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Die Erfindung betrifft eine Lenkanordnung für ein Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Nutzfahrzeug mit der Lenkanordnung.
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Lenkgetriebe dienen dazu eine Drehbewegung eines Lenkrads in eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder eines Fahrzeugs umzusetzen. Für Fahrzeuge mit hohen Lenkachslasten oder mit mehreren gelenkten Achsen werden hydraulisch unterstützte Lenkgetriebe eingesetzt, welche zusätzlich zur Umsetzung der Drehbewegung in eine Lenkbewegung, als Lenkunterstützung dienen. Das Lenkgetriebe ist dabei einerseits über eine mechanische Verbindung mit dem Lenkrad und andererseits über ein Lenkgestänge mit den Fahrzeugrädern verbunden.
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Die Druckschrift
DE102004003395A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Vorderachse mit Einzelradaufhängung und mit lenkbaren Rädern eines Nutzfahrzeuges und mit einem Fahrschemel, an dem Teile der Radaufhängung und der Lenkung montierbar sind. Die Vorderachse weist einen unteren und oberen Dreieckslenker als Querlenker auf, wobei der untere Querlenker über ein Kugelgelenk mit dem Anschlussteil des Radträgers und der obere Querlenker mit einem weit ausladenden Teil des Schwenkträgers und ebenfalls mit einem Kugelgelenk verbunden ist. Die beiden Querlenker sind über elastische Lager mit dem Fahrschemel verbunden, wobei zwischen dem oberen und unteren Querlenker ein Federdämpfersystem angeordnet ist. Die Vorderachse weist eine hydraulische Servolenkung für die Räder auf. Die Vorderachse weist auf der einen Fahrzeugseite ein am Fahrschemel angeordnetes hydraulisch unterstütztes Schraublenkgetriebe auf, das seine Lenkachse etwa vertikal zur Fahrbahn hat und einen Lenkhebel, der etwa parallel zur Fahrbahnebene schwenkbar ist aufweist. Die Vorderachse weist auf der anderen Fahrzeugseite am Fahrschemel, spiegelbildlich zur Fahrzeugmittelachse und dem Lenkhebel auf der einen Seite, einen Lenkzwischenhebel aufweist. Die Vorderachse weist eine dreigeteilte Spurstange, die aus einem Spurstangenteil links einem Spurstangenteil rechts und einem Spurstangenmittenteil besteht, auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkanordnung für ein Nutzfahrzeug vorzuschlagen, welche sich durch ein verbessertes Lenkverhalten auszeichnet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Nutzfahrzeug mit der Lenkanordnung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lenkanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte oder bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Lenkanordnung, welche für ein Nutzfahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Vorzugsweise dient die Lenkanordnung zur Beeinflussung der Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs. Insbesondere ist durch die Lenkanordnung eine gelenkte Fahrzeugachse, insbesondere Vorder- oder Hinterachse, des Nutzfahrzeugs gebildet. Optional ergänzend kann die Fahrzeugachse als eine angetriebene Fahrzeugachse ausgebildet sein.
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Die Lenkanordnung weist mindestens einen ersten und einen zweiten Radträger auf, welche jeweils zur Aufnahme mindestens eines Fahrzeugrads ausgebildet und/oder geeignet sind. Insbesondere ist der Radträger Bestandteil einer Radaufhängung, insbesondere einer Doppelquerlenker-Radaufhängung. Der Radträger weist insbesondere eine Radnabe auf, wobei das Fahrzeugrad vorzugsweise über die Radnabe drehbar auf dem Radträger gelagert ist. Besonders bevorzugt ist jeder der beiden Radträger um eine Schwenkachse verschwenkbar, sodass vorzugsweise eine Achsschenkellenkung durch die Lenkanordnung gebildet ist.
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Die Lenkanordnung weist ein Lenkgetriebe auf, welches zur Umsetzung eines Lenkbefehls ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Lenkanordnung umfasst insbesondere ein Lenkrad, wobei das Lenkrad zur Erzeugung des Lenkbefehls ausgebildet ist. Vorzugsweise erfolgt auf Basis des Lenkbefehls eine Verschwenkung der beiden Radträger um die Schwenkachse.
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Die Lenkanordnung weist eine erste und eine zweite Spurstange auf. Vorzugsweise dienen die beiden Spurstangen zur Übertragung des Lenkbefehls bzw. einer Lenkbewegung auf die beiden Fahrzeugräder. Bevorzugt bilden die erste und die zweite Spurstange eine geteilte Spurstange, wobei die beiden Spurstangen als zwei separate Bauteile ausgebildet sind. Alternativ können die erste und die zweite Spurstange jedoch auch eine einteilige und/oder durchgehende Spurstange bilden, wobei die beiden Spurstangen jeweils als Spurstangenabschnitt ausgebildet sind. Optional ergänzend kann über die Spurstangen einer Spur der Fahrzeugräder eingestellt werden.
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Die erste Spurstange ist mit dem ersten Radträger und die zweite Spurstange mit dem zweiten Radträger verbunden. Bevorzugt sind die beiden Spurstangen jeweils mit dem zugehörigen Radträger gelenkig verbunden. Insbesondere weist jede der beiden Spurstangen an ihren Enden einen Gelenkkopf, insbesondere einen Spurstangenkopf auf.
