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Mehrachslenkanlage
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Die Erfindung betrifft eine Mehrachslenkanlage für Fahrzeuge mit einem
mechanisch-hydraulischen Lenkgetriebe mit einem Arbeitszylinder zur Lenkkraftverstärkung
für eine Achse und einer hydrostatischen, mit einer Blockiereinrichtung versehenen
Lenkverbindung für eine zweite Achse, die über ein Lenkgestänge mit einem zweiten
Arbeitszylinder betätigbar ist.
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Insbesondere Baufahrzeuge ibesitzen zur besseren Manövrierfähigkeit
und Wendigkeit neben einer gelenkten Vorderachse noch eine ebenfalls lenkbare Hinterachse.
Die Hinterachse ist dabei im allgemeinen eine reine hydrostatische Lenkung, welche
im Bedarfsfalle zugeschaltet wird. Aus Sicherheitsgründen ist diese Zuschaltung
jedoch von bestimmten Voraussetzungen abhänyig. So darf z.B. keine Zuschaltung bei
höheren Fahrtgeschwindigkeiten erfolgen. Dies bedeutet, daß man bei Fahrten auf
einer Straße mit höheren Geschwindigkeiten lediglich in herkömmlicher Weise über
die Vorderachse lenken kann. Als Blockiereinrichtung für die Hinterachse, d.h. damit
die Hinterachse nicht gelenkt werden kann, sind Blokkiereinrichtungen bekannt, durch
welche die Lenkung für die Hinterachse blockiert wird. Bekannt sind hierzu Getriebesperren,
durch die z.B. ein Schalten in den zweiten oder dritten Gang so lange nicht möglich
ist, so lange die Hinterachslenkung nicht blockiert ist.
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Zur Blockierung selbst ist es erforderlich, daß die Hinterachslenkung
zuerst auf Mitte gestellt wird, welche vom Fahrer erst gesucht werden muß. Wenn
die Hinterachslenkung zugeschaltet werden soll, muß weiterhin der Fahrer erst die
Vorderachse auf Mitte stellen, damit eine exakte Lenkkinematik
erreicht
werden kann.
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Alle diese genannten Tätigkeiten müssen manuell durchgeführt werden,
was einen erheblichen Zeitaufwand darstellt. Außerdem sind damit Fehlermöglichkeiten
gegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Mehrachslenkanlage
zu schaffen, bei der die Blockiereinrichtung bei einem einfachen Aufbau sehr sicher
ist, wobei besonders Fehlermöglichkeiten von Seiten des Fahrers weitgehend vermieden
werden sollen und ggf. auch eine Automatisierung durchführbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Blockiereinrichtung
einen im Lenkgestänge der zweiten Achse angeordneten Blockierzylinder aufweist,
in dem ein mit dem Lenkgestänge verbundenes und damit verstellbares Halteglied durch
ein ein- und ausrückbares Blockierteil mechanisch arretierbar ist.
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Statt einer Koppelung der Blockiereinrichtung mit dem Fahrtgetriebe
wird nunmehr zu diesem Zweck ein Blockierzylinder verwendet, der in dem Lenkgestänge
angeordnet ist.
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Neben einer hydraulischen Blockierung durch eine entsprechende Abschaltung
des zweiten Arbeitszylinders, wobei in den beiden Kolbenräumen das Druckmittel,
>im allgemeinen Ö1 als Puffer verbleibt, wird auf diese Weise eine mechanische
Blockierung erreicht. Der Blockierzylinder kann dabei an beliebiger Stelle im Lenkgestänge
der zweiten Achse angeordnet sein.
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Die erfindungsgemäße Blockiereinrichtung ist sowohl für Fahrzeuge
mit Ein- und Zweikreislenkanlagen und hydrostatischem
Mehrachslenksystem
geeignet.
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Das Blockierteil kann z.B. ein iiber ein Schaltventil aktivierbarer
Blockierkolben sein, der im eingerückten Zustand in einer Aussparung, zwischen Anschlägen
oder dgl. das Halteglied aufnimmt.
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Dabei kann der Blockierkolben pneumatisch oder hydraulisch betätigt
werden.
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Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin,
daß der Blockierzylinder mit einer elektrischen Kontakteinrichtung zur Mittenfeststellung
versehen ist.
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Durch diese Maßnahme kann ein umständliches Suchen der Mitte entfallen.
So kann z.B. die elektrische Kontakteinrichtung auf optische und/oder akustische
Weise die Mittenstellung der Achse dem Fahrer anzeigen, wonach dieser lediglich
noch die Blockiereinrichtung betätigen muß.
