Lenksysteme und Zubehör für Nutzfahrzeuge

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1 Lenksysteme und Zubehör für Nutzfahrzeuge

2 Richtungweisend. Viele Tonnen sicher im Griff und was dahinter steckt. Inhalt Seite ZF-Servocom ZF-Servocomtronic Zweikreis-Lenkanlagen ZF-Servocom RAS ZF-Servocom RAS-EC Halbblock-Hydrolenkungen Lenkungspumpen Ölbehälter Arbeitszylinder Lenksäulen Winkelgetriebe Kugelteleskopwellen/Kugelgelenkwellen Kreuzgelenke Sensoren Druckfilter Ventile Die Lenkung ist so etwas wie die Seele des Nutzfahrzeugs. Der Fahrer steht mit ihr in ständigem Kontakt, spürt über die Lenkung den Zustand der Straße und die Reaktion des Fahrzeugs. Hier entscheidet sich die Qualität der Lenkung, wenn sie einerseits leichtgängig und komfortabel arbeitet, andererseits möglichst viel Rückmeldung von der Straße zulässt. Dazu gehört ein sorgfältig abgestimmtes Zusammenspiel von präziser Mechanik und fein regelbarer Hydraulik, das wir mit unseren Lenksystemen perfektioniert haben. Sie werden von den Fahrzeugherstellern bevorzugt, weil sie kompakt und zuverlässig sind, von den Fahrern, weil sie komfortabel und präzise sind. Ein derart hohes technisches Niveau erreicht nur, wer das ganze System beherrscht. Deshalb widmen wir uns allen Komponenten. Lenksäulen, Lenkungspumpen, Ventile, Ölbehälter und andere Peripherieteile tragen ihren Teil zur Zuverlässigkeit bei. ZF-Servocom und ZF-Servocomtronic sind eingetragene Marken der ZF. 2 Wissenswertes

3 ZF Lenksysteme. Steuern in Richtung Zukunft. Als Gemeinschaftsunternehmen der Robert Bosch GmbH und der ZF Friedrichshafen AG fertigt ZF Lenksysteme GmbH seit Jahrzehnten Servolenkungen für Personen- und Nutzkraftwagen (Pkw und Nkw). Dabei werden alle genannten Anforderungen lückenlos erfüllt. Das bewährte Lenkungsprinzip der Kugelmutter-Hydrolenkung wurde mit der ZF-Servocom kontinuierlich weiterentwickelt, durch zahlreiche Patente geschützt und auf die speziellen Fahrzeugauslegungen abgestimmt. Und für vielfältigste Sonderanwendungen und zur Erfüllung von gesetzlichen Sicherheitskriterien kommen konsequenterweise unsere Halbblockund Zweikreislenkungen zum Einsatz. Axle Steering), die auch zum nachträglichen Einbau geeignet ist, und die elektronisch gesteuerte ZF-Servocom RAS-EC (Rear Axle Steering-Electronically Controlled) kommen gänzlich ohne die bisher bekannten schweren und unpräzisen Gestänge aus. Zukunftsweisende Innovationsansätze bezüglich Funktionalität, Design und Sicherheit werden mit dem Steer by Wire-Lenksystem von ZFLS eröffnet. Und als Mitglied eines europäischen Konsortiums von Fahrzeugherstellern, Zulieferern, Anwendern und Institutionen bereiten wir die Realisierung des automatischen Fahrens im Güterfernverkehr mit vor. Ein herausragendes Ergebnis innovativer Weiterentwicklung ist die ZF-Servocomtronic. Diese auf der Basis der Servocom aufgebaute Lenkung wird elektronisch gesteuert und arbeitet geschwindigkeitsabhängig. Sie zeichnet sich durch leichtes, komfortables Lenken beim Rangieren sowie ein sicheres Fahrgefühl bei zunehmender Geschwindigkeit aus. Neue Wege wurden auch auf dem Gebiet der Hinterachs-Lenkanlagen beschritten. Die ZF-Servocom RAS (Rear Einbauschema einer ZF-Servocom mit höhen- und neigungsverstellbarer Lenksäule, Kugelgelenkwelle, Lenkungspumpe und Ölbehälter. Wissenswertes 3