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Die Lenkanordnung weist einen Schwenkhebel auf, wobei der Schwenkhebel einerseits in einem Schwenkpunkt mit dem Lenkgetriebe verbunden ist. Insbesondere ist der Schwenkhebel um den Schwenkpunkt verschwenkbar. Bevorzugt führt der Schwenkhebel auf Basis des Lenkbefehls eine Schwenkbewegung um den Schwenkpunkt aus. Insbesondere ist der Schwenkhebel über ein Drehgelenk an dem Lenkgetriebe angelenkt, sodass der Schwenkhebel vorzugsweise mit einem Freiheitsgrad von f=1 um den Schwenkpunkt verschwenkbar ist. Bevorzugt ist der Schwenkpunkt durch den Drehpunkt des Drehgelenks definiert.
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Andererseits ist der Schwenkhebel mit der ersten und/oder der zweiten Spurstange in mindestens einem Gelenkpunkt gelenkig verbunden. Insbesondere sind die erste und/oder die zweite Spurstange um den Gelenkpunkt bewegbar. Bevorzugt erfolgt in dem Gelenkpunkt eine Kraftübertragung von dem Schwenkhebel auf die erste und/oder zweite Spurstange. Im Speziellen erfolgt in dem Gelenkpunkt eine Umwandlung der Schwenkbewegung in eine Schub- bzw. Zugbewegung auf die erste und/oder zweite Spurstange, sodass die beiden Spurstangen den jeweiligen Radträger um die Schwenkachse verschwenken. Insbesondere sind die erste und/oder die zweite Spurstange über ein Kugelgelenk, bevorzugt den jeweiligen Gelenkkopf, an dem Schwenkhebel angelenkt, sodass die erste und/oder die zweite Spurstange vorzugsweise mit einem Freiheitsgrad von f=3 um den mindestens einen Gelenkpunkt verschwenkbar ist. Bevorzugt ist der Gelenkpunkt durch den Drehpunkt des Kugelgelenks definiert.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Lenkgetriebe ausschließlich hydraulisch betätigbar ist, sodass eine hydraulische Lenkung gebildet ist. Insbesondere wird das Lenkgetriebe auf Basis des Lenkbefehls hydraulisch betätigt. Bevorzugt kann das Lenkrad hydraulisch mit dem Lenkgetriebe verbunden sein, wobei der Lenkbefehl insbesondere als eine Änderung eines Hydraulikdrucks umgesetzt ist. Alternativ ist das Lenkrad signaltechnisch mit dem Lenkgetriebe verbunden, wobei der Lenkbefehl insbesondere als ein Stellsignal umgesetzt ist. Besonders bevorzugt ist das erste Lenkgetriebe als ein hydraulisches oder elektrohydraulisches Lenkgetriebe ausgebildet. Im Speziellen ist das Lenkgetriebe als ein sogenanntes „Slave“-Getriebe ausgebildet. Besonders bevorzugt weist das Lenkgetriebe keinen mechanischen Anschluss für das Lenkrad auf.
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Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass aufgrund der hydraulischen Betätigung eine flexible Anordnung des Lenkgetriebes im Bereich der Fahrzeugachse umsetzbar ist. Dadurch können zum einen besonders günstige Positionen gewählt werden, welche sich insbesondere positiv auf das Lenkverhalten auswirken. Zum anderen ist die Lenkung, beispielsweise eine Hecklenkung, wesentlich einfacher zu realisieren, da keine mechanische Verbindung zum Lenkrad benötigt wird. Ferner wird durch die hydraulische Lenkung die vom Fahrer aufzubringende Lenkkraft deutlich reduziert, sodass das Lenkverhalten deutlich verbessert ist.
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Das Lenkgetriebe weist ein Gehäuse auf, wobei in dem Gehäuse eine Segmentwelle und ein Kolben angeordnet sind. Insbesondere ist das Gehäuse fluiddicht abgeschlossen und kann mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt und/oder befüllbar sein. Vorzugsweise ist die Segmentwelle drehbar in dem Gehäuse gelagert. Vorzugsweise ist der Kolben verschiebbar in dem Gehäuse aufgenommen.
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Die Segmentwelle ist einerseits mit dem Kolben und andererseits ist die Segmentwelle mit dem Schwenkhebel gekoppelt. Die Segmentwelle weist bevorzugt zumindest abschnittsweise einen Verzahnungsabschnitt, insbesondere eine Außenverzahnung, auf. Der Kolben weist zumindest abschnittsweise einen weiteren Verzahnungsabschnitt auf. Bevorzugt steht der Verzahnungsabschnitt der Segmentwelle mit dem weiteren Verzahnungsabschnitt des Kolbens in Eingriff.
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Besonders bevorzugt ist der Schwenkhebel drehfest mit der Segmentwelle verbunden. Der Schwenkhebel kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Segmentwelle verbunden sein. Im Speziellen kann der Schwenkhebel über eine Steckverzahnung mit der Segmentwelle verbunden sein.
