktank 42 verbunden, während der Druckanschluss P vom Tankanschluss T und von den Anschlüssen R und L abgetrennt ist.
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Generell ist es denkbar, dass alle Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12 nicht über zwei, sondern über ein einziges Steuerventil 30 angesteuert werden. Bezüglich des dritten Ausführungsbeispiels kann alternativ vorgesehen sein, dass nur zwei Steuerventile 30 verwendet werden, von denen ein Steuerventil 30 die ersten Druckkammern 10a aller Lenkzylinder 10 (nicht nur derjenigen auf einer Seite der zweiten Radachsen 12) und das andere Steuerventil 30 die zweiten Druckkammern 10b aller Lenkzylinder 10 steuert.
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Ebenfalls ist es vorstellbar, dass es zwei oder mehr Gruppen von zweiten Radachsen 12 gibt, wobei jede dieser Gruppen gemäß einem der oben dargestellten Ausführungsbeispiele gesteuert wird (z.B. gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit zwei Steuerventilen 30 pro Gruppe).
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In der 8 ist ein Ausführungsbeispiel mit acht lenkbaren Radachsen 11, 12, 13 gezeigt, von denen nur die vier vorderen Radachsen 11, 12 mittels des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems mechanisch mit hydraulischer Unterstützung gelenkt werden. Die vier hinteren Radachsen 13 sind ebenfalls lenkbar, allerdings nicht durch das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem. Obwohl die Bezugszeichen 11 und 12 auf die Räder zeigen, sind damit aber die gesamten Radachsen gemeint, um zu verdeutlichen, welche Radachsen 11, 12 durch welchen Lenkkreis 1, 2 gesteuert werden.
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Bei dem hier gezeigten Beispiel wird das äußerste (vordere) Paar von Radachsen 11 vom ersten Lenkkreis 1 (vorne: durchgezogener Kasten) und das innenliegende Paar von Radachsen 12 vom zweiten Lenkkreis 2 (vorne: gepunkteter Kasten) gelenkt. Die fünf vorderen Radachsen 11, 12, 13 werden ferner gegensinnig zu den drei hinteren Radachsen 13 gelenkt.
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Alternativ zu dem in der 8 gezeigten Ausführungsbeispiel, könnten auch die ersten beiden Radachsen (durchgezogener Kasten) über den zweiten Lenkkreis 2 und die weiter innen angeordneten Radachsen (gepunkteter Kasten) über den ersten Lenkkreis 1 gelenkt werden. In diesem Fall würde der im zur Verfügung stellbaren Volumenstrom begrenzte erste Lenkkreis 1 somit die inneren Radachsen 11 mit geringerem Lenkeinschlag lenken, welche eine geringere Menge Hydrauliköl benötigen als die durch den zweiten Lenkkreis 2 gelenkten äußeren Radachsen 12.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass alle acht Radachsen mittels des erfindungsgemäßen hydraulischen Lenksystems lenkbar sind. Hierbei kann auch eine andere Aufteilung vorgesehen sein. So ist es beispielsweise denkbar, dass die vordersten beiden Radachsen (durchgezogener Kasten) mittels des ersten Lenkkreises 1 gelenkt werden, während alle anderen Radachsen über den zweiten Lenkkreis 2 gesteuert werden. Auch eine Steuerung der (von links nach rechts) ersten beiden und der fünften und sechsten Radachsen mittels des ersten Lenkkreises 1 ist möglich, ebenso wie beliebige andere Aufteilungen.
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Bei der dritten Hydraulikpumpe 23 handelt es sich insbesondere um eine radgetriebene Notlenkpumpe, welche derart ausgelegt ist, dass bei einem Ausfall einer oder aller weiteren Hydraulikpumpen 21, 22 oder der Motoreinheit 40 die Lenkung der ersten und zweiten Radachsen 11, 12 sichergestellt wird (Notlenkung).
