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Hilfskraftlenkanordnung mit unterteilter Lenkspindel für Kraftfahrzeuge,
insbesondere für selbstfahrende Bagger, Krane od. dgl. Die Erfindung bezieht sich
auf eine Lenkanordnung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für selbstfahrende Bagger,
Krane od. dgl., mit unterteilter Lenkspindel, deren vorzugsweise über Steilgewinde
ineinandergreifende Teile bei Überschreiten eines bestimmten Lenkdrehmomentes sich
axial oder radial gegeneinander verstellen und dadurch Ventile für einen hydraulischen
Servomotor für die Lenkung steuern.
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Bei selbstfahrenden Baggern, Kranen od. dgl. ist meist außer dem Fahrersitz
auch noch ein Führerstand vorgesehen, von dem aus der Führer im Arbeitseinsatz,
z. B. auf der Baustelle, das Arbeitsgerät bedient. Dabei sitzt meist der Führer
mit dem Rücken zur Vorwärtsfahrtrichtung. Diese Arbeitsfahrzeuge müssen aber auch
von der Baustelle versetzt werden und infolgedessen lenkbar sein. Die Erfindung
hat daher zur Aufgabe, auch vom Führerstand aus das vorhandene Lenkgetriebe steuern
zu können, z. B. mit einem Steuerknüppel. Zu diesem Zweck ist gemäß einem wesentlichen
Merkmal der Erfindung zwischen dem das Ende des Lenkrohres umgebenden Gehäuse und
dem Gehäuse des Lenkgetriebes ein zusätzliches Steueraggregat eingeschaltet, das
mittels mechanischen oder mit Druckluft betriebenen Antriebs durch unmittelbare
Einwirkung auf das axial und/oder radial verstellbare Lenkrohr die Ventile des Servomotors
beeinflußt.
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Für den mechanischen Antrieb des Steueraggregates kann gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ein Kegeltrieb vorgesehen sein, dessen getriebenes
Kegelrad, gegen Axialbewegung gesichert, drehbar in dem Aggregatgehäuse gelagert
ist, das Lenkrohr umgibt und mit dem Lenkrohr durch ein Keilwellenprofil verbunden
ist.
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Für den Druckluftantrieb des Steueraggregates kann gemäß einer anderen
Ausführungsform der Erfindung das Ende des Lenkrohres mit einem Ringflansch od.
dgl. versehen sein, auf dessen beiden Seiten je ein das Lenkrohr umgebender Ringkolben
angeordnet ist, deren Druckräume an ein von Hand bedienbares Druckluftventil angeschlossen
sind, um das Lenkrohr wahlweise in einer der beiden Richtungen axial zu verschieben.
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Die Erfindung richtet sich auch auf die besondere Ausgestaltung eines
Druckluftventils zum Bedienen des Steueraggregates.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und
zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der Hauptteile einer Servolenkung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Steueraggregat nach der Erfindung, Fig. 3 einen
Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Steueraggregates nach der Erfindung
und Fig. 4 eine Ansicht eines Druckluftventils, zur Hälfte im Schnitt.
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Fig. 1 zeigt die wichtigsten Teile einer hydraulischen Servolenkung,
bei der das die Steuereinrichtung aufnehmende Gehäuse 1 die Lenkspindel umgibt.
Die Steuereinrichtung könnte aber auch in einem besonderen Gehäuse untergebracht
sein, das an dem die Lenkspindel umgebenden Gehäuse sitzt. Die Lenkspindel ist unterteilt
und besteht aus einem Lenkrohr 2 und einer Lenkspindel 3. Lenkrohr 2 und Lenkspindel
3 greifen über ein Steilgewinde 4 ineinander. Das Lenkrohr 2 ist axial verschiebbar
und drehbar gelagert. Zwischen Gehäuse 1 und Lenkrohr 2 ist eine Drehmomentwaage
eingeschaltet, die eine axiale Verschie-bung des Lenkrohres 2 nur dann zuläßt, wenn
das durch das Lenkrohr 2 zu übertragende Drehmoment einen bestimmten Betrag überschreitet.
Die Lenkspindel 3 ist gegen axiale Bewegung gesichert.