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Bei einer Bewegung des Kolbens ist die Segmentwelle um eine Drehachse verdrehbar, wobei zugleich der Schwenkhebel um den Schwenkpunkt verschwenkbar ist. Insbesondere ist der Kolben in axialer Richtung entlang einer Kolbenachse in dem Gehäuse verschiebbar. Beispielsweise ist die Kolbenachse durch eine Längsachse des Kolbens definiert. Vorzugsweise ist der Kolben zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition verschiebbar. Bevorzugt wird über die Segmentwelle die Linearbewegung des Kolbens in die Schwenkbewegung des Schwenkhebels umgewandelt. Im Speziellen sind die beiden Radträger in der ersten Endposition des Kolbens um einen ersten maximalen Einschlagwinkel verschwenkt und in der zweiten Endposition des Kolbens in einer Gegenrichtung um einen zweiten maximalen Einschlagwinkel verschwenkt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Lenksystem eine Hydraulikvorrichtung auf. Die Hydraulikvorrichtung dient insbesondere zur Steuerung und/oder Regelung des Kolbens zwischen den beiden Endpositionen. Die Hydraulikvorrichtung kann als eine elektromotorisch angetriebene Pumpe ausgebildet sein.
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Der Kolben unterteilt das Gehäuse in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum, wobei die beiden Arbeitsräume hydraulisch mit der Hydraulikvorrichtung verbunden sind. Insbesondere ist der Kolben als ein doppelwirkender Kolben ausgebildet. Der Kolben weist endseitig jeweils einen Zylinderabschnitt auf, wobei der erste Arbeitsraum in axialer Richtung in Bezug auf die Kolbenachse durch den ersten Zylinderabschnitt und der zweite Arbeitsraum durch den zweiten Zylinderabschnitt begrenzt ist. Bevorzugt ist der weitere Verzahnungsabschnitt in axialer Richtung in Bezug auf die Kolbenachse zwischen den beiden Zylinderabschnitten angeordnet. Die beiden Arbeitsräume sind vorzugsweise mit der Hydraulikflüssigkeit befüllt. Im Speziellen ist das Lenkrad mit der Hydraulikvorrichtung signaltechnisch und/oder hydraulisch und/oder mechanisch verbunden, wobei die Hydraulikvorrichtung insbesondere auf Basis des Lenkeinschlags geregelt wird.
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Ein Hydraulikdruck ist auf Basis des Lenkbefehls durch die Hydraulikvorrichtung in einem der beiden Arbeitsräume veränderbar, sodass eine Bewegung des Kolbens umgesetzt wird. Insbesondere erzeugt die Hydraulikvorrichtung einen Volumenstrom, welcher auf die jeweilige Kolbenfläche des ersten oder des zweiten Zylinderabschnitts wirkt, sodass der Kolben in Richtung der ersten oder der zweiten Endposition verschoben wird.
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In einer möglichen Umsetzung ist das Lenkgetriebe in axialer Richtung in Bezug auf eine Fahrzeugquerachse zwischen den beiden Radträgern angeordnet. Insbesondere ist die Fahrzeugquerachse durch die Fahrzeugachse oder eine Nickachse definiert. Bevorzugt erstreckt sich die Fahrzeugquerachse quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Vorzugsweise ist das Lenkgetriebe zumindest annähernd mittig zwischen den beiden Radträgern angeordnet.
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Der Schwenkpunkt des Schwenkhebels liegt auf einer Fahrzeuglängsachse. Insbesondere ist die Fahrzeuglängsachse durch die Fahrzeugmittenachse und/oder eine Wankachse des Fahrzeugs definiert. Bevorzugt erstreckt sich die Fahrzeuglängsachse in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Die Fahrzeuglängsachse verläuft vorzugsweise rechtwinklig zu der Fahrzeugquerachse und/oder schneidet diese in einem Schnittpunkt. Bevorzugt ist der Schwenkhebel mit seinem Schwenkpunkt mittig zwischen den beiden Radträgern angeordnet, sodass insbesondere der Schwenkpunkt zu dem ersten und dem zweiten Radträger gleichmäßig beabstandet ist. Somit weisen die erste und die zweite Spurstange die gleiche Länge aufweisen.
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In einer bevorzugten Umsetzung ist vorgesehen, dass die erste Spurstange in einem ersten Gelenkpunkt und die zweite Spurstange in einem zweiten Gelenkpunkt mit dem Schwenkhebel verbunden sind. Der Schwenkhebel kann hierzu beispielsweise als ein V-förmiger Hebel ausgebildet sein. Dabei greift die erste Spurstange an einem freien Ende in dem ersten Gelenkpunkt und die zweite Spurstange an dem anderen freien Ende des V-förmigen Hebels in dem zweiten Gelenkpunkt an.
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In der Mittelstellung des Schwenkhebels sind der erste und der zweite Gelenkpunkt in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeugquerachse gleichmäßig voneinander zu der Fahrzeuglängsachsachse beabstandet angeordnet. Bevorzugt ist der Schwenkhebel in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse achssymmetrisch ausgebildet. Insbesondere ist der Kolben in der Mittelstellung des Schwenkhebels mittig zwischen den beiden Endpositionen angeordnet. Bei der Verschiebung des Kolbens in Richtung der ersten oder der zweiten Endposition wird der Schwenkhebel aus der Mittelstellung um den Schwenkpunkt verschwenkt, sodass die Schwenkbewegung über die Spurstange auf die beiden Radträger übertragen wird. Vorzugsweise werden somit über den Schwenkhebel die Fahrzeugräder der Fahrzeugachse auf den gewünschten Lenkeinschlag geregelt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lenkanordnung ein weiteres Lenkgetriebe aufweist. Bevorzugt ist das weitere Lenkgetriebe baugleich zu dem Lenkgetriebe ausgebildet bzw. wie dieses bereits zuvor beschrieben wurde. Vorzugsweise sind beide Lenkgetriebe gemeinsam mit der Hydraulikvorrichtung verbunden.