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Die erfindungsgemäße Aufteilung in zwei Lenkkreise 1, 2 mit jeweils mehreren Hydraulikkreisen 1a, 1b, 2a, 2b bietet auch Vorteile hinsichtlich auftretender Fehler. So ist das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem insbesondere ausgelegt, auch beim Auftreten eines Einfachfehlers sicher zumindest zeitweise den Lenkbetrieb aufrechtzuerhalten. Fällt beispielsweise einer der beiden Hydraulikkreise 1 a, 1 b des ersten Lenkkreises 1 aus, so kann der jeweils andere Hydraulikkreis 1b, 1a den Lenkbetrieb weiter aufrechterhalten. Dasselbe gilt für die beiden Hydraulikkreise 2a, 2b des zweiten Lenkkreises 2.
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Falls zwischen dem defekten Steuerventil 30 und den diesem zugeordneten Lenkzylindern 10 ein Ölvolumen eingespannt ist, weil das Steuerventil 30 in einer gänzlich oder teilweise geschlossenen Schaltstellung klemmt, kann das Ölvolumen über die Druckabsicherung durch die Druckbegrenzungsventile entspannt werden (insbesondere ab 150 bar).
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Das Lenkgestänge muss für diesen Fall auf den eingestellten maximalen Lenkdruck (z.B. 150 bar) ausgelegt sein.
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Diese Einzelfallüberlegung gilt insbesondere ebenso für den isoliert betrachteten zweiten Lenkkreis 2. Tritt beispielsweise bei einem der Steuerventile 30 ein Fehler auf (z.B. hängt es fest), so bleibt es geöffnet. Das zugeordnete Druckbegrenzungsventil 36 ist weiter funktionsfähig und begrenzt den maximalen Druck. Bei Änderung der Stellung des Lenkrads 4 arbeitet das andere Steuerventil 30 normal und liefert Hydrauliköl an die zugeordneten Lenkzylinder 10 der zweiten Radachsen 12. Die korrekt angesteuerten Lenkzylinder 10 versuchen, den gewünschten Einschlag der Räder der zweiten Radachsen 12 herzustellen. Das System ist nun vorzugsweise so ausgelegt, dass die Kraft dieser korrekt angesteuerten Lenkzylinder 10 ausreicht, um die durch das fehlerhafte Steuerventil 30 mit einem falschen Druck beaufschlagten Lenkzylinder 10 zu überdrücken und den gewünschten Lenkeinschlag herzustellen.
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Diese Überlegungen gelten selbstverständlich auch für Fälle mit mehr als zwei Steuerventilen (z.B. gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel).
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Jedes Steuerventil 30 steuert insbesondere einen eigenen Hydraulikkreis 2a, 2b des zweiten Lenkkreises 2. Daher kann davon gesprochen werden, dass auch der zweite Lenkkreis 2 in mehrere Hydraulikkreise 2a, 2b, insbesondere mehrere unabhängig bzw. separat steuerbare Hydraulikkreise 2a, 2b, unterteilt ist. Es sind also insbesondere zwei getrennte Lenkkreise 1, 2 mit jeweils zwei getrennten Hydraulikkreisen 1a, 1b, 2a, 2b vorgesehen. Ein erster Hydraulikkreis 2a des zweiten Lenkkreises 2 kann an die Steuerung eines ersten Hydraulikkreises 1a des ersten Lenkkreises 1 angepasst bzw. dieser nachgeführt sein, wie dies in der 3 gezeigt ist. Analog ein zweiter Hydraulikkreis 2b des zweiten Lenkkreises 2 und ein zweiter Hydraulikkreis 1b des ersten Lenkkreises 1. Alternativ können alle Hydraulikkreise 2a, 2b des zweiten Lenkkreises 2 gemeinsam an die Steuerung eines Hydraulikkreises 1a, 1b oder aller Hydraulikkreise 1a, 1b des ersten Lenkkreis 1 angepasst bzw. diesem / diesen nachgeführt sein. Ebenfalls ist es denkbar, dass die Steuerungen der einzelnen Hydraulikkreise 2a, 2b des zweiten Lenkkreises 2 jeweils an die Steuerung aller Hydraulikkreise 1a, 1b des ersten Lenkkreises 1 angepasst bzw. diesen nachgeführt sind.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem eignet sich für die Lenkung von schnellfahrenden Arbeitsmaschinen und kann insbesondere bei einem mobilen Kran bzw. All-Terrain-Kran zum Einsatz kommen, der im öffentlichen Straßenverkehr unterwegs ist. Dieser Kran kann sieben oder mehr Radachsen aufweisen, von denen mindestens drei mechanisch mit hydraulischer Unterstützung lenkbar sind
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Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Lenkrad 4 für die Rückmeldung an den Fahrer mechanisch mit dem Lenkgestänge 5, 6 verbunden ist. Dies ermöglicht die Rückmeldung über das Lenkverhalten an den Fahrer.
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Das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem kann zusätzlich einen, zwei oder mehrere zusätzliche Hydraulikkreise umfassen, die unabhängig von den beiden Lenkkreisen 1, 2 eine, zwei oder mehrere weitere Radachsen lenken. Jeder der weiteren Hydraulikkreise kann mindestens ein zusätzliches Ventil aufweisen. Diese zusätzlichen Ventile können über Drücke angesteuert werden, die in den Arbeitsleitungen bzw. Versorgungsleitungen des ersten Lenkkreises 1 gemessen und/oder abgegriffen werden. Diese Drücke sind abhängig vom Lenkmoment des Lenkrads 4. Das Lenkrad 4 hat einen größeren Winkel als der Ausgang des Lenkgetriebes. In letzterem verdreht sich aufgrund des Lenkmoments eine Welle. Diese Verdrehung (Torsion) kann im Bereich von einigen Grad (z.B. im Bereich von 7°) liegen und steuert die hydraulische Ansteuerung der Lenkzylinder 10.
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Die Lenkung ist vorzugsweise für Achslasten bis 40 t oder mehr ausgelegt. Diese kann sie vorzugsweise ab 2 km/h sicher lenken. Der Einsatz im Straßenbetrieb bleibt im Bereich von 12 t Last pro Radachse gemäß den gesetzlichen Vorgaben.
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Ebenfalls ist eine Lenkung eines kleineren Fahrzeugs bzw. Krans mit 3 Radachsen oder mehr möglich. Die hydraulische Ansteuerung wird hierbei angepasst und die hinteren Achsen können derart gelenkt werden, dass sie gegensinnig einschlagen. Alle lenkbaren Radachsen würden hierbei vorzugsweise über das erfindungsgemäße hydraulische Lenksystem gesteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erster Lenkkreis
- 1a
- Erster Hydraulikkreis
- 1b
- Zweiter Hydraulikkreis
- 2
- Zweiter Lenkkreis
- 2a
- Erster Hydraulikkreis
- 2b
- Zweiter Hydraulikkreis
- 3
- Mechanische Lenkvorrichtung
- 4
- Steuerelement (Lenkrad)
- 5
- Lenkstange
- 6
- Lenkhebel
- 7
- Spurstange
- 8
- Lenkhebel
- 9
- Radachse
- 10
- Lenkzylinder
- 10a
- erste Druckkammer
- 10b
- Zweite Druckkammer
- 11
- Erste Radachse
- 12
- Zweite Radachse
- 13
- Radachse (anderweitig gelenkt)
- 14
- Lenkblock
- 16
- Lenkblockventil
- 16a
- Erste Ventileinheit
- 16b
- Zweite Ventileinheit
- 18
- Lenkblockzylinder
- 21
- Erste Hydraulikpumpe
- 22
- Zweite Hydraulikpumpe
- 23
- Dritte Hydraulikpumpe
- 24
- Volumenstromteiler
- 26
- Versorgungsleitung
- 27
- Versorgungsleitung
- 28
- Versorgungsleitung
- 29
- Versorgungsleitung
- 30
- Steuerventil
- 32
- Steuerdruckleitung
- 34
- Zusatzventil
- 36
- Druckbegrenzungsventil
- 38
- Stromregler
- 40
- Motor
- 42
- Tank
- 44
- Drossel
- 50
- Ventilanordnung
- 52
- Drucksensor
- 60
- Lenkzentrum
- 61
- Verlängerung der Drehachse
- 62
- Längsachse des Fahrzeugs
- 64
- Senkrechte auf die Längsachse
- L
- Anschluss für Linkseinschlag
- P
- Druckanschluss
- R
- Anschluss für Rechtseinschlag
- T
- Tankanschluss