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Mit dem Lenkrohr sind Hohlkolben der hydraulischen Steuereinrichtung
verbunden, die den Durchtritt des Öles beeinflussen. Die hydraulische Steuereinrichtung
besitzt einen von einer Pumpe 5 kommenden Zulauf 6; ferner einen Rücklauf 7 zu einem
Sammelbehälter 8; ferner zwei Leitungen 9 und 10, die zu den beiden Arbeitsräumen
eines Arbeitszylinders 11 führen, dessen Kolben 12 auf den Lenkstockhebel der zu
lenkenden Fahrzeugräder einwirken kann.
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Die Lenkspindel 3 bildet einen Teil des eigentlichen Lenkgetriebes,
das in Fig. 1 nicht.näher dargestellt
ist. Das Lenkgetriebe ist
vorzugsweise ein Kugelumlaufgetriebe.
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Zwischen dem das Lenkrohr 2 umgebenden Gehäuse 1 und dem Lenkgetriebegehäuse
ist ein Steueraggregat eingeschaltet, dessen erste Ausführungsform in Fig. 2 veranschaulicht
ist. Das Steueraggregat besitzt ein Gehäuse 13, in das das verlängerte Ende 14 des
Lenkrohres hineinragt. Bei dieser Ausführungsform ist das verlängerte Ende 14 des
Lenkrohres 2 mit dem Muttergewinde 15 des Steilgewindes 4 ausgerüstet. Das Lenkrohr
ist von zwei Ringkolben 16 und 16' mit Spiel umgeben, die in dem Gehäuse 13 des
Steueraggregates axial verschiebbar geführt sind. Zwischen die beiden Ringkolben
16 und 16' ragt ein Ringflansch 17 des verlängerten Endes 14 des Lenkrohres 2. Der
Ringflansch 17 stützt sich beidseitig unter Zwischenschaltung von Rollendrucklagern
18 und 18' an den einander zugekehrten Seiten der Ringkolben 16 und 16' ab. Auf
den einander abgekehrten Seiten der Ringkolben 16 und 16' sind Arbeitsräume 19 und
19' vorgesehen, in die über Anschlüsse 20 und 20' Druckluft ein- bzw. ausgelassen
werden kann.
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In dem Gehäuse 13 ist ferner noch ein Axiallager für die Lenkspindel
3 angeordnet. Zu diesem Zweck ist die Lenkspindel 3 mit einem Ringflansch 21 ausgerüstet,
der sich in beiden Axialrichtungen über je ein Walzenlager 22 bzw. 22' am Gehäuse
13 bzw. am Getriebegehäuse 23 abstützt.
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Der Zentrierung des Endes des Lenkrohres 2 dient ein Nadellager 24,
dessen äußerer Laufring in dem Gehäuse 13 axial unverschieblich angeordnet ist.
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Die Druckluftleitungen 20 und 20' führen über ein in Fig. 4 dargestelltes
und später beschriebenes Druckluftventil zu einem Druckluftbehälter. Je nach Stellung
des Luftdruckventils wird entweder die Leitung 20 oder die Leitung 20' an den Druckluftbehälter
angeschlossen, während die andere Leitung geöffnet wird. Das Druckluftventil hat
auch eine Ausschaltstellung, in der beide Leitungen 20 und 20' abgeschaltet und
mit der Außenluft verbunden sind.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Im Normalfall steht
das von Hand bedienbare Druckluftventil in der Ausschaltstellung. Die Lenkung wird
ausschließlich von dem auf dem Ende des Lenkrohres sitzenden Handrad aus bedient.
Die Lenkung arbeitet mechanisch-hydraulisch, je nach Größe der Radreaktion. Bei
Überschreiten einer bestimmten Radreaktion bewegt sich das Lenkrohr in axialer Richtung
und steuert dabei die in dem Gehäuse 1 angeordneten Ventile der hydraulischen Lenkhilfe.
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Handelt es sich bei dem Fahrzeug um einen Autokran, einem Autobagger
oder ein ähnliches Fahrzeug, dessen Werkzeuge von einem besonderen Führerstand aus
bedient werden sollen, dann ist der betreffende Führerstand mit einem beispielsweise
von Hand über einen Steuerknüppel bedienbaren Druckluftventil ausgerüstet. Soll
die Lenkung von diesem Führerstand aus und nicht mehr von dem Sitz des Fahrzeugfahrers
aus gelenkt werden, dann wird zunächst das auf dem Lenkrohr sitzende Handrad ausgekuppelt.