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Die Lenkanordnung weist einen weiteren Schwenkhebel auf. Besonders bevorzugt sind der Schwenkhebel und/oder der weitere Schwenkhebel als ein Lenkstockhebel ausgebildet. Beispielsweise können verschiedene Typen von Schwenkhebeln eingesetzt werden. Durch die Variation des Schwenkhebels kann somit jede gewünschte Lenkgeometrie einfach erzeugt werden, wodurch beispielsweise Lenkwinkelfehler reduziert und/oder ein Lenkmomentenverlauf in vorteilhafterweise beeinflusst werden kann. Somit kann das Lenkverhalten des Fahrzeugs deutlich verbessert werden. Besonders bevorzugt werden die beiden Lenkgetriebe auf Basis des Lenkbefehls simultan bzw. synchron angesteuert, sodass die beiden Schwenkhebel zeitgleich die Schwenkbewegung ausführen.
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Die erste Spurstange ist über den Schwenkhebel mit dem Lenkgetriebe und die zweite Spurstange über den weiteren Schwenkhebel mit dem weiteren Lenkgetriebe verbunden ist. Insbesondere ist der Schwenkhebel um einen linken Schwenkpunkt und der weitere Schwenkhebel um einen rechten Schwenkpunkt verschwenkbar. Insbesondere verschwenken die beiden Schwenkhebel bei einer Umsetzung des Lenkbefehls in der gleichen Richtung und/oder um einen gleichen Schwenkwinkel um den jeweiligen Schwenkpunkt.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Lenkgetriebe auf der linken Fahrzeugseite und das weitere Lenkgetriebe auf der rechten Fahrzeugseite angeordnet ist. Bevorzugt sind die beiden Lenkgetriebe in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeugquerachse mittig zwischen den beiden Radträgern angeordnet. Die beiden Lenkgetriebe sind in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse spiegelbildlich zueinander angeordnet. Insbesondere sind die beiden Schwenkpunkte in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeugquerachse gleichmäßig voneinander zu der Fahrzeuglängsachsachse und/oder zu dem jeweiligen Radträger beabstandet angeordnet.
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In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Spurstange in einem linken Gelenkpunkt mit dem Schwenkhebel und die zweite Spurstange in einem rechten Gelenkpunkt mit dem weiteren Schwenkhebel verbunden ist. Insbesondere ist die erste Spurstange einerseits mit dem ersten Radkopf und andererseits mit dem Schwenkhebel und/oder die zweite Spurstange einerseits mit dem zweiten Radkopf und andererseits mit dem weiteren Schwenkhebel gelenkig, insbesondere über jeweils ein Kugelgelenkt, verbunden. Besonders bevorzugt weisen die beiden Spurstangen die gleiche Länge auf.
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In einer Mittelstellung der beiden Schwenkhebel sind die beiden Gelenkpunkte in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeugquerachse gleichmäßig voneinander zu der Fahrzeuglängsachsachse beabstandet angeordnet sind. Insbesondere können die beiden Schwenkhebel in der Mittelstellung in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse ausgerichtet sein. Alternativ können die beiden Schwenkhebel in der Mittelstellung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse zueinander hin oder voneinander weg ausgerichtet sein.
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In einer weiteren Konkretisierung sind die beiden Schwenkhebel über eine Verbindungsstange miteinander verbunden, sodass die beiden Schwenkhebel zueinander zwangsgeführt sind. Bevorzugt dient die Verbindungsstange zur Kraftübertragung zwischen den beiden Schwenkhebeln. Insbesondere wird bei einer Schwenkbewegung des einen Schwenkhebels zwangsläufig der andere der beiden Schwenkhebel über die Verbindungsstange mitverschwenkt. Beispielsweise kann somit bei einem Ausfall eines der beiden Lenkgetriebe oder bei einer zeitlich versetzten Aktivierung ein simultaner Betrieb gewährleistet werden.
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Vorzugsweise ist die Verbindungsstange gelenkig mit den beiden Schwenkhebeln verbunden. Insbesondere erstreckt sich die Verbindungsstange in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeugquerachse zwischen den beiden Schwenkhebeln. Beispielweise können der Schwenkhebel und/oder der weitere Schwenkhebel V-förmig oder stabförmig ausgebildet sein. Der Schwenkhebel und/oder der weitere Schwenkhebel können jeweils zwei weitere Gelenkpunkte aufweisen, wobei die Verbindungsstange jeweils über die weiteren Gelenkpunkte an dem entsprechenden Schwenkhebel angebunden ist. Insbesondere wird durch Verbindungsstange eine simultane Betätigung der beiden Schwenkhebel gewährleistet, wodurch die Präzision und das Lenkverhalten der Lenkanordnung verbessert werden.
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Es ist weiter vorgesehen, dass die Lenkanordnung mindestens einen ersten Querlenker zur Führung des ersten Radträgers und mindestens einen zweiten Querlenker zur Führung des zweiten Radträgers aufweist. Insbesondere sind die beiden Querlenker als Dreieckslenker oder Trapezlenker ausgebildet. Bevorzugt weist die Fahrzeugachse auf jeder Fahrzeugseite jeweils zwei der Querlenker auf, sodass die Doppelquerlenker-Radaufhängung gebildet ist. Der erste Querlenker ist einerseits mit dem ersten Radträger und der zweite Querlenker mit dem zweiten Radträger verbunden. Vorzugsweise sind die Querlenker andererseits an einem Fahrgestell des Nutzfahrzeugs angebunden.
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Die erste Spurstange verläuft zumindest annähernd parallel zu dem ersten Querlenker und die zweite Spurstange zumindest annähernd parallel zu dem zweiten Querlenker. Insbesondere verläuft die erste Spurstange parallel oder gleichgerichtet zu einem Schenkel des ersten Querlenkers und/oder die zweite Spurstange zu einem Schenkel des zweiten Querlenkers. Durch die parallele Anordnung der beiden Spurstangen zu dem Querlenker ist das Eigenlenkverhalten der beiden Spurstangen reduziert.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der erste Querlenker zumindest annähernd die gleiche Länge wie die erste Spurstange und der zweite Querlenker zumindest annähernd die gleiche Länge wie die zweite Spurstange aufweist. Insbesondere weisen die beiden Spurstangen die gleiche Baulänge wie die beiden Querlenker auf. Durch die entsprechende Ausgestaltung des Schwenkhebels und/oder die Anordnung der beiden Lenkgetriebe kann somit eine Lenkgeometrie gebildet werden, welche sich durch eine optimale Lage und Länge für die beiden Spurstangen auszeichnet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug mit der Lenkanordnung. Vorzugsweise ist die Lenkanordnung wie bereits zuvor beschrieben ausgebildet. Das Nutzfahrzeug kann als eine Zugmaschine ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Nutzfahrzeug als eine Landmaschine, insbesondere ein Traktor oder eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, ausgebildet. Das Nutzfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Maximalgeschwindigkeit von 60 km/h nicht überschreitet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einer nachträglichen Erhöhung der Maximalgeschwindigkeit des Nutzfahrzeuges, das Lenkgetriebe durch ein mechanisch betätigbares Lenkgetriebe mit integriertem Lenkspindelanschluss ersetzbar ist, wobei die Lenkgeometrie unverändert bleibt.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert, wobei weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen der Figurenbeschreibung zu entnehmen sind. Es zeigen:
- 1 in einer schematischen Darstellung ein Nutzfahrzeug mit einer Lenkanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 in einer schematischen Darstellung eine alternative Ausführung der Lenkanordnung aus 1;
- 3 in einer schematischen Darstellung eine weitere alternative Ausführung der Lenkanordnung aus 1;
- 4 in einer Schnittdarstellung ein Lenkgetriebe der Lenkanordnung der 1 und 2.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Nutzfahrzeug 1 mit einer Lenkanordnung 2, wobei die Lenkanordnung 2 zur Beeinflussung einer Fahrtrichtung F des Nutzfahrzeugs 2 dient. Beispielsweise ist das Nutzfahrzeug 1 als eine landwirtschaftliche Zugmaschine, insbesondere ein Traktor, ausgebildet. Beispielsweise weist das Nutzfahrzeug 1 eine Maximalgeschwindigkeit von weniger als 62 Kilometer pro Stunde auf. Die Lenkanordnung 2 weist einen ersten und einen zweiten Radträger 3a, b auf, wobei jeder der beiden Radträger 3a, b zur Aufnahme mindestens eines Fahrzeugrades ausgebildet ist.
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Die beiden Radträger 3a, b sind jeweils über mindestens einen Querlenker 4a, b an ein Fahrgestell des Nutzfahrzeugs 1 angebunden. Ein erster Querlenker 4a ist mit dem ersten Radträger 3a und ein zweiter Querlenker 4b mit dem zweiten Radträger 3b gelenkig verbunden, wobei die beiden Querlenker 4a, b zur Führung der beiden Radträger 3a, b dienen. Beispielsweise weist das Nutzfahrzeug 1 auf jeder Fahrzeugseite jeweils zwei der Querlenker 4a, b auf, sodass eine Doppelquerlenker-Radaufhängung gebildet ist.
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Die Lenkanordnung 2 weist ein Lenkgetriebe 5a auf, wobei das Lenkgetriebe 5a in axialer Richtung in Bezug auf eine Fahrzeugquerachse A1 zwischen den beiden Radträgern 3a, b angeordnet ist. Die Fahrzeugquerachse A1 erstreckt sich quer zu einer Fahrtrichtung F des Nutzfahrzeugs 1 und ist beispielsweise durch die Nickachse des Nutzfahrzeugs 1 definiert. Das Lenkgetriebe 5a dient zur Umsetzung eines Lenkbefehls, wobei das Lenkgetriebe 5a ausschließlich hydraulisch betätigbar ist. Beispielsweise ist das Lenkgetriebe 5a als ein sogenanntes hydraulisches „Slave“-Getriebe ausgebildet. Durch die hydraulische Betätigung des Lenkgetriebes 5a wird die vom Fahrer benötigte Lenkkraft zur Ausführung einer Lenkbewegung deutlich reduziert.
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Die Lenkanordnung 2 weist einen Schwenkhebel 6a sowie eine erste und eine zweite Spurstange 7a, b auf. Der Schwenkhebel 6a ist einerseits in einem Schwenkpunkt SP mit dem Lenkgetriebe 5a und andererseits mit der ersten Spurstange 7a in einem ersten Gelenkpunkt GP1 und mit der zweiten Spurstange 7b in einem zweiten Gelenkpunkt GP2 verbunden. Der Schwenkhebel 6a ist um den Schwenkpunkt SP verschwenkbar, wobei der Schwenkpunkt SP bevorzugt auf einer Fahrzeuglängsachse A2 des Nutzfahrzeugs 1 angeordnet ist. Die Fahrzeuglängsachse A2 erstreckt sich längs zur Fahrtrichtung F und ist beispielsweise durch eine Wankachse des Nutzfahrzeugs 1 definiert.
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Der Schwenkhebel 6a ist V-förmig ausgebildet, wobei der Schwenkhebel 6a in einer Mittelstellung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 achssymmetrisch ausgebildet ist. In der Mittelstellung sind die beiden Gelenkpunkte GP1, GP2 in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeugquerachse A1 mit dem gleichen Abstand zu dem jeweiligen Radträger 3a, b beabstandet, sodass die beiden Spurstangen 7a, b die gleiche Länge aufweisen. Dabei ist die erste Spurstange 7a einerseits über den ersten Gelenkpunkt GP1 an dem einen freien Ende des Schwenkhebels 6a und andererseits an dem ersten Radträger 3a gelenkig angebunden. Die zweite Spurstange 7b ist einerseits über den zweiten Gelenkpunkt GP2 an dem anderen freien Ende des Schwenkhebels 6a und andererseits an dem zweiten Radträger 3b gelenkig angebunden.
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Beispielsweise weisen die beiden Spurstangen 7a, b endseitig mindestens einen Gelenkkopf auf, sodass die beiden Spurstangen 7a, b jeweils mit dem Schwenkhebel 6a über ein Kugelgelenk verbunden sind. Somit sind die beiden Spurstangen 7a, b mit einem Freiheitsgrad von f=3 um den ersten bzw. zweiten Gelenkpunkt GP1, GP2 bewegbar. Der Schwenkhebel 6a ist über ein Drehgelenk mit dem Lenkgetriebe 5a schwenkbar verbunden, sodass der Schwenkhebel 6a mit einem Freiheitsgrad von ist f=1 um den Schwenkpunkt SP verschwenkbar ist.
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Ferner umfasst die Lenkanordnung 2 ein Lenkrad 8 zur Erzeugung des Lenkbefehls, wobei das Lenkrad 8 beispielsweise signaltechnisch und/oder hydraulisch mit dem Lenkgetriebe 5a verbunden ist. Bei einem Einschlag des Lenkrads 8 wird der Lenkbefehl an das Lenkgetriebe 5a übermittelt, wobei auf Basis des Lenkbefehls das Lenkgetriebe 5a den Schwenkhebel 6a um den Schwenkpunkt SP verschwenkt. Die Schwenkbewegung wird über die beiden Gelenkpunkte GP1, GP2 auf die beiden Spurstangen 7a, b übertragen, sodass die beiden Radträger 3a, b jeweils um eine Schwenkachse S1, S2 verschwenkt werden und ein gewünschter Lenkeinschlag der Fahrzeugräder umgesetzt wird.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Lenkanordnung 2 aus der 1 in einer alternativen Ausführungsform. Die Lenkanordnung 2 weist ein weiteres Lenkgetriebe 5b und einen weiteren Schwenkhebel 6b auf. Beispielsweise sind die beiden Lenkgetriebe 5a, b und/oder die beiden Schwenkhebel 6a, b baugleich oder identisch ausgebildet.
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Das Lenkgetriebe 5a ist auf einer linken Fahrzeugseite und das weitere Lenkgetriebe 5b auf einer rechten Fahrzeugseite angeordnet. Der Schwenkhebel 6a ist in einem linken Schwenkpunkt SP1 einerseits mit dem Lenkgetriebe 5a und in einem linken Gelenkpunkt GP3 andererseits mit der ersten Spurstange 7a verbunden. Der weitere Schwenkhebel 6b ist einerseits in einem rechten Schwenkpunkt SP2 mit dem weiteren Lenkgetriebe 5b und in einem rechten Gelenkpunkt GP4 andererseits mit der zweiten Spurstange 7b verbunden. Die beiden Lenkgetriebe 5a, b sind in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Der linke und der rechte Gelenkpunkt GP3, GP4 sind in einer Mittelstellung der beiden Schwenkhebel 6a, b jeweils mit dem gleichen Abstand zu dem zugehörigen Radträger 3a, b angeordnet. Optional ergänzend können der linke und der rechte Schwenkpunkt SP1, SP2 mit dem gleichen Abstand zu dem jeweiligen Radträger 3a, b angeordnet. Die beiden Gelenkpunkte GP3, GP4 sind durch jeweils ein Kugelgelenk und die beiden Schwenkpunkte SP1, SP2 durch jeweils ein Drehgelenk gebildet, wie dies bereits in 1 beschrieben wurde.
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Die beiden Lenkgetriebe 5a, b sind mit dem Lenkrad 8 zumindest signaltechnisch verbunden, sodass bei einer Lenkbewegung des Lenkrads 8, der Lenkbefehl zeitgleich an die beiden Lenkgetriebe 5a, b übermittelt wird. Auf Basis des Lenkbefehls werden die beiden Schwenkhebel 6a, b simultan in der gleichen Richtung um den jeweiligen Schwenkpunkt SP1, SP2 verschwenkt. Dabei wird die Schwenkbewegung des Schwenkhebels 6a auf die erste Spurstange 7a und die Schwenkbewegung des weiteren Schwenkhebels 6b auf die zweite Spurstange 7b übertragen, sodass der jeweilige Radträger 3a, b um seine zugehörige Schwenkachse S1, S2 verschwenkt wird.
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Die Lenkanordnung 2 weist eine Verbindungsstange 10 auf, wobei die beiden Schwenkhebel 6a, b über die Verbindungsstange 10 gelenkig miteinander verbunden sind. Der Schwenkhebel 6a weist einen weiteren linken Gelenkpunkt GP 5 und der weitere Schwenkhebel 6b weist einen weiteren rechten Gelenkpunkte GP6 auf, wobei die Verbindungsstange 10 jeweils über die beiden weiteren Gelenkpunkte GP5, GP6 an dem jeweiligen Schwenkhebel 6a, b angebunden ist. Dabei sind die beiden weiteren Gelenkpunkte GP5, GP6 in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 jeweils zwischen dem zugehörigen Schwenkpunkt SP1, SP2 sowie dem zugehörigen Gelenkpunkt GP3, GP4 angeordnet. Somit sind die beiden Gelenkpunkte GP3, GP4 in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 weiter von dem jeweiligen Schwenkpunkt SP1, SP2 als die beiden weiteren Gelenkpunkte GP5, GP6 beabstandet angeordnet.
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Die beiden Schwenkhebel 6a, b sind durch die Verbindungsstange 10 zueinander zwangsgeführt, sodass die beiden Schwenkhebel 6a, b simultan die Schwenkbewegung ausführen. Somit wird zudem sichergestellt, dass bei einem Ausfall oder einer zeitlich versetzten Ansteuerung einer der beiden Lenkgetriebe 5a, b ein Lenkeinschlag der beiden Radträger 3a, b zeitgleich umgesetzt wird.
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Da die beiden Lenkgetriebe 5a, b ausschließlich hydraulisch betätigbar sind, können diese in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeugquerachse A1 und/oder in axialer Richtung in Bezug auf Fahrzeuglängsachse A2 beliebig angeordnet werden, sodass eine für die Lenkanordnung 2 optimale Lenkgeometrie gebildet werden kann. Beispielsweise sind die beiden Lenkgetriebe 5a, b derart angeordnet, sodass die beiden Spurstangen 7a, b die gleiche Länge wie die beiden Querlenker 4a, b aufweisen und zumindest annähernd parallel oder gleichgerichtet zu diesen verlaufen. Somit wird das Eigenlenkverhalten der beiden Spurstangen 7a, b möglichst gering gehalten. Ferner kann durch eine Variation der Lenkhebel 5a, b jede gewünschte Lenkgeometrie einfach erzeugt werden, sodass beispielsweise im Vergleich zu einem doppelt wirkenden Lenkzylinder der Lenkwinkelfehler und der Lenkmomentenverlauf wesentlich günstiger gestaltet werden kann.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine alternative Ausführung der Lenkanordnung 2 aus 2. Die beiden Schwenkhebel 6a, b sind in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 achssymmetrisch ausgebildet bzw. an dem jeweiligen Lenkgetriebe 5a, b montiert. Der linke Schwenkpunkt SP1 ist in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 zumindest annährend mittig zwischen dem linken Gelenkpunkt GP3 und dem weiteren linken Gelenkpunkt GP5 angeordnet. Der rechte Schwenkpunkt SP2 ist in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 zumindest annährend mittig zwischen dem rechten Gelenkpunkt GP4 und dem weiteren rechten Gelenkpunkt GP6 angeordnet. Beispielsweise sind die beiden Gelenkpunkte GP3, GP4 und die beiden weiteren Gelenkpunkte GP5, GP6 in axialer Richtung in Bezug auf die Fahrzeuglängsachse A2 zumindest annährend gleich zu den jeweiligen Schwenkpunkten SP1, SP2 beabstandet angeordnet. Somit ergibt sich eine alternative Lenkgeometrie, wobei die beiden Schwenkpunkte SP1, SP2 jeweils ein Zentrum des zugehörigen Schwenkhebels 6a, b bilden.
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4 zeigt in einer Schnittdarstellung eines der Lenkgetriebe 5a, b aus den 1 und 2, wobei in der gezeigten Darstellung das Lenkgetriebe 5a beschrieben ist.
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Das Lenkgetriebe 5a weist ein Gehäuse 11 auf, wobei innerhalb des Gehäuses 11 ein Kolben 12 und eine Segmentwelle 13 angeordnet sind. Der Kolben 11 ist innerhalb eines Zylinderraums 14 des Gehäuses 11 entlang einer Kolbenachse K zwischen zwei Endanschlägen 14a, b verschiebbar. Die beiden Endanschläge 14a, b sind durch zwei einander gegenüberliegende Gegenflächen des Zylinderraums gebildet.
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Der Kolben 12 ist als ein doppelwirkender Kolben ausgebildet und weist endseitig in Bezug auf eine Kolbenachse K einen ersten und einen zweiten Zylinderabschnitt 12a, b auf. Ein erster Arbeitsraum 15a ist in axialer Richtung in Bezug auf die Kolbenachse K einerseits durch den ersten Endanschlag 14a und anderseits durch den ersten Zylinderabschnitt 12a begrenzt. Ein zweiter Arbeitsraum 15b ist in axialer Richtung in Bezug auf die Kolbenachse K einerseits durch den zweiten Endanschlag 14b und anderseits durch den zweiten Zylinderabschnitt 12b begrenzt.
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Die beiden Arbeitsräume 15a, b sind beispielsweise mit einem Hydrauliköl befüllt und mit einer Hydraulikvorrichtung 16 hydraulisch verbunden. Das Lenkrad 8 ist beispielsweise signaltechnisch mit der Hydraulikvorrichtung 16 verbunden, wobei das Lenkrad 8 auf Basis der Lenkbewegung die Hydraulikvorrichtung 16 regelt. Durch die Hydraulikvorrichtung 16 ist ein Hydraulikdruck in den beiden Arbeitsräume 14a, b veränderbar. Dabei erzeugt die Hydraulikvorrichtung 16 einen Volumenstrom, welcher auf die jeweilige Kolbenfläche des ersten oder des zweiten Zylinderabschnitts 12a, b wirkt. Beispielsweise erhöht die Hydraulikvorrichtung 16 bei einer Verdrehung des Lenkrads 8 den Hydraulikdruck in einem der beiden Arbeitsräume 14a, b, sodass der Kolben 12 in Richtung der gegenüberliegenden Endposition 14a, b verschoben wird.
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Die Segmentwelle 13 ist drehbar um eine Drehachse D in dem Gehäuse 6 gelagert und weist einen Verzahnungsabschnitt 13a auf, welcher mit einem weiteren Verzahnungsabschnitt 12c des Kolbens 12 in Eingriff steht. Der Verzahnungsabschnitt 13a ist beispielsweise als eine abschnittsweise umlaufende Außenverzahnung ausgebildet. Der weitere Verzahnungsabschnitt 12c ist als eine in die Zylindermantelaußenfläche des Kolbens 12 eingebrachte Verzahnung ausgebildet.
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Bevorzugt ist der Schwenkhebel 6a mit der Segmentwelle 13 drehfest verbunden, wobei der Schwenkpunkt SP vorzugsweise auf der Drehachse D liegt. Die Segmentwelle 13 wandelt die Linearbewegung des Kolbens 12 in eine Rotationsbewegung des Schwenkhebels 6a um die Drehachse D um. Bei einer Verschiebung des Kolbens 12 entlang der Kolbenachse K wird somit die Segmentwelle 13 um die Drehachse D verdreht, wobei insbesondere zugleich der Schwenkhebel 6a um den Schwenkpunkt SP verschwenkt wird. Beispielsweise sind die beiden Radträger 3a, b in der ersten Endposition des Kolbens 12 um einen ersten maximalen Einschlagwinkel verschwenkt, wobei der Kolben 12 in axialer Richtung in Bezug auf die Kolbenachse K an dem ersten Endanschlag 14a anliegt. In der zweiten Endposition des Kolbens 12 sind die beiden Radträger 3a, b in einer Gegenrichtung um einen zweiten maximalen Einschlagwinkel verschwenkt, wobei der Kolben 12 in axialer Richtung in Bezug auf die Kolbenachse K an dem zweiten Endanschlag 14b anliegt. Analog hierzu kann das weitere Lenkgetriebe 5b identisch oder baugleich ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nutzfahrzeug
- 2
- Lenkanordnung
- 3a
- erster Radträger
- 3b
- zweiter Radträger
- 4a
- erster Querlenker
- 4b
- zweiter Querlenker
- 5a
- Lenkgetriebe
- 5b
- weiteres Lenkgetriebe
- 6a
- Schwenkhebel
- 6b
- weiterer Schwenkhebel
- 7a
- erste Spurstange
- 7b
- zweite Spurstange
- 8
- Lenkrad
- 9
- leer
- 10
- Verbindungsstange
- 11
- Gehäuse
- 12
- Kolben
- 12a
- erster Zylinderabschnitt
- 12b
- zweiter Zylinderabschnitt
- 12c
- Verzahnungsabschnitt
- 13
- Segmentwelle
- 13a
- weiterer Verzahnungsabschnitt
- 14
- Zylinderraum
- 14a
- erster Endanschlag
- 14b
- zweiter Endanschlag
- 15a
- erster Arbeitsraum
- 15b
- zweiter Arbeitsraum
- 16
- Hydraulikvorrichtung
- A1
- Fahrzeugquerachse
- A2
- Fahrzeuglängsachse
- D
- Drehachse
- F
- Fahrtrichtung
- GP1
- erster Gelenkpunkt
- GP2
- zweiter Gelenkpunkt
- GP3
- linker Gelenkpunkt
- GP4
- rechter Gelenkpunkt
- GP5
- weiterer linker Gelenkpunkt
- GP6
- weiterer rechter Gelenkpunkt
- SP
- Schwenkpunkt
- SP1
- linker Schwenkpunkt
- SP2
- rechter Schwenkpunkt
- S1
- erste Schwenkachse
- S2
- zweite Schwenkachse
- K
- Kolbenachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004003395 A1 [0003]