4 ZF-Servocom Mechanischer Aufbau Die ZF-Servocom, eine Kugelmutter- Hydrolenkung in Kompaktbauweise, besteht im Wesentlichen aus einem robusten Gussgehäuse (1) mit integriertem, mechanischem Lenkgetriebe, Steuerventil und Arbeitszylinder. Eine am Lenkrad erzeugte Drehbewegung wird über die Lenkwelle und den Ventilschieber (3) im Steuerventil auf die Schnecke (4) übertragen und über eine endlose Kugelkette (7) in eine Axialbewegung des Kolbens (2) umgewandelt. Gleichzeitig wird die rechtwinklig zur Kolbenlängsachse angeordnete Segmentwelle (6) durch Zahneingriff in Drehung versetzt. Der auf der Segmentwelle montierte Lenkstockhebel bewegt das zu den Radlenkhebeln führende Lenkgestänge und bewirkt somit den Lenkeinschlag der Räder. Die wesentlichen Bauteile des Servocom-Steuerventils sind der Ventilschieber mit sechs Steuernuten auf der Mantelfläche und eine Schnecke, in deren Ventilbohrung entsprechend abgestimmte Axialnuten angebracht sind. Die Mittenzentrierung (Neutralstellung) des Ventilschiebers erfolgt durch einen Drehstab (5), der gleichzeitig die Verbindung zwischen Ventil- schieber und Schnecke herstellt. Durch die Wälzlagerung des Ventilschiebers und der Schnecke wird die Präzision und Funktionssicherheit des Steuerventils auch bei hohen Drücken garantiert. Wird vom Lenkrad oder von den gelenkten Rädern her ein Drehmoment auf den Ventilschieber bzw. auf die Schnecke übertragen, so entsteht zwischen dem Ventilschieber und der Schnecke eine durch den Drehstab beeinflusste Relativdrehung. Hierbei wird der Ventilschieber gegen die ihn umschließende Schnecken-Ventilbohrung verdreht und somit die Stellung der Steuernuten zueinander verändert. Dadurch gelangt der Druckölstrom über Verbindungsbohrungen in einen der beiden Arbeitszylinderräume (ZL oder ZR) und unterstützt die Axialbewegung des Kolbens. Wird das Lenkrad wieder losgelassen, werden die Steuernuten durch die Wirkung des tordierten Drehstabs wieder in Neutralstellung gebracht und in beiden Arbeitszylinderräumen herrscht der gleiche Systemdruck. Hydraulische Grundfunktion des Servocom-Steuerventils Der von einer motorgetriebenen Lenkungspumpe (21) geförderte Ölstrom fließt durch eine Anschlussbohrung im Gehäuseboden über die Zulauf-Radialnut (8) und Querbohrungen am Ventilteil der Schnecke (4) zu den drei Zulauf-Steuernuten (9) des Ventilschiebers (3). In Neutralstellung des Ventils (siehe Abb. Seite 5) strömt das Öl über die offenen Zulauf-Steuerkanten (10) in alle Axialnuten (11) des Schneckenkopfes und von dort über die offenen Rücklauf-Steuerkanten (13) auch in die Rücklauf-Steuernuten (12) des Ventilschiebers. Von diesen Nuten kann das Abbildung oben: ZF-Servocom, Typ Abbildung Seite 5: ZF-Servocom, Typ 8098, Steuerventil in Neutralstellung. 1 Gehäuse 2 Kolben 3 Ventilschieber 4 Schnecke 5 Drehstab 6 Segmentwelle 7 Kugelkette 8 Zulauf-Radialnut 9 Zulauf-Steuernut 10 Zulauf-Steuerkante 11 Axialnut 12 Rücklauf-Steuernut 13 Rücklauf-Steuerkante 14 Rücklaufraum 15 Radialnut 16 Radialnut 17 Hydr. Lenkbegrenzung 18 Druckbegrenzungsventil 19 Nachsaugventil 20 Strombegrenzungsventil 21 Lenkungspumpe 22 Ölbehälter ZL Arbeitszylinder, links ZR Arbeitszylinder, rechts 4 ZF-Servocom

5 ZL ZR ZF-Servocom 5

6 ZL ZR ZF-Servocom, Typ 8098, Steuerventil in Arbeitsstellung. Lenkrad im Uhrzeigersinn gedreht. 1 Gehäuse 2 Kolben 3 Ventilschieber 4 Schnecke 5 Drehstab 6 Segmentwelle 7 Kugelkette 8 Zulauf-Radialnut 9 Zulauf-Steuernut 10 Zulauf-Steuerkante 11 Axialnut 12 Rücklauf-Steuernut 13 Rücklauf-Steuerkante 14 Rücklaufraum 15 Radialnut 16 Radialnut 17 Hydr. Lenkbegrenzung 18 Druckbegrenzungsventil 19 Nachsaugventil 20 Strombegrenzungsventil 21 Lenkungspumpe 22 Ölbehälter ZL Arbeitszylinder, links ZR Arbeitszylinder, rechts 6 ZF-Servocom

7 Öl über Bohrungen zum Rücklaufraum (14) im Innern der Schnecke und von dort zum Ölbehälter (22) zurückfließen. Gleichzeitig verbinden die Radialnuten (15 und 16) des Steuerventils und die zugeordneten Verbindungen den rechten Arbeitszylinderraum (ZR) mit dem linken (ZL). Bei Drehung des Lenkrads im Uhrzeigersinn (Abb. Seite 6) bewegt sich der Kolben (2) bei einem rechtsgängigen Kugelgewinde in der Kolbenbohrung nach rechts. Durch die gleichzeitige Rechtsdrehung des Ventilschiebers (3) gelangt das Drucköl über die weiter geöffneten Zulauf-Steuerkanten (10) in die drei zugeordneten Axialnuten (11), über Bohrungen in die Radialnut (16) und über eine Verbindung zum linken Zylinderraum (ZL), wodurch die Kolbenbewegung hydraulisch unterstützt wird. Der individuell abstimmbare Druckaufbau wird dadurch erreicht, dass durch die teilweise bzw. vollständig geschlossenen Zulauf-Steuerkanten (10) eine Verbindung zwischen Druckölzulauf und den anderen drei Axialnuten (11), die mit der Radialnut (15) verbunden sind, eingeschränkt bzw. unterbunden wird. Gleichzeitig wird der Druckölablauf in die druckangesteuerten Axialnuten durch die sich schließenden Rücklauf-Steuerkanten (13) auch eingeschränkt bzw. unterbunden. Das im rechten Zylinderraum (ZR) durch den Kolben (2) verdrängte Öl fließt zunächst über eine Verbindung in die Radialnut (15) und Querbohrungen in die entsprechenden Axialnuten und über die weiter geöffneten Rücklauf-Steuerkanten (13) in die Rücklauf-Steuernuten (12). Von hier aus erfolgt der weitere Rückfluss zum Ölbehälter (22) über die zum Rücklaufraum (14) führenden Verbindungsbohrungen. Bei Linksdrehung des Lenkrads verhält sich der Ablauf analog hierzu. Hydraulische Lenkbegrenzung Um bei maximalem Radeinschlag das Lenkgestänge, die Radanschläge und die Lenkungspumpe vor übermäßiger Belastung zu schützen, verfügt die ZF-Servocom über eine mechanisch einstellbare oder automatisch im Fahrzeug einstellende hydraulische Lenkbegrenzung (17). Diese im Kolben (2) integrierte Einrichtung ist durch den Öldruck im rechten oder linken Arbeitszylinderraum stets geschlossen. Erst kurz vor der jeweiligen Kolbenendstellung wird das Lenkbegrenzungsventil durch das Auftreffen des Ventilstiftes auf die Einstellschraube bzw. -hülse geöffnet. Der unter Hochdruck stehende Zylinderraum erhält dadurch Verbindung mit dem gegenüber liegenden Rücklaufraum. Durch den Druckabfall wird die hydraulische Unterstützung stark reduziert. Das Drehen des Lenkrads bis zum Radanschlag ist nur noch mit erhöhtem Kraftaufwand möglich. Weitere Merkmale Die ZF-Servocom ist mit einem Druckbegrenzungsventil (18) ausgerüstet, das den Förderdruck der Lenkungspumpe auf den festgelegten Maximaldruck begrenzt. Außerdem kann bei Bedarf ein Nachsaugventil (19) in das Gehäuse bzw. in den Ventilschieber eingebaut werden. Dieses Ventil ermöglicht es, aus dem Rücklauf Öl anzusaugen, wenn ohne hydraulische Unterstützung gelenkt werden muss. Mechanisch einstellbare (oben) und automatisch einstellende Lenkbegrenzung (unten). Lenkbegrenzungsventil geöffnet, Öldruck stark vermindert. ZF-Servocom 7