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Das Halteglied kann ein auf einer Schubstange angeordneter Haltering
sein, an dem z.B. ein Kontaktstift als Kontakteinrichtung beim Uberfahren der Mittenstellung
zur Anlage kommt und damit einen Impuls erzeugt.
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Aus Sicherheitsgründen kann vorgesehen sein, daß der Blokkierkolben
an beiden Außenseiten Abschrägungen aufweist, die von dem Halteglied überfahrbar
sind.
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Dies bedeutet, daß z.B. bei einer falschen Betätigung der Blockiereinrichtung,
d.h. einem Vorrücken des Blockierkolbens das Halteglied, z.B. der Haltering, doch
noch in die Aussparung, zwischen die Anschläge oder dgl. gelangt und damit arretiert
wird. Hierzu ist es lediglich erforderlich,
daß die von dem Lenkgestänge
erzeugte Kraft zur Verstellung des Haltegliedes, z.B. dem auf der Schubstange angeordneten
Haltering, größer ist als die Druckkraft durch den Blockierkolben. In diesem Falle
wird nämlich bei einem Überfahren der Abschrägungen durch den Haltering von außen
her der Blockierkolben soweit zurückgedrückt, daß der Haltering in die Aussparungen
in Mittenstellung einrasten kann.
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Die beiden Arbeitszylinder können im Hydraulikkreis hintereinander
angeorndet sein, wobei der zweite Arbeitszylinder über ein Zuschaltventil zuschaltbar
sein kann. Auf diese Weise werden die Lenkeindchläge der beiden Achsen synchronisiert.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das
Zuschaltventil der hintereinanderliegenden Arbeitszylinder mit einer Kreuzschaltuny
versehen ist. Auf diese Weise läßt sich bei der erfindungsgemäßen Mehrachslenkanlage
auch ein Hundegang verwirklichen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß Arbeitszylinder
mit ausgeglichenen Kolbenflächen verwendet werden.
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Weitere erfindungsgemäße Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich
aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig
beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt: Figur 1: Hydraulisches Schaltschema der erfindungsgemäßen
Mehrkreislenkanlage; Figur 2: einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Blockierzylinder;
Figur
3: elektrischer Schaltplan für die Mehrachslenkanlage mit automatischer Steuerung.
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Die erfindungsgemäße Mehrachslenkanlage besteht im wesentlichen aus
einer mechanisch-hydraulisch gelenkten Achse 1, einer zweiten hydrostratisch gelenkten
Lenkachse 2 und einer Blockiereinrichtung 3.
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Die Achse 1 ist von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend nur kurz
auf deren wichtigsten Teile eingegangen wird.
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Sie weist eine von einem Motor 4 angetriebene Pumpe 5 auf, welche
ein Hydrolenkgetriebe 6 mit Drucköl versorgt. Die Pumpe 5 erhält ihr Öl von einem
Tank 7. Über einen Lenkstockhebel 8, ein Gestänge 9 und einen Radlenkhebel 10 erfolgt
die Radlenkung. Über eine Schubstange 11 verstärkt ein Arbeitszylinder 12 mit einem
Kolben 13 die Lenkbewegung des Hydrogetriebes 8. Hierzu dienen Druckleitungen 43
und 14.
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Die Druckleitung 14 wird über ein Zuschaltventil 15 geführt, das je
nach Schaltstellung das Drucköl vom Arbeitszylinder 12 direkt in das Hydrolenkgetriebe
6 zurückführt oder zu einem zweiten Arbeitszylinder 16 mit einem Hydraulikkolben
42 führt. Wie ersichtlich ist somit der Arbeitszylinder 16 der hydrostatischen Lenkachse
2 zu dem Arbeitszylinder 12 der Achse 1 in Reihe schaltbar. Die zu lenkenden Räder
der Lenkachse 2 sind über ein Lenkgestänge, im allgemeinen ein Lenktrapez, mit dem
Arbeitszylinder 16 verbunden. In dem Lenkgestänge ist nun der Blockierzylinder 3
angeordnet, der über ein Schaltventil 17 und einen Druckspeicher 18 mit Druckluft
versorgbar ist.