Die Lenkung wird nunmehr ausschließlich von dem Druckluftventil aus durchgeführt.
Wird z. B. durch entsprechende Einstellung des Druckluftventils Druckluft in die
Leitung 20 und damit in den Raum 19 eingelassen, dann schiebt der Ringkolben 16
das Lenkrohr 2 über das Drucklager 18 und den Ringflansch 17 gemäß der Darstellung
in Fig. 2 nach links. Das Lenkrohr 2 arbeitet nunmehr auf die hydraulischen Ventile
in dem Gehäuse 1. Der dadurch in Bewegung gesetzte Kolben 12 verstellt die Lenkwelle
des Fahrzeuges entsprechend. Die Lenkung wirkt ausschließlich über die hydraulischen
Ventile. Wird durch Verstellen des Druckluftventils der linke Ringkolben 16' beaufschlagt,
dann wird das Lenkrohr 2 in entgegengesetzter Richtung verschoben. Die Lenkung wirkt
ebenfalls entgegengesetzt. Sind die Ringräume 19 und 19' drucklos, dann kehrt das
Lenkrohr infolge der in dem Gehäuse 1 angeordneten Rückstellfedern in die Nullage
wieder zurück.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird die axiale Verschiebung
des Lenkrohres 2 durch einen zusätzlichen mechanischen Kegelradantrieb bewirkt.
Das Gehäuse 13 des Steueraggregates ist in diesem Falle mit einem Seitenflansch
25 ausgerüstet, in den eine Büchse 26 eingesetzt ist, die zwei Kugellager 27 und
27' für eine zu einem Kegelrad 28 ausgebildete Hohlwelle 29 besitzt. Am äußeren
Ende des Lenkrohres 2 ist außen ein Keilwellenprofil 30 vorgesehen, in das die Innenverzahnung
eines Kegelrades 31 eingreift, das mittels zweier Kugellager 32 und 32' in dem Gehäuse
13 drehbar und axial unverschieblich angeordnet ist.
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Die Hohlwelle 29 ist am inneren Ende mittels einer Kappe 33 dicht
verschlossen. Die Hohlwelle 29 ist innen mit einem Keilnabenprofil 34 ausgerüstet,
in das das Ende einer Lenkspindel od. dgl. eingeschoben werden kann, die zum Führerstand
führt.
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Vom Fahrersitz aus wird mittels des üblichen Lenkrades gelenkt. Werden
die Werkzeuge vom Führerstand aus bedient, dann kann vom Führerstand aus mittels
der in die Hohlwelle 29 eingesteckten Lenkstange gelenkt werden. Im letzteren Falle
wird das Lenkrohr 2 durch Drehen der Hohlwelle 29, des Kegelrades 28 und des Kegelrades
31 gedreht. Die Lenkung wirkt mechanisch-hydraulisch. Die Vorgänge unterscheiden
sich nicht von den Vorgängen beim Lenken mittels des üblichen Lenkrades.
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Fig. 4 zeigt ein doppelt wirkendes und von Hand bedienbares Druckluftventil
zum Steuern der Druckluft für die Druckräume 19 und 19' der Ausführungsform nach
Fig. 2, Das Druckluftventil besitzt ein geteiltes Gehäuse. In dem Gehäuseteil
35 sind zwei Ventilanordnungen untergebracht, von denen die obere Ventilanordnung
im Schnitt dargestellt ist. Die in der unteren Hälfte des Gehäuseteiles 35 untergebrachte
Ventilanordnung ist der im Schnitt dargestellten völlig symmetrisch.
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In dem Gehäuseteil 36 ist eine von Hand bedienbare Welle 37 gelagert.
Ein Doppelnocken 38 ist mit der Welle 37 fest verbunden und überträgt die Drehbewegungen
als Schubbewegungen - auf die beiden Ventilanordnungen. Der Gehäuseteil 35 hat zwei
Bohrungen 39, in denen die paarweise angeordneten Ventilkolben gleitend gelagert
sind, deren Hub nach links durch Anschläge 40 begrenzt wird. In jeder Bohrung 39
sind zwei Ventilkolben 41 und 42 gegeneinander verschiebbar angeordnet. Die Kolben
werden durch Spreizfedern 43 auf Distanz gehalten. Die Kolben 41 beider Ventilanordnungen
sind mit je einer Nase 44 versehen, an denen die Nocken 38 anliegen. Jeder Kolben
42 besitzt einen Schaft 45, der in einer Bohrung 46 des Kolbens 41 längs verschieblich
gelagert und mit einem Schlitz 47 versehen ist, der zur Aufnahme eines Stiftes 48
dient. Die Schlitz-Stift-Kupplung 47, 48 hat die Aufgabe, den Kolben 42 in einer
vorbestimmten rechten Endlage zu halten. Die Kolben 41 und 42 samt Spreizfeder 43
werden als Ganzes durch eine Stützfeder 49 nach links gegen den Anschlag 40 gedrückt.
Das rechte Ende des rechtsseitigen Kolbenschaftes vom Kolben 42 ist als Ventilsitz
50
ausgebildet. Der Schaft selbst ist mit Längsnuten 51 versehen und in einer Bohrung
des Gehäuseteiles 35 geführt. Den Abschluß bildet je eine Verschlußmutter 52, in
der je eine Ventilscheibe 53 eines Rückschlagventils gelagert ist, das mittels einer
Feder 54 gegen den Ventilsitz 55 gedrückt wird. Der Federraum 56 ist durch Bohrungen
57 mit dem Druckraum 58 in Verbindung, so daß der Federschließdruck durch die vorhandene
Druckluft unterstützt wird. Beide Zylinderräume sind mit einer Bohrung 59 verbunden,
die über ein nicht dargestelltes Luftfilter ins Freie führt.
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In der dargestellten Mittellage des Ventils sind die zum Steueraggregat
führenden Anschlüsse 60 und 60' über die Längsnuten 51, eine Bohrung 61, Bohrungen
62 und die Bohrung 59 mit der freien Atmosphäre verbunden, d. h. daß auch die beiden
Zylinderräume 19 und 19' des Steueraggregates nach Fig. 2 bei Mittelstellung des
Luftdruckventils über den Luftfilter ins Freie führen.
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Wird die Welle 37 z. B. vom Kranfahrer gedreht, z. B. so, daß der
obere Nocken 38 nach rechts ausschlägt, dann werden die beiden Kolben 41 und 42
ebenfalls nach rechts bewegt, da die Stützfeder 49 eine geringere Spannung besitzt
als die Spreizfeder 43. Das untere, nicht gezeigte Kolbenpaar bleibt durch den Anschlag
40 in seiner Ruhelage. Nach etwa 1 mm Hub hat der Ventilsitz 50 die Ventilscheibe
53 erreicht und beginnt das Ventil zu öffnen. Druckluft strömt nun aus dem Raum
58 über die Längsnuten 51, den Druckraum und über die Verbindungsleitung 60 zum
Zylinderraum 19 (Fig. 2) der Lenkung und betätigt dort, wie früher beschrieben,
die hydraulische Steuereinrichtung. Die ins Freie führende Bohrung 61 ist jetzt
durch die Ventilscheibe 53 verschlossen.
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Steigt bei der jetzt gegebenen Ventilstellung der Druck in der Leitung
60 so weit an, daß der Kolben 42 die Spreizfeder 43 zusammendrückt, dann wird die
Druckluftzufuhr bei 55 wieder unterbrochen. Der Nocken 38 muß dann noch weiter nach
rechts gedreht werden, um das Ventil wieder zu öffnen. Dieser Arbeitsvorgang wiederholt
sich so lange, bis der Enddruck in Leitung 60 und somit der maximale Ausschlag des
Nockens 38 erreicht ist. Durch diese Ausgestaltung des Druckluftventils wird ein
progressiver Druckanstieg im Arbeitszylinder 11 der Lenkung gewährleistet, und am
Bedienungshebel der Welle 37 entsteht eine dem Druck in Leitung 60 entsprechende
Reaktionskraft.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das Ende des Lenkrohres 2
in einem Nadellager 24 gelagert, bei der Ausführungsform nach Fig. 3 in Kugellagern
32 und 32'. Wird jedoch, was meist bei Kugelumlauflenkgetrieben der Fall ist, die
Lenkspindel an ihren Enden in Kugeln gelagert, dann kann sich das Lenkrohr auch
im Steilgewinde 4 auf dem Ende der Lenkspindel abstützen.