8 ZF-Servocomtronic Druck p [bar] 0 km/h Betätigungsmoment [Nm] 20 km/h 50 km/h 100 km/h Konstruktion und Funktion Die ZF-Servocomtronic (4) ist eine geschwindigkeitsabhängig arbeitende Kugelmutter-Hydrolenkung für Lkw und Omnibusse. Durch den Einsatz von moderner Elektronik, eines elektro-hy- draulischen Wandlers und einer hydraulischen Rückwirkeinrichtung wurde erreicht, dass die am Lenkrad aufzubringende Betätigungskraft von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit abhängig ist. Für den Einbau der ZF-Servocomtronic ist entweder ein elektronischer Tachometer (1) oder ein geeignetes ABS- Steuergerät erforderlich. Die Geschwindigkeits-Signale von einem dieser Geräte werden zum elektronischen Steuergerät (2) geleitet, welches sowohl als separates Bauteil ausgeführt, als auch bereits in die vorhandene Fahrzeugelektronik integriert werden kann. Der Mikroprozessor des Servocomtronic-Steuergeräts wertet die Geschwindigkeits-Signale aus und setzt sie in einen geregelten elektrischen Strom um, der den elektro-hydraulischen Wandler (3) ansteuert. Der direkt am Zylinderdeckel angebrachte Wandler bestimmt auf Grund dieses Einflusses die hydraulische Rückwirkung am Steuerventil und somit das Betätigungsmoment am Lenkrad. Durch die geschwindigkeitsabhängige Beeinflussung der Lenkung wird erreicht, dass zum Lenken im Stand und bei niedrigen Geschwindigkeiten, z.b. beim Ein- und Ausparken, nur minimale Kräfte erforderlich sind. Da sich Abbildung oben: ZF-Servocomtronic Kennliniendiagramm. Dargestellt ist die Änderung der Größen Druck und Betätigungsmoment in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit. Der Kennlinienverlauf kann dem Fahrzeugcharakter speziell angepasst werden. Abbildung Seite 9: Schematische Darstellung der ZF-Servocomtronic, Typ elektronischer Tachometer im Fahrzeug 2 elektronisches Steuergerät (Mikroprozessor, 12 V) 3 elektro-hydraulischer Wandler 4 ZF-Servocomtronic 5 Lenkungspumpe 6 Ölbehälter mit Feinfilter 7 Kugelgelenkwelle 8 höhen- und neigungsverstellbare Lenksäule 8 ZF-Servocomtronic

9 die hydraulische Rückwirkung im Verhältnis zur Fahrgeschwindigkeit ändert, nimmt die Betätigungskraft am Lenkrad mit steigender Geschwindigkeit zu (siehe Abb. Seite 8). Der Fahrer hat dadurch bei höherer Geschwindigkeit einen besonders guten Kontakt zur Fahrbahn und kann exakt und zielgenau lenken. Ein weiterer Vorteil der ZF-Servocomtronic besteht darin, dass Öldruck und Volumenstrom zu keinem Zeitpunkt reduziert werden und deshalb in Notsituationen, z.b. bei unvorhersehbaren Lenkkorrekturen, stets blitzschnell abrufbar sind. Durch diese Eigenschaften wird eine außerordentlich hohe Lenkpräzision und Sicherheit bei gleichzeitig bestem Lenkkomfort erreicht. Mechanischer Aufbau Als Basislenkung für die ZF-Servocomtronic dient die millionenfach bewährte ZF-Servocom mit dem auf den Seiten 4 bis 7 beschriebenen Konstruktionsund Funktionsprinzip. Abweichend hierzu ist in der Axialbohrung der Schnecke (4) ein torsionssteifer Faltenbalg (5, siehe Abb. Seite 10) angeordnet, dessen unteres Ende mit der Schnecke verdrehfest verbunden ist. Das obere Teil des Faltenbalges ist als Zentrierbüchse (26) ausgebildet und drückt mit einer fahrzeugspezifisch abgestimmten axialen Federkraft auf eine Prismenzentrierung mit zwei Rollen (27). Dies wirkt sich bei Geradeausfahrt besonders positiv auf die exakte Mittenzentrierung des Steuerventils aus. Ein im Zylinderdeckel zentrisch zur Schnecke geführter Rückwirkkolben (28) belastet bei hydraulischer Druckbeaufschlagung über ein Distanzrohr (29) ebenfalls die Prismenzentrierung und erschwert zusätzlich zur Federkraft des Faltenbalges die Verstellung des Steuerventils aus der Neutrallage. Die Größe dieser hydraulischen Rückwirkung wird von der momentan angezeigten Fahrgeschwindigkeit und der daraus resultierenden Öffnungsposition des elektrohydraulischen Wandlers bestimmt ZF-Servocomtronic 9