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Wie ersichtlich, ist die hydrostatische Verbindung zwischen der Achse
1 und der Achse 2 nach dem Verdrängerprinzip aufgebaut. Entsprechend dem Hebellängenverhältnis
der beiden Stangen 9 und 11 am Radlenkhebel 10 kann der Lenkeinschlag der Lenkachse
2 noch beeinflußt werden. Wenn das Zuschaltventil 15 noch um eine Kreuzschaltung
(in der Figur 1 gestrichelt dargestellt) erweitert ist, läßt sich bei Zylindern
mit ausgeglichenen Kolbenflächen noch zusätzlich ein Hundegany verwirklichen. Neben
der hydraulischen Blockierung der Lenkachse 2 bei einer Schaltstellung des Zuschaltventiles
15 wie in der Fig. 1 gezeichnet, ist die Lenkachse 2 auch noch mechanisch durch'den
Blockierzylinder 3 blockiert.
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Der genaue Aufbau des Blockierzylinders 3 ist aus der Figur 2 deutlicher
ersichtlich. Er weist eine Schubstange 19 auf, an derem Ende ein Haltering 20 als
Halteglied befestigt ist.
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Entsprechend der Lenkbewegung wird die Schubstange 19 in dem Zylinder
3 hin- und hergeschoben. Im Bereich der Mittenstellung der Räder der Lenkachse 2
befindet sich ein Blockierkolben 21, welcher über einen Druckanschluß 22 und das
Schaltventil 17 mit dem Speicher 18 verbindbar ist. Durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung
kann der Blockierkolben 21 in das Innere des Blockierzylinders 3 so eingeschoben
werden, daß der Weg des Halteringes 20 blockiert wird. In der Figur 2 ist hierzu
in der linken Hälfte der Blockierkolben 21 im eingefahrenen Zustand und in der rechten
Hälfte im ausgefahrenen Zustand dargestellt, wobei sich in dem Druckraum 23 entsprechend
Druck befindet. Das vordere Ende des Blockierkolbens 21 ist mit einer Aussparung
24 verstehen, in die der Haltering 20 bei ausgefahrenem Blockierkolben 21 einrastet.
Auf diese Weise ist die Schubstange 19 mechanisch festgehalten und damit auch die
Lenkung der Lenkachse 2 mechanisch blockiert. Der Blockierkolben 21 ist mit einer
Bohrung 25 versehen, durch die ein Kontaktstift 26 gesteckt ist, dessen vorderes
Ende 27 durch eine Feder 28 an den Umfang
des Halteringes 20 anpressbar
ist. Jedes Mal beim Überfahren der Mittenstellung, d.h. der Geradeausfahrtstellung
der Lenkachse 2 kann damit ein Massekontakt hergestellt werden, welcher zur Abgabe
eines Signal es dient. Auf diese Weise kann mit Hilfe eines Anzeige- oder Schaltelementes
die Stellung der Lenkachse 2 kontrolliert werden. Durch eine Druckfeder 29 wird
der Blockierkolben 21 in seiner Ruhestellung, d.h. eingeschobenen Position, gehalten.
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Über das Schaltventil 17 ist es möglich die Funktion der Lenkachse
2 in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit zu steuern. Der Blockierzylinder
3 kann mit seiner aufgesetzten Blockiereinrichtung mit dem Blockierkolben 21 ähnlich
wie ein Arbeitszylinder angeordnet bzw. eingebaut werden.
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Auf der Vorderseite ist der Blockierkolben 21 an seinen beiden Außenseiten
mit Abschrägungen 30 versehen. Wenn die von der Lenkung erzeugte Kraft auf die Schubstange
19 größer ist als die Haltekraft auf den Blockierkolben 21, wenn dieser druckbeaufschlagt
ist, und wenn die Blockiereinrichtung versehentlich im ausgelenkten Zustand der
Lenkachse 2 betätigt wird, dann überfährt der Haltering 20 die Abschrägungen 30,
wozu der Haltering ebenfalls vorzugsweise zur Erleichterung des Überfahrens Abrundungen
bzw. Abschrägungen aufweist. Zu diesem Zweck sollten auch auf der Innenseite Abschrägungen
vorhanden sein, damit der Haltering 20 den Blockierkolben überfahren kann. Damit
bleibt die Lenkung weiter funktionsfähig. Zum Entriegeln der Blockiereinrichtung
ist es lediglich erforderlich, daß über das Schaltventil 17 der Druck aus der Druckkammer
23 abgelassen wird, wodurch der Blokkierkolben 21 aufgrund der Kraft der Feder 29
in seine Ruhelage zurückkehrt und damit den Haltering 20 freigibt.
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Die Steuerung der Mehrachslenkanlage ist aus der Figur 3 ersichtlich.
Dabei sollte sichergestellt sein, daß zum mechanischen Verriegeln der hydrostatischen
Lenkachse 2 folgende Funktionskriterien erfüllt sind: 1. Eine Blockierung der Lenkachse
2 soll nur in Geradeausfahrtstellung möglich sein.
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2. Eine Zuschaltung der Achse 2 soll nur in Geradeausfahrtstellung
der Achse 1 möglich sein, damit eine exakte Lenkkinematik erreicht wird.
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Zur Erhöhung des Fahrtkomforts und zur Entlastung des Fahrers ist
eine automatische Steuerung in der Fig. 3 mit dem elektrischeR Schaltplan dargestellt.
Dem Fahrer ist es mit Hilfe dieser Steuerung möglich, über einen Wahlschalter 31
die hydrostatische Lenkverbindung herzustellen, bzw. zu unterbrechen und zwar unabhängig
von der jeweiligen Lenkstellung. Der Wahl schalter 31 ist jedoch nicht unbedingt
erforderlich, sondern stellt lediglich eine Komforterhöhung dar. Um bestehende Regelungen
bezüglich hydrostatischer Lenkverbindungen einzuhalten, wurde in die Schaltung auch
eine fahrgeschwindigkeitsabhängige Komponente aufgenommen.
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Ein Zuschalten der hydrostatisch angelenkten Achse darf ebenfalls
nur möglich sein, wenn die 1. mechanisch angelenkte Achse 1 in Geradeausfahrtstellung
steht, 2. die Fahrtgeschwindigkeit kleiner als die zulässige Fahrtgeschwindigkeit
ist und 3. der Wahlschalter in Stellung "EIN" steht.
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Eine Blockierung der hydrostatisch angelegten Achse erfolgt nur dann,
wenn die 1. hydrostatisch angelenkte Achse 2 in Geradeausfahrtstellung steht, 2.
die zulässige Geschwindigkeit überschritten wird oder der Wahl schalter sich in
Stellung "AUS" befindet.
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Dabei müssen zum Aufbau der hydrostatischen Lenkverbindung alle drei
angeführten Schaltbedingungen erfüllt sein.
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Bei den Blockierbedingungdn müssen nun zwei Betriebsfälle unterschieden
werden: 1. Betriebsfall: Bei zugeschalteter Lenkachse 2 wird die zulässige Geschwindigkeit
überschritten. In diesem Falle wird beim nächsten Erreichen der Geradeausfahrtstellung
eine automatische Blokkierung der hydrostatisch angelenkten Achse 2 vorgenommen.
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Befindet sich die Fahrtgeschwindigkeit wieder im zulässigen Bereich,
so kann eine automatische Zuschaltung der Lenkachse 2 beim nächsten Überfahren der
Geradeausfahrtstellung der mechanisch gelenkten Achse 1 erfolgen.
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2. Betriebsfall: Bei zugeschalteter Lenkachse 2 wird der Wahlschalter
31 auf Stellung "AUS" gebracht. In diesem Falle erfolgt eine automatische Blockierung
der hydrostatisch angelenkten Achse 2 beim nächsten Erreichen der Geradeausfahrtstellung.
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Wird bei blockierter Lenkachse 2 und zulässiger Geschwindigkeit der
Wahlschalter 31 auf Stellung "EIN" gebracht, so erfolgt eine autoatische Zuschaltung
der Lenkachse 2 beim nächsten Überfahren der Geradeausfahrtstellung der mechanisch
gelenkten Achse 1.
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Zum Aufbau der Schaltung nach der Figur 4 müssen folgende Signale
bzw. Schalter vorhanden sein: Ein Schalter 32, der die Geradeausfahrtstellung der
mechanisch gelenkten Achse 1 anzeigt. Das Signal kann z.B. am Lenkstockhebel 8 des
Hydroleinkgetriebes 6 über einen mechanischen Schalter abgenommen werden. Bei Geradeausfahrtstellung
ist der Schalter 32 geschlossen.
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Ein Schalter 33> der fahrtgeschwindigkeitsabhängig betätigt wird.
Hier besteht die Möglichkeit zur Verwendung eines elektronisch umgeformten Tachosignales
oder eines im Getriebe integrierten Schalters. Ein im Getriebe integrierter Schalter
hätte den Vorteil von definierten Schaltzuständen ohne Übergangs- bzw. Grenzbereichen.
Bei geschlossener Stellung des Schalters 33 befindet sich die Geschwindigkeit im
zulässigen Bereich.
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Der Wahlschalter 31 dient für die Wahl zum Zuschalten der Lenkachse
2 oder zum Blockieren, wobei in Stellung "EIN" eine Zuschaltmöglichkeit gegeben
ist.
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Mit einem Schalter 34 wird die Blockier- und Geradeausfahrtstellung
der Lenkachse 2 angezeigt. Das Signal hierzu kann über den im BLockierzylinder 3
eingebauten Kontaktstift 26 erhalten werden. Hierzu dient auch ein Relais 35. Wenn
über den Kontaktstift 26 Strom fließt, d.h. in der Mittenstellung der Lenkachse
2, wird das Relais 35 angezogen, wobei der
Schalter 34 offen ist.
Wird die Mittenstellung verlassen, öffnet das Relais und der Schalter 34 wird geschlossen.
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Über einen Relaisschalter 37 werden die Elektromagnetventile 15 und
17 betätigt, d.h. die Lenkachse 2 wird zugeschaltet, wobei der Blockierzylinder
3 drucklos gemacht wird. Ein Relais 38 zieht dabei an und schließt Schalter 36 und
37, wenn die Schalter 31, 32 und 33 geschlossen sind. Über den Schalter 36 wird
eine Relaisselbstschaltung aufgebaut, d.h.
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Relais 38 erhält Strom über Leitung 39, Verzweigung 40 und Leitung
41. Wird nun der Schalter 32 geöffnet, d.h. wird mit der Lenkachse 1 in üblicherlWeise
gelenkt, so bleibt über die Leitung 39, die Verzweigung 40 und die Leitung 41 das
Relais angezogen und damit der Stromkreis geschlossen. Dies bedeutet, auch mit der
Lenkachse 2 kann weiterhin gelenkt werden. Lediglich wenn die zulässige Geschwindigkeit
überschritten wird, wird der Schalter 33 geöffnet. Wird nun aufgrund einer Mittenstellung
der Lenkachse 2 der Massekontakt im Blockierzylinder hergestellt, zieht das Relais
35 an und öffnet den Schalter 34; d.h. die Relaisselbstschaltung wird unterbrochen
und die Elektromagnetventile 15 und 17 -fallen ab.
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Bei einem Überschreiten der zulässigen Geschwindigkeit ergibt sich
somit folgender Schaltzustand. Der Schalter 33 ist geöffnet, während der Schalter
34 noch geschlossen ist, wenn die Lenkachse 2 sich im ausgelenkten Zustand befindet.
Wird jedoch die Lenkachse 2 in die Mittenstellung zurückbewegt, so öffnet sich auch
der Schalter 34, wodurch der Stromfluß zu dem Relais 38 unterbrochen wird. Die Schalter
36 und 37 öffnen und damit wird auch der Stromfluß zu dem Elektromagnetventil 15
und 17 unterbrochen und durch eine Druckeinleitung von dem Pneumatikspeicher 18
aus über das Ventil 17 erfolgt eine Blockierung der Lenkachse 2 durch den Blockierzylinder.
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Statt elektrischer Schalter können im Rahmen der Erfindung jedoch
auch pneumatische oder hydraulische Schalter als Schaltglieder verwendet werden.
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Aufgrund des Speichercharakters der Schaltung erfolgt die Blockierung
der Lenkachse 2 nur in Abhängigkeit von der eigenen Lenkstellung. Auf diese Weise
ist es auch möglich einen hydrostatischen Versatz zwischen mechanisch gelenkter
Lenkachse 1 und hydrostatisch angelenkter Achse 2 auszugleichen. Für diesen Zweck
ist bs lediglich erforderlich, daß der Wahl schalter 31 betätigt wird, wodurch die
Lenkachse 2 in Mittenstellung blockiert wird.
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Der Stromast 40A der Verzweigung 40 wurde aus Sicherheitsgründen eingefügt,
uni Kontaktzeiten von Schalter 32 und 34 auszugleichen. Kontaktzeiten, d.h. unterschiedliche
Schaltzeiten, können auftreten durch ungleiche Kontaktmechanik und/oder hydrostatischen
Versatz zwischen Lenkachse 1 und 2.
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Als Schaltelemente können monostabile, elektromagnetisch betätigte
Wegventile in die Steuerung aufgenommen werden. Verwendet man hingegen bistabile,
elektromagnetisch betätigte Ventile, kann die Sicherheit erhöht werden, da bei Ausfall
der elektrischen Anlage sämtliche eingestellten Zustände erhalten bleiben.
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