DE10224865C1 - Hydrostatische Lenkung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lenkung eines Kraftfahrzeuges, die eine hydraulische Antriebseinheit aus zwei annähernd quer zur Fahrtrichtung und parallel zueinander angeordneten Zylinder-Kolbeneinheiten mit zweiseitigen, an ihren Enden miteinander mittels Verbindungsflanschen verbundenen Kolbenstangen sowie beiseitig jeweils ein Lenkdreieck umfasst, wobei die Zylinder der Zylinder-Kolbeneinheiten am Fahrzeugaufbau befestigt sind. Dazu ist zwischen den Verbindungsflanschen zusätzlich eine Traverse angeordnet, die mit den Kolbenstangen der Zylinder-Kolbeneinheiten einen steifen Rahmen bildet. Die Traverse ist zumindest annähernd parallel zu den Kolbenstangen der Zylinder-Kolbeneinheiten ausgerichtet. Außerdem steht die Traverse zumindest einseitig stegförmig über die durch die Mittellinien der Zylinder-Kolbeneinheiten aufgespannten Ebene über. DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung wird eine hydraulische Lenkung mit zwei Zylinder-Kolbeneinheiten entwickelt, bei der die Lage der Spurstangenabgriffe variabel ist. Außerdem sind die Kolbenstangen biegemomentfrei.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lenkung eines Kraftfahrzeuges, die eine hydraulische Antriebseinheit aus zwei annähernd quer zur Fahrtrichtung und parallel zueinander angeordneten Zylinder-Kolbeneinheiten mit zweiseitigen, an ih­ ren Enden miteinander mittels Verbindungsflanschen verbundenen Kolbenstangen sowie beidseitig jeweils ein, ein Rad mit der Antriebseinheit gelenkig verbindendes Lenkdreieck umfasst, wo­ bei die Zylinder der Zylinder-Kolbeneinheiten am Fahrzeugauf­ bau befestigt sind und die der Antriebseinheit näherliegenden Getriebeglieder Spurstangen sind.

Hydrostatische Lenkungen setzen die lineare Bewegung eines Kolbens innerhalb eines Zylinders mittels beidseitiger Lenkge­ triebe in eine Schwenkbewegung der Räder einer Achse um. Um den Kolben zu bewegen, sind beide vom Kolben begrenzte Ver­ drängungsräume im Zylinder mittels Hydraulikleitungen und Absperr- und Steuerorganen an eine Druckquelle und eine Druck­ senke angeschlossen. Um das Lenkspiel zu minimieren, werden häufig zwei parallel zueinander angeordnete Zylinder-Kolben­ einheiten eingesetzt, die z. B. hydraulisch gegeneinander ver­ spannt werden.

Aus der DE 101 01 827 A1 ist eine derartige Anordnung einer Lenkantriebseinheit bekannt. Die beidseitigen Spurstangenab­ griffe fluchten mit einer Kolbenstange, um Verformungen dieser Kolbenstange zu verhindern. Eine derartige Antriebseinheit er­ laubt keine Variationen der Lage der Zylinder-Kolbeneinheiten und der Lenkkinematik.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, eine hydraulische Lenkung mit zwei Zylinder-Kolben­ einheiten zu entwickeln, bei der die Lage der Spurstangenab­ griffe variabel ist. Auch sollen die Kolbenstangen biegemo­ mentfrei sein.

Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspru­ ches gelöst. Dazu ist zwischen den Verbindungsflanschen zu­ sätzlich eine Traverse angeordnet, die mit den Kolbenstangen der Zylinder-Kolbeneinheiten einen steifen Rahmen bildet. Die Traverse ist zumindest annähernd parallel zu den Kolbenstangen der Zylinder-Kolbeneinheiten ausgerichtet. Außerdem steht die Traverse zumindest einseitig stegförmig über die durch die Mittellinien der Zylinder-Kolbeneinheiten aufgespannten Ebene über. Die Abgriffsorte der Spurstangen sind an der Antriebs­ einheit außerhalb der Kolbenstangen angeordnet.

Die Spurstangenabgriffe sind an der Antriebseinheit außerhalb der Kolbenstangen angeordnet. Sie liegen entweder auf den Ver­ bindungsflanschen oder auf der Traverse. Die Abgriffe können somit z. B. seitlich an den Verbindungsflanschen angeordnet sein, als Mittenabgriffe ausgeführt sein oder zwischen diesen beiden Extrema liegen. Auch kann ihre Höhenlage in bezug auf die Ebene, die durch die beiden Mittelachsen der Zylinder-Kol­ beneinheiten aufgespannt wird, je nach den Anforderungen des Bauraumes und der Kinematik variiert werden.

Die Traverse zwischen den beidseitigen Verbindungsflanschen verhindert eine Biegung der Verbindungsflansche bei einer Lage der Spurstangenabgriffe außerhalb der Mittellinien der Zylin­ der-Kolbeneinheiten, indem sie die beiden Verbindungsteile ge­ geneinander verwindungssteif abstützt. Die Traverse kann hier­ bei z. B. ein Diagonalverband, ein Blech, ein I-Träger etc. sein.

Diese gegenseitige Abstützung der Verbindungsflansche bewirkt, dass durch eine Spurstange, deren Abgriff außerhalb der Kol­ benstange angeordnet ist, keine Biegemomente auf die Kolben­ stangen ausgeübt werden.

Die Spurstangenabgriffsorte und die Traverse können in Fahrt­ richtung vor, hinter oder zwischen den Zylinder-Kolbeneinhei­ ten angeordnet sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schema­ tisch dargestellten Ausführungsform.

Fig. 1 zentrale Komponenten einer hydrostatischen Lenkung;

Fig. 2 Draufsicht zu Fig. 1;

Fig. 3 Seitenansicht zu Fig. 1;

Fig. 4 Stirnansicht zu Fig. 1.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen die zentralen Komponenten einer hydrostatischen Lenkung. Die hydrostatische Lenkung umfasst eine Antriebseinheit aus zwei parallel zueinander angeordne­ ten, z. B. identischen Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) mit jeweils einer zweiseitigen Kolbenstange (13, 23). Die Zylin­ der (12, 22) der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) sind quer zur Fahrtrichtung in Fahrzeugmitte am hier nicht dargestellten Fahrzeugaufbau befestigt. Die beiden Kolbenstangen (13, 23) sind an ihren beiden Stirnenden mittels Verbindungsflan­ schen (30, 40) miteinander verbunden. Zwischen diesen Verbin­ dungsflanschen (30, 40) ist eine Traverse (50) angeordnet, an der Spurstangen (60, 70) gelenkig befestigt sind. Letztere sind über hier nicht dargestellte Spurhebel mit den gelenkten Rädern des Fahrzeuges verbunden. Die Spurstangen (60, 70) und die Spurhebel bilden pro Fahrzeugseite ein Lenkdreieck, das mittels der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) angetrieben wird.

Die beiden Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) sind doppeltwir­ kend und im Betrieb z. B. hydraulisch gegeneinander verspannt. Hierfür haben die Zylinder (12, 22) der Zylinder-Kolbeneinhei­ ten (10, 20) in der Nähe ihrer Stirnseiten jeweils einen Hyd­ raulikanschluss. Durch die gegenseitige Verspannung ist die Antriebseinheit der Lenkung in diesem Bereich spielfrei.

Der Außendurchmesser der Zylinder (12, 22) beträgt z. B. etwa 25% ihrer Länge. Die zweiseitigen Kolbenstangen (13, 23) haben im Ausführungsbeispiel etwa die doppelte Länge der Zylin­ der (12, 22). Sie stehen z. B. bei Geradeausstellung der Räder auf beiden Fahrzeugseiten z. B. um die Hälfte der Zylinderlänge über. Der Durchmesser der zylindrischen Kolbenstangen (13, 23) beträgt beispielsweise die Hälfte des Außendurchmessers der Zylinder (12, 22). Die Enden der Kolbenstangen (13, 23) sind z. B. als Vierkante (14, 24) ausgebildet. Der Abstand der Mit­ tellinien (15, 25) der beiden Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) zueinander beträgt hier etwa 125% des Durchmessers eines Zylinders (12, 22).

Die Kolbenstangen (13, 23) der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) werden z. B. mit den Vierkanten (14, 24) in Kolbenstangen­ aufnahmen (31, 41) der Verbindungsflansche (30, 40) einge­ setzt. Die Kolbenstangenaufnahmen (31, 41) sind beispielsweise eng tolerierte Ausfräsungen, die die jeweilige Kolben­ stange (13, 23) beispielsweise auf zwei Seiten anliegend um­ greifen. Die Kolbenstangenaufnahmen (31, 41) werden z. B. auf ihrer Unterseite durch Schellenstücke (47) verschlossen. Die Materialstärke der Verbindungsflansche (30, 40) quer zur Fahrtrichtung beträgt z. B. etwa 130% der Durchmesser der ein­ zelnen Kolbenstange (13, 23). Die Länge des einzelnen Verbin­ dungsflansches (30, 40) in Fahrtrichtung beträgt hier etwa das Fünfeinhalbfache des Durchmessers der einzelnen Kolben­ stange (13, 23), die Höhe im Bereich der Kolbenstangenauf­ nahme (31, 41) beispielsweise etwa das doppelte des Durchmes­ sers der einzelnen Kolbenstange (13, 23). Somit beträgt die Wandstärke des einzelnen Verbindungsflansches (30, 40) im Be­ reich der einzelnen Kolbenstangenaufnahme (13, 23) mindestens die Hälfte des Kolbenstangendurchmessers.

Beispielsweise im Abstand etwa eines Kolbenstangendurchmessers oberhalb der Kolbenstangen (13, 23) weisen die Verbindungs­ flansche (30, 40) z. B. mittig angeformte Auskragungen (32, 42) auf. Diese stehen etwa um die Materialstärke der Verbindungs­ flansche (30, 40) nach innen, also zueinander gerichtet, über. Die Materialstärke der Auskragungen (32, 42) in Fahrtrichtung beträgt z. B. etwa 80% des Durchmessers einer Kolbenstange (13, 23). In diesen Auskragungen (32, 42) befinden sich Bohrun­ gen (33, 43) zur Befestigung der Spurstangengelenke (61, 71).

Die Spurstangengelenke (61, 71) sind beispielsweise wartungs­ freie Winkelgelenke. Diese werden z. B. mit einem Passkegel, der an seinem Ende ein Gewinde (62, 72) trägt, in die Bohrun­ gen (33, 43) eingesetzt und mit einer Sechskantmutter (63, 73) gesichert. Diese Winkelgelenke (61, 71) lassen sowohl Schwenk­ bewegungen als auch Quer- und Längsausschläge zu. Das spur­ stangenseitige Gelenkgehäuse (65, 75) ist beispielsweise in die Spurstange (60, 70) eingeschraubt. Die Länge der Spur­ stange (60, 70) wird z. B. nach dem Lösen einer Klemmvorrich­ tung (64, 74) eingestellt. Die Spurstangengelenke (61, 71) sind beispielsweise mit Faltenbälgen geschützt.

Die Spurstangengelenke (61, 71) können beispielsweise auch als Axial- oder Augengelenke ausgeführt sein.

Zwischen den beiden Verbindungsflanschen (30, 40) liegt die Traverse (50). Dies ist z. B. ein plattenartiges Bauteil, des­ sen Materialstärke etwa der Hälfte eines Kolbenstangendurch­ messers entspricht. An die Verbindungsflanschen (30, 40) ist die Traverse (50) mit ihren beiden Enden z. B. angeformt. Hier­ bei ist die Traverse (50) an ihrer Unterseite z. B. bündig mit den Verbindungsflanschen (30, 40), ihre Oberseite geht z. B. tangential beidseitig in die Auskragungen (32, 42) über. Die Traverse (50) steht dabei beispielsweise normal zu der Ebene, die durch die Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kolbeneinhei­ ten (10, 20) aufgespannt wird, z. B. beidseitig stegartig über diese über. In der Höhe gesehen mittig in der Traverse (50) sind beispielsweise sechs Durchbrüche (59) längs der Tra­ verse (50) angeordnet. Der Durchmesser des einzelnen Durch­ bruchs (59) beträgt z. B. etwa 130% des Kolbenstangendurchmes­ sers, der Abstand der einzelnen Durchbrüche (59) entspricht hier dem doppelten Durchmesser einer Kolbenstange (13, 23).

Nach der Montage der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) in die Einheit aus den Verbindungsflanschen (30, 40) und der Tra­ verse (50) liegen die Kolbenstangen (13, 23) verdrehsicher in den durch die Schellenstücke (47) gesicherten Kolbenstangen­ aufnahmen (31, 41). Die Kolbenstangen (13, 23), die Verbin­ dungsflansche (30, 40) und die Traverse (50) bilden zusammen einen geschlossenen, steifen Rahmen (13, 23, 30, 40, 50).

Die Spurstangen (60, 70) mit den z. B. aufgeschraubten Spur­ stangengelenken (61, 71) werden in die Bohrungen (33, 43) der Auskragungen (32, 42) eingesetzt und mittels der Muttern (63, 73) gesichert. Die Bohrungen (33, 43) bilden nun die Spurstan­ genabgriffsorte.

Die Spurstangen (60, 70) liegen nun beispielsweise seitlich der Traverse (50) und im Abstand von z. B. zwei Kolbenstangen­ durchmessern oberhalb der Ebene, die durch die Mittelli­ nien (15, 25) der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) aufge­ spannt wird. Mit der Normalenebene zu den Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) schließen sie im Ausführungsbeispiel einen Winkel von 5° ein. Hierbei weist die einzelne Spurstange (60, 70) beispielsweise nach außen und in Fahrtrichtung nach hinten.

Beim Lenken des Fahrzeuges werden die beiden auf den Kolben­ stangen (13, 23) angeordneten Kolben innerhalb der Zylin­ der (12, 22) gleichsinnig um denselben Betrag in axialer Rich­ tung versetzt. Die Kolbenstangen (13, 23) fahren nun bei­ spielsweise auf der linken Fahrzeugseite aus dem Zylinder (12, 22) aus, während sie auf der rechten Seite um den gleichen Be­ trag eingefahren werden. Zusammen mit den Kolbenstangen (13, 23) werden die Verbindungsflansche (30, 40), die Traverse (50) und die Spurstangengelenke (61, 71) seitlich gegenüber den am Fahrzeugboden fixierten Zylindern (12, 22) versetzt. Die Räder werden mittels des Lenkdreiecks geschwenkt. Hierbei bestimmt der maximale Hub der Kolbenstangen (13, 23) beispielsweise die maximalen Lenkwinkel.

Bei einer Lenkbewegung werden die Spurstangen (60, 70) um die Spurstangengelenke (61, 71) geschwenkt. Gleichzeitig tritt bei Kurvenfahrten eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus auf, der zu einem Einfedern der kurvenäußeren und einem Ausfedern der kurveninneren Räder führt. Hierdurch ändert sich zusätzlich der Winkel, den die einzelne Spurstange mit der Normalenebene der Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) einschließt.

Seitenkräfte, die z. B. bei einer Kurvenfahrt auf die Räder wirken, werden über die Spurhebel auf die Spurstangen (60, 70) übertragen. In den Spurstangen (60, 70) wirken sie beispiels­ weise als einwertige Zug- oder Druckkräfte. Diese Kräfte wer­ den über die Spurstangengelenke (61, 71) auf die Auskragun­ gen (32, 42) übertragen.

Die beispielsweise auf den linken Spurstangenabgriff (43), vgl. Fig. 2, wirkende Kraft wirkt als Kippmoment mit dem He­ belarm des Abstandes des Spurstangenabgriffsortes (43) zur Ebene, die durch die Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kol­ beneinheiten (10, 20) aufgespannt wird. Gleichzeitig wird diese Kraft aber über die Traverse (50) auf den gegenüberlie­ genden Verbindungsflansch (30) geleitet. Ein Verkippen der Verbindungsflansche (30, 40) wird so verhindert. Es treten so­ mit keine freien Momente auf, die über die Kolbenstangen (13, 23) aufzunehmen wären.

Je nach Lenkwinkel, Wankzustand, Seitenkräfte etc. kann die einzelne Spurstange (60, 70) unterschiedliche Winkel zur Nor­ malenebene der Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kolbenein­ heiten (10, 20) einnehmen. Ist der von der einzelnen Spur­ stange (60, 70) und der Ebene eingeschlossene Winkel kleiner als etwa 45°, wird der größere Anteil der über die jeweilige Spurstange (60, 70) übertragenen Kraft über die Traverse (50) aufgenommen. So kann auch bei der höchstbelasteten Spur­ stange (60, 70) ein schädliches Biegemoment auf die Kolben­ stangen (13, 23) vermieden werden. Zu dieser Kraftrichtung quer orientierte Kräfte werden über die breite Basis der bei­ den Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20), die ein hohes Wider­ standsmoment gegen Biegung hat, abgestützt.

Die Traverse (50) vermindert auch die Biegemomente auf die Verbindungsflansche (30, 40) in den Ebenen parallel zu der Ebenen der Mittellinien (15, 25). Ggf. kann hierfür eine zu­ sätzliche Querversteifung an den Verbindungsflanschen (30, 40) angeformt sein. Auch wird eine Biegung der Verbindungsflan­ sche (30, 40) in den Ebenen parallel zur Traverse (50) verhin­ dert.

Die Traverse (50) kann auch mehrteilig ausgeführt sein. So kann ein Teil z. B. als Diagonalverband ausgebildet sein, des­ sen Schenkel miteinander gelenkig oder fest verbunden sind. Ein weiteres Traversenteil verbindet dann beispielsweise steg­ artig die Verbindungsflansche (30, 40) außerhalb der Ebene, die durch die Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kolbeneinhei­ ten (10, 20) aufgespannt wird.

Bezugszeichenliste

10

,

20

Zylinder-Kolbeneinheiten

12

,

22

Zylinder

13

,

23

Kolbenstangen

14

,

24

Vierkante

15

,

25

Mittellinien

30

,

40

Verbindungsflansche

31

,

41

Kolbenstangenaufnahmen

32

,

42

Auskragungen

33

,

43

Spurstangenabgriffsorte, Bohrungen

47

Schellenstücke

50

Traverse

59

Durchbrüche

60

,

70

Spurstangen

61

,

71

Spurstangengelenke, Winkelgelenke

62

,

72

Gewinde

63

,

73

Sechskantmuttern

64

,

74

Klemmvorrichtungen

65

,

75

Gelenkgehäuse

66

,

76

Spurstangengelenke

Claims (6)

1. Hydrostatische Lenkung eines Kraftfahrzeuges, die eine hyd­ raulische Antriebseinheit aus zwei annähernd quer zur Fahrt­ richtung und parallel zueinander angeordneten Zylinder-Kolben­ einheiten mit zweiseitigen, an ihren Enden miteinander mittels Verbindungsflanschen verbundenen Kolbenstangen sowie beidsei­ tig jeweils ein, ein Rad mit der Antriebseinheit gelenkig ver­ bindendes Lenkdreieck umfasst, wobei die Zylinder der Zylin­ der-Kolbeneinheiten am Fahrzeugaufbau befestigt sind und die der Antriebseinheit näherliegenden Getriebeglieder Spurstangen sind, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Verbindungsflanschen (30, 40) zusätzlich eine Traverse (50) angeordnet ist, die mit den Kolbenstan­ gen (13, 23) der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) einen steifen Rahmen (13, 23, 30, 40, 50) bildet,
dass die Traverse (50) zumindest annähernd parallel zu den Kolbenstangen (13, 23) der Zylinder-Kolbeneinheiten (10, 20) ausgerichtet ist,
dass die Traverse (50) zumindest einseitig stegförmig über die durch die Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kolbenein­ heiten (10, 20) aufgespannten Ebene übersteht, und
dass die Abgriffsorte (33, 43) der Spurstangen (60, 70) an der Antriebseinheit außerhalb der Kolbenstangen (13, 23) angeordnet sind.

2. Hydrostatische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Spurstangenabgriffsorte (33, 43) mit der Traverse (50) fluchten.

3. Hydrostatische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Spurstangenabgriffsorte (33, 43) mindestens um einen Kolbenstangendurchmesser oberhalb der Ebene liegen, die durch die Mittellinien (15, 25) der Zylinder-Kolbeneinhei­ ten (10, 20) aufgespannt wird.

4. Hydrostatische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Abstand der beiden Spurstangenabgriff­ sorte (33, 43) voneinander kürzer ist als die Länge einer Zy­ linder-Kolbeneinheit (10, 20).

5. Hydrostatische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Traverse (50) normal zu der Ebene ausge­ richtet ist, die durch die Mittellinien (15, 25) der Zylinder- Kolbeneinheiten (10, 20) aufgespannt wird.

6. Hydrostatische Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Traverse (50) ein plattenartiges Bauteil mit quer zu ihrer Hochachse orientierten Durchbrüchen (59) ist.