10 ZL ZR ZF-Servocomtronic, Typ 8098, Steuerventil in Arbeitsstellung. Lenkrad im Uhrzeigersinn gedreht, Fahren mit hoher Geschwindigkeit, Wandlerventil ganz geöffnet, maximale Rückwirkung durch Abschneidventil begrenzt. 1 Gehäuse 2 Kolben 3 Ventilschieber 4 Schnecke 5 Faltenbalg 6 Segmentwelle 7 Kugelkette 8 Zulauf-Radialnut 9 Zulauf-Steuernut 10 Zulauf-Steuerkante 11 Axialnut 12 Rücklauf-Steuernut 13 Rücklauf-Steuerkante 14 Rücklaufraum 15 Radialnut 16 Radialnut 17 Hydr. Lenkbegrenzung 18 Druckbegrenzungsventil 19 Nachsaugventil 20 Strombegrenzungsventil 21 Lenkungspumpe 22 Ölbehälter 23 elektronischer Tachometer 24 elektronisches Steuergerät (12 V) 25 elektro-hydraulischer Wandler 26 Zentrierbüchse 27 Rolle 28 Rückwirkkolben 29 Rohr 30 Rückwirkraum 31 Blende 32 Abschneidventil ZL Arbeitszylinder, links ZR Arbeitszylinder, rechts 10 ZF-Servocomtronic

11 Funktion der ZF-Servocomtronic Bei niedrigen Geschwindigkeiten, z. B. beim Rangieren, werden vom elektronischen Tachometer (23) oder dem ABS-Steuergerät nur sehr wenige Signale an den im elektronischen Steuergerät (24) integrierten Mikroprozessor geleitet. Dieser wertet die Signale aus und gibt sie als abgestimmten Steuerstrom an den elektro-hydraulischen Wandler (25) weiter. Durch die in dieser Fahrsituation auftretende maximale Stromstärke schließt sich das Wandlerventil und verhindert einen Druckaufbau im Rückwirkraum (30). Eine Blende (31) stellt sicher, dass im Rückwirkraum auch Rücklaufdruck- Niveau herrscht. Somit ist die Lenkung durch die eliminierte Rückwirkung leichtgängig und läßt sich mit geringem Kraftaufwand bedienen. Bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit verursachen die häufiger werdenden Geschwindigkeits-Signale nach der Umwandlung durch den Mikroprozessor eine Reduzierung des an den elektrohydraulischen Wandler geleiteten Steuerstroms. Dadurch nimmt das Wandlerventil eine auf die augenblickliche Fahrgeschwindigkeit abgestimmte Öffnungsposition ein und ermöglicht einen begrenzten Ölzulauf aus der Zulauf-Radialnut (8) über eine Rohrleitung in den Rückwirkraum (30). Der Rückwirkkolben drückt nun über das Distanzrohr auf die Prismenzentrierung und erschwert die Verstellung des Steuerventils. Somit ist bei diesem Funktionsablauf der hydraulischen Rückwirkung ein individuell festgelegtes höheres Betätigungsmoment am Lenkrad erforderlich bis eine bestimmte hydraulische Unterstützung im rechten (ZR) oder linken Zylinderraum (ZL) einsetzt. Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten (Abb. Seite 10), z.b. auf der Autobahn, ist durch den sehr geringen bzw. den fehlenden Steuerstrom für die Wandlerbetätigung dessen Ventil vollständig geöffnet. Dadurch wird die maximale Druckversorgung der Rückwirkeinrichtung aus der Zulauf-Radialnut (8) ermöglicht. Bei einer Rechtsdrehung des Lenkrads erhöht sich entsprechend dem vorherrschenden Betriebsdruck auch der Rückwirkdruck und beaufschlagt den Rückwirkkolben aus dem Rückwirkraum (30). Sobald der fahrzeugspezifisch festgelegte Rückwirkdruck die Obergrenze erreicht, wird zur Vermeidung eines weiteren Rückwirk-Druckanstiegs das Öl vom Abschneidventil (32) in den Rücklaufraum (14) abgeführt. Das hierbei erreichte Betätigungsmoment am Lenkrad steigt nun nicht weiter an und vermittelt durch besten Fahrbahnkontakt ein sicheres Fahrgefühl. Sicherheit der ZF-Servocomtronic Auch bei einem eventuellen Ausfall des Bordnetzes oder bei sonstigen elektrischen Störungen bleibt die Lenkung voll funktionsfähig. In diesen Ausnahmefällen arbeitet die ZF-Servocomtronic durch die mechanische Zwangsöffnung des Wandlerventils mit maximaler hydraulischer Rückwirkung (Schnellfahr-Kennlinie). Bei plötzlich ausbleibenden Geschwindigkeits-Signalen während der Fahrt, z.b. durch fehlenden Kabelkontakt oder defektes Tachometer, ist der hochentwickelte Mikroprozessor im elektronischen Steuergerät in der Lage, aus den zuletzt ausgewerteten Geschwindigkeits-Signalen einen konstanten Steuerstrom abzuleiten. Damit ist bis zum Abstellen des Fahrzeugmotors ein gleichbleibendes Lenkverhalten gewährleistet. Beim nächsten Motorstart bildet sich wieder die maximale hydraulische Rückwirkung entsprechend der Schnellfahr-Kennlinie. ZF-Servocomtronic, Typ ZF-Servocomtronic 11

12 ZF-Zweikreis-Lenkanlage mit 2 Pumpen Konstruktion und Funktion Für Fahrzeuge mit hohen Lenkachslasten oder mit mehreren gelenkten Achsen ist zur Erfüllung gesetzlicher Sicherheitskriterien der Einbau von Zweikreis-Lenkanlagen erforderlich. Von der auf der Grundkonzeption der ZF-Servocom (siehe Seite 4 bis 7) aufbauenden, modifizierten Zweikreis-Lenkanlage mit 2 Pumpen werden diese Anforderungen erfüllt. Eine zentrale Funktion kommt dabei dem lenkstummelseitig adaptierten Umschaltventil (6) zu. Es überwacht im Normalbetrieb die Betriebsbereitschaft der motorgetriebenen Lenkungspumpe 1 (1) und stellt die Verbindung zu einem für die zusätzliche komfortable Lenkunterstützung notwendigen Arbeitszylinder (5) sicher. Der von der fahrabhängig angetriebenen Lenkungspumpe 2 (2) erzeugte Ölstrom wird durch das Umschaltventil direkt, und somit ohne Nutzung, zum zweiten Ölbehälter 2 (4) zurück geleitet. Beim sehr seltenen Auftreten einer Notfallsituation, z. B. durch Motorstillstand oder Leistungsminderung der motorgetriebenen Pumpe, werden beide Schaltkolben (9 und 10) durch den zu niedrigen Pumpendruck mit Federkraft gegen die zugeordneten Kon- taktgeber (7) gedrückt. Dies bewirkt gleichzeitig, dass ein Schaltkolben (9) das Drucköl von der fahrabhängig angetriebenen Lenkungspumpe 2 zum Steuerventil der Lenkung leitet. Der zweite Schaltkolben (10) sperrt die Verbindung zum Arbeitszylinder ab, so dass die geringere Förderleistung der fahrabhängigen Pumpe für den sicheren Betrieb des Lenkgetriebes zur Verfügung steht. Dieser Zustand wird dem Fahrer über eine Kontrolleuchte signalisiert. Zudem erhöht sich bei extremen Lenksituationen durch den unwirksamen Arbeitszylinder der Kraftaufwand am Lenkrad. ZF-Servocom, Typ Modifizierte Zweikreis-Lenkung. Abbildung Seite 13: Schematische Darstellung der modifizierten Zweikreis- Lenkanlage, ZF-Servocom, Typ 8099 (rechtsgängig). Normalfunktion beim Einlenken nach rechts. Beide Pumpen fördern Öl. Arbeitszylinder mit Druckunterstützung. 1 Lenkungspumpe 1 2 Lenkungspumpe 2 3 Ölbehälter 1 4 Ölbehälter 2 5 Arbeitszylinder 6 Umschaltventil 7 Kontaktgeber 8 Zulauf-Radialnut 9 Schaltkolben (innen) 10 Schaltkolben (außen) 11 Rückschlagventil 12 Rückschlagventil ZL Zylinderraum, links ZR Zylinderraum, rechts 12 ZF-Zweikreis-Lenkanlage

13 ZR ZL 10 5 ZL ZR 8 ZF-Zweikreis-Lenkanlage 13

14 ZR 9 6 ZL 10 5 ZL ZR 8 Schematische Darstellung der modifizierten Zweikreis-Lenkanlage, ZF-Servocom, Typ 8099 (rechtsgängig). Notfallfunktion beim Einlenken nach rechts. Nur die fahrabhängig angetriebene Lenkungspumpe fördert Öl. Arbeitszylinder ohne Druckunterstützung. 1 Lenkungspumpe 1 2 Lenkungspumpe 2 3 Ölbehälter 1 4 Ölbehälter 2 5 Arbeitszylinder 6 Umschaltventil 7 Kontaktgeber 8 Zulauf-Radialnut 9 Schaltkolben (innen) 10 Schaltkolben (außen) 11 Rückschlagventil 12 Rückschlagventil ZL Zylinderraum, links ZR Zylinderraum, rechts 14 ZF-Zweikreis-Lenkanlage

15 Hydraulische Grundfunktion des Umschaltventils Der nach dem Motorstart von der motorangetriebenen Lenkungspumpe 1 (1) erzeugte Ölstrom beaufschlagt den inneren (9) und den äußeren Schaltkolben (10) im Umschaltventil (6) und verschiebt beide entgegen den Kontaktgebern (7) und gegen eine spezifisch festgelegte Federkraft. Bei dieser Stellung des inneren Schaltkolbens kann das Drucköl über eine interne Verbindung wie bei einer normalen ZF-Servocom zur Zulauf-Radialnut (8) am Steuerventil gelangen. Das Rücklauföl aus den Zylinderräumen (ZL/ZR) fließt über die geöffnete Ringnut zum Ölbehälter 1 (3) zurück. Der Ölstrom der fahrabhängigen Lenkungspumpe (2) wird ohne Nutzung über die geöffnete Ringnut zum Ölbehälter 2 (4) zurück geführt. Die Stellung des äußeren Schaltkolbens gibt den ungehinderten Druckölaustausch zwischen den zugeordneten Zylinderräumen (ZL/ZR) und dem separaten Arbeitszylinder (5) frei. Bei Motorstillstand bzw. Unterschreitung einer spezifisch festgelegten Ölmenge (Abb. Seite 14) werden beide Schaltkolben durch Federkraft gegen die Kontaktgeber gedrückt. Diese Stellung des inneren Schaltkolbens ermöglicht den Zufluss des von der fahrabhängigen Lenkungspumpe erzeugten Drucköls über eine Verbindung zur Zulauf-Radialnut (8). Der sonst im Normalbetrieb übliche direkte Rückfluß zum Ölbehälter 2 (4) ist unterbunden. Zusätzlich verhindert ein Rückschlagventil (11) den Ölabfluss über die motorgetriebene Lenkungspumpe zum Ölbehälter 1 (1). Das aus den Zylinderräumen (ZL/ZR) strömende Rücklauföl fließt nun über die geöffnete Ringnut zum Ölbehälter 2 (4) zurück. Ein Abfließen des Rücklauföls zum Ölbehälter 1 (3) ist in dieser Schaltfunktion nicht möglich. Der äußere Schaltkolben (10) sperrt bei dieser Stellung die Verbindung zwischen den Zylinderräumen (ZL/ZR) und dem Arbeitszylinder vollkommen ab. Das heißt, das radial am Schaltkolben anstehende Druck- bzw. Rücklauföl des Lenkgetriebes hat keine Durchflussmöglichkeit zu den zwei Ringnuten am Schaltkolben. Diese Ringnuten gewähren jedoch über ein Kanalsystem den wechselseitigen Ölaustausch im nun unwirksamen Hydraulikkreislauf des Arbeitszylinders. Rückschlagventile (12) zwischen dem abgesperrten Hydraulikkreislauf und den Zylinderräumen bewirken ein ausgeglichenes Druckniveau. ZF-Servocom, Typ Modifizierte Zweikreis-Lenkung. ZF-Zweikreis-Lenkanlage 15

16 ZF-Zweikreis-Lenkanlage mit 3 Pumpen Konstruktion und Funktion Bei Nutzfahrzeugen mit besonders hohen Lenkachslasten oder mit mehreren gelenkten Achsen ist zur Erfüllung gesetzlicher Sicherheitskriterien sowie des erforderlichen Lenkkomforts der Einbau von Zweikreis-Lenkanlagen mit 3 Pumpen notwendig. Das verwendete Lenkgetriebe entspricht in der Grundkonzeption dabei der ZF-Servocom (siehe Seite 4 bis 7). Das hohe Sicherheitspotenzial dieser Lenkanlage liegt darin begründet, dass zwei völlig voneinander getrennte Lenkungskreise bestehen und diese sich im Normalbetrieb vorteilhaft ergänzen. Der Lenkungskreis I wird vorrangig von der motorgetriebenen Lenkungspumpe 1 (1) mit Drucköl versorgt. Ein Zuschaltventil (2) im Ventilblock (3) steuert ab einem festgelegten Ölstrom die Weiterleitung des Öles von dieser Pumpe über das Steuerventil 1 (4) ins Lenkgetriebe und zum fallweise vorhandenen, parallel geschalteten Arbeitszylinder (5). Gleichzeitig wird bei der vorliegenden Schaltposition des Zuschaltventils der von der fahrabhängig angetriebenen Lenkungspumpe 2 (6) erzeugte Ölstrom ohne Nutzung, jedoch durch eine Überwachung mittels Durchflussanzeiger (7), zum gemeinsamen Ölbehälter 1 (8) zurück geführt. Beim Lenkungskreis II wird das Drucköl, welches über das Steuerventil 2 (12) den nachgeschalteten Arbeitszylinder (13) beaufschlagt, ebenfalls von einer motorgetriebenen Lenkungspumpe 3 (9) bereit gestellt. Ein Durchflussanzeiger (11) zwischen dem Steuerventil 2 und dem separaten Ölbehälter 2 (10) überwacht den fließenden Ölstrom. Abbildung Seite 17: Schematische Darstellung der Zweikreis- Lenkanlage ZF-Servocom, Typ 8099 (rechtsgängig). Normalfunktion beim Einlenken nach rechts. Beide Steuerventile in Arbeitsstellung. Druckaufbau im Lenkungskreis II verzögert. Alle Pumpen fördern Öl. 1 Lenkungspumpe 1 2 Zuschaltventil 3 Ventilblock 4 Steuerventil 1 5 Arbeitszylinder 6 Lenkungspumpe 2 7 Durchflussanzeiger 8 Ölbehälter 1 9Lenkungspumpe 3 10 Ölbehälter 2 11 Durchflussanzeiger 12 Steuerventil 2 13 Arbeitszylinder 14 Lenkbegrenzungsventil 15 Ringnut 16 Ringnut 17 Kolbenstellungsanzeiger 16 ZF-Zweikreis-Lenkanlage

17 Lenkungskreis I Lenkungskreis II ZF-Zweikreis-Lenkanlage 17

18 Lenkungskreis I Lenkungskreis II Schematische Darstellung der Zweikreis- Lenkanlage ZF-Servocom, Typ 8099 (rechtsgängig). Notfallfunktion beim Einlenken nach links. Beide Steuerventile in Arbeitsstellung. Nur die fahrabhängig angetriebene Lenkungspumpe fördert Öl. 1 Lenkungspumpe 1 2 Zuschaltventil 3 Ventilblock 4 Steuerventil 1 5 Arbeitszylinder 6 Lenkungspumpe 2 7 Durchflussanzeiger 8 Ölbehälter 1 9 Lenkungspumpe 3 10 Ölbehälter 2 11 Durchflussanzeiger 12 Steuerventil 2 13 Arbeitszylinder 14 Lenkbegrenzungsventil 15 Ringnut 16 Ringnut 17 Kolbenstellungsanzeiger 18 ZF-Zweikreis-Lenkanlage

19 Nur in einer sehr seltenen Notsituation, z.b. bei Motorstillstand, beschränkt sich die Anlage auf den sicheren Betrieb von Lenkungskreis I. Durch den fehlenden Ölstrom von der still stehenden Lenkungspumpe 1 wird das Zuschaltventil nicht bewegt, so dass das von der fahrabhängigen Lenkungspumpe 2 erzeugte Drucköl nun durch das Zuschaltventil zum Steuerventil 1 geleitet und somit im Lenkgetriebe und Arbeitszylinder wirken kann. Gleichzeitig unterbindet das Zuschaltventil den Ölabfluss über den Durchflussanzeiger und signalisiert dem Fahrer diesen Zustand über eine Kontrolllampe. Zusätzlich überwacht ein Kolbenstellungsanzeiger (17) die Funktion des Zuschaltventils. Der Lenkungskreis II ist durch den Motorstillstand ebenfalls ohne Druckversorgung. Ein Durchflussanzeiger zwischen dem Steuerventil 2 und dem Ölbehälter 2 meldet den fehlenden Ölfluss über eine weitere Kontrolllampe an den Fahrer weiter. Das Aufleuchten der Kontrolllampen erfordert aus Sicherheitsgründen eine baldige Überprüfung und Wartung der Lenkanlage. einer hydraulischen Lenkbegrenzung ausgerüstet. Die Einschränkung der hydraulischen Lenkunterstützung im Lenkungskreis I erfolgt entsprechend der normalen Einkreislenkung (siehe Seite 4 bis 7). Beim Lenkungskreis II dagegen wird der individuell festlegbare Druckabbau im Arbeitszylinder durch zwei einstellbare Lenkbegrenzungsventile (14) gesteuert. Diese befinden sich im Gehäusedeckel des Lenkgetriebes und werden über einen Nocken der Segmentwelle geöffnet. Beide Ventile sind über Rohrleitungen mit der jeweils zugeordneten Ringnut (15 und 16) von Steuerventil 2, und somit auch indirekt mit den Leitungen zum Arbeitszylinder, in Verbindung. Hydraulische Lenkbegrenzung Zum Schutz des Lenkgestänges, der Radanschläge und der Lenkungspumpen vor übermäßiger Belastung sind beide Lenkungskreise in der Regel mit Einbauschema einer ZF-Servocom Zweikreis- Lenkanlage mit 3 Pumpen, 2 Ölbehältern, Ventilblock, Durchflussanzeiger, Arbeitszylinder, Lenksäule und Kugelgelenkwelle. ZF-Zweikreis-Lenkanlage 19

20 1 ZF-Servocom RAS Hinterachs-Lenkanlage 5 2 Systembeschreibung 3 Die Hinterachs-Lenkanlage ZF-Servocom RAS (Rear Axle Steering) ist sowohl kosten- als auch gewichtsoptimiert und eignet sich besonders zur Zwangslenkung von nicht angetriebenen Hinterachsen. Die Lenkarbeit wird vom Vorderachslenksystem (1) und einem Arbeitszylinderteil im Geberzylinder (2) übernommen. 4 Vergleichbare Systeme wurden bis heute überwiegend nach dem mechanischen Prinzip, bestehend aus Schubstangen, Umlenkhebeln usw., konzipiert. Solche mechanischen Übertragungseinrichtungen erfordern einen großen Installationsraum durch den Schwenkbereich der Hebel und Schubstangen. Darüber hinaus sind solche Systeme durch hohes Gewicht gekennzeichnet. Ein weiterer Nachteil ist in der mangelhaften Lenksteifigkeit zu sehen, d.h. wegen der Elastizität der Übertragungsteile ist die gelenkte Hinterachse zu wenig stabilisiert und neigt in Geradeausfahrt zu Schwingungen. Die Hinterachs-Lenkanlage ZF-Servocom RAS erzielt im Vergleich zu mechanischen Lenkanlagen in vielen Punkten bessere Resultate. Der Systemumfang der RAS besteht im Wesentlichen aus 2 speziellen Arbeitszylindern und einem Hydrospeicher (3). Dabei pumpt der an der Vorderachse angeordnete Geberzylinder (2) analog zur Lenkwinkelbewegung Öl in den zugeordneten Zylinderraum des an der lenkbaren Hinterachse angeordneten Zentrierzylinders (4). Dadurch wird die Lenkbewegung der Vorderachse hydrostatisch auf die Hinterachse übertragen. Die Lenkwinkelübersetzung zwischen der Vorder- und Hinterachse wird vom Fahrzeughersteller durch die Auslegung der Lenkhebellängen bestimmt. Der Geberzylinder ist mit einer automatischen Synchronisierungseinrichtung und einem Druckbegrenzungsventil ausgestattet. In einem definierbaren Lenkwinkelbereich der Vorderachse, z.b. bis ca. ± 5, sind beide Schematische Darstellung der Hinterachs- Lenkanlage ZF-Servocom RAS, Typ ZF-Servocom 2 Geberzylinder 3 Hydrospeicher 4 Zentrierzylinder 5 Zusatzleitungen 20 ZF-Servocom RAS

21 Zylinderräume des Geberzylinders kurzgeschlossen. Innerhalb dieses kleinen Lenkwinkelbereichs der Vorderachse wird die Hinterachse durch eine hydraulische Zentriereinrichtung im Zentrierzylinder auf Geradeausfahrt gestellt und gehalten. Durch diese automatische Synchronisation können auch selten auftretende hydrostatische Versätze in den Zylindern kompensiert werden. Bei Lenkwinkeln über ca. ± 5 an der Vorderachse sind die Zylinderräume des Geberzylinders hermetisch voneinander abgetrennt. Dadurch ist die hydrostatische Lenkung bei Lenkwinkeln von über ±5 in Funktion. Eine Steuerung im Geberzylinder verhindert, dass bei Geradeausfahrtstellung der Vorderachse und hohen Verstellkräften an der gelenkten Hinterachse, hervorgerufen z. B. durch das Überfahren von Hindernissen in Vor- oder Rückwärtsfahrt, die kinematischen Bedingungen stark verändert werden. Dem hydrostatischen System ist ein Hydrospeicher zugeordnet. Dieser hat die Aufgabe, die Steifigkeit des hydrostatischen Übertragungssystems zu optimieren, indem die Übertragungsleitungen durch den Zentrierdruck vorgespannt sind. Darüber hinaus wirkt der Speicherdruck permanent auf die beiden hydraulischen Zentrierkolben im Zentrierzylinder. Der Zentrier- und Vorspanndruck liegt erfahrungsgemäß bei ca. 15 bar, und erfüllt somit die bei einer Fahrt ohne Hydraulik geforderten Sicherheitskriterien. Wenn durch die zusätzliche Lenkarbeit der Hinterachse der Lenkkomfort zu gering, d.h. die hydraulische Druckreserve zu klein wird, kann der Geberzylinder über Zusatzleitungen (5) mit Lenkungsdruck beaufschlagt werden, um für ausreichenden Lenkkomfort, z.b. beim Drehen im Stand, zu sorgen. Das Konzept der ZF-Servocom RAS kommt ohne zusätzliche elektrische und elektronische Komponenten aus und eignet sich durch die geringe Teilevielfalt auch für den nachträglichen Einbau. Besonders hervorzuheben ist die fahrdynamische Verbesserung in Geradeausfahrt durch die hydraulisch zentrierte Hinterachse. Eine höhere Wendigkeit, weniger Reifenverschleiß und Kraftstoffeinsparung sind weitere Pluspunkte des Systems. 2 4 ZF-Servocom RAS 21

22 ZF-Servocom RAS-EC Hinterachs-Lenkanlage Anwendung Moderne Nutzfahrzeuge müssen in immer stärkerem Maß den Forderungen der Kunden nach Wirtschaftlichkeit, Umweltschutz, Gesetzgebung und speziellem Anwendungsfall entsprechen. Die elektronisch gesteuerte Hinterachs-Lenkanlage ZF-Servocom RAS-EC (Rear Axle Steering Electronically Controlled) leistet dazu einen wichtigen Beitrag und bietet gleichzeitig eine Basis für ganz neue Lösungsan sätze bei der Entwicklung von Nutzfahrzeugen. Denn die ZF RAS-EC eignet sich besonders für Nutzfahrzeuge mit sehr großem Radstand und mehreren Hinterachsen. Die zunehmende Verkehrsdichte sowie die modernen Stadtplanungskonzepte erfordern Nutzfahrzeuge mit großer Ladekapazität und hoher Manövrierfähigkeit, um Innenstädte mit Gütern zu versorgen und zu entsorgen. Die aktive Hinterachslenkung erhöht die Fahrzeugwendigkeit besonders im Rangierbetrieb, da im Vergleich zu adhäsionsgelenkten Achsen auch bei Rückwärtsfahrt gelenkt wird. Durch die optimalen kinematischen Voraussetzungen wird der Reifenverschleiß reduziert sowie die Traktion an dieser Achse erhöht. Die Zwangslenkung von Hinterachsen bietet zusätzlich den Vorteil des sofortigen Seitenkraftaufbaus und führt dadurch zu einer Erhöhung der Fahrzeugstabilität und Fahrsicherheit. Die RAS-EC erfordert keine mechanische Verbindung zwischen Vorderachse und Hinterachse. Dadurch wird die Adaption in der Serienproduktion sowie in der Nachrüstung wesentlich erleichtert. Die Möglichkeit der Bandendeprogrammierung der elektronischen Steuerung eröffnet eine Anpassung an veränderte geometrische Größen (Radstand, Lenkwinkel) oder einem besonderen Einsatzprofil des Fahrzeugs. Eine Änderung von mechanischen Übertragungsteilen ist nicht erforderlich. Durch die elektronische Steuerung kann der Lenkwinkel an der Hinterachse in Abhängigkeit beliebiger Fahrparameter verstellt werden. So kann z.b. durch gegensinniges Lenken im niedrigen Geschwindigkeitsbereich die max. Wendigkeit erreicht werden. Gleichsinniges Lenken bei mittleren und höheren Geschwindigkeiten führt zu einem exakten Geradeauslauf und einer Stabilisierung des Fahrzeugs beim Spurwechsel. Sonderlenkprogramme, wie Heckausschwenkminimierung oder konstante gleichsinnige Übersetzung im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, erhöhen zusätzlich den Nutzen der RAS-EC. Die elektronische Steuerung ZF-Servocom RAS-EC. Prinzipbild für Fahrzeug 6x2x4 mit gelenkter Nachlaufachse (nicht angetrieben). 22 ZF-Servocom RAS-EC

23 1 2 des Hinterachs-Lenksystems ist mit einer Diagnoseschnittstelle (KWP 2000) ausgerüstet. Erkannte Fehler werden im Speicher abgelegt und können zum Service bzw. zur Fehlersuche ausgelesen werden Systembeschreibung Die Anforderungen an Hinterachs- Lenksysteme sind in der EWG 70/311 festgelegt. Bei einem Fehler im Lenksystem darf keine sicherheitskritische Fahrsituation entstehen. Abgeleitet davon ergibt sich bei der ZF RAS-EC folgendes Sicherheitskonzept: Bei nicht angetriebenen Achsen, mit selbstzentrierenden Eigenschaften wird der Safe Mode Achse frei empfohlen. Das heißt, die Achse funktioniert dann wie eine Nachlaufachse. Voraussetzung für diese Sicherheitsphilosophie ist ein redundantes elektronisches System, damit Systemfehler erkannt und die entsprechenden Sicherheitsreaktionen eingeleitet werden. Mechanischer Aufbau Hydraulische Komponenten Bei der ZF RAS-EC wird der Arbeitskreis durch eine motorgetriebene Pumpe mit Drucköl versorgt. Die entsprechende Lenkbewegung der Hinterachse wird durch ein am elektrischen Steuergerät angeschlossenes Proportionalventil eingeleitet. Die erforderlichen Lenkkräfte werden durch einen hydraulischen Arbeitszylinder an der Hinterachse erzeugt. Durch ein Druckbegrenzungsventil werden die Komponenten vor Überlast geschützt. Im Fehlerfall kann der Arbeitskreis durch ein im stromlosen Zustand durchgeschaltetes Abschaltventil drucklos geschaltet werden. Sensoren Zur Messung des Istwertes der Vorderund Hinterachse werden berührungslose Sensoren eingesetzt. Diese Sensoren besitzen eine hohe Lebensdauer, arbeiten über einen großen Temperaturbereich und sind in einem wasserdichten Gehäuse untergebracht. Um die ordnungsgemäße Funktion dieser Sensoren überprüfen zu können sind diese redundant bzw. eigensicher aufgebaut. 1 ZF-Servocom 2 Lenkwinkelsensor 3 CAN-Bus 4 Diagnose 5 Ölbehälter 6 Lenkungspumpe 7 Druckfilter 8 Steuerventil 9 elektronisches Steuergerät 10 Versorgung 24 V 11 Arbeitszylinder 12 Drehwinkelsensor 13 Arbeitszylinder mit Linearsensor ZF-Servocom RAS-EC. Prinzipbild für Fahrzeug 6x2x4 mit gelenkter Vorlaufachse (nicht angetrieben). ZF-Servocom RAS-EC 23

24 I Lenkwinkel I Hinterachse [ ] VA_LW_max[ ]* max. Lenkwinkel Hinterachse * 0-15 km/h V [km/h] km/h 4 25 km/h Lenkwinkel * Diese Parameter sind am Bandende programmierbar. Vorderachse [ ] Elektrischer Aufbau Das Steuergerät ist als 2-kanaliges System mit gegenseitiger Überwachung der Funktionsbereitschaft der Kanäle ausgeführt und beinhaltet alle für die Sensorauswertung, Sollwertberechnung und Ventilansteuerung notwendigen Komponenten. Der Stellkreis besteht im Wesentlichen aus einem leistungsfähigen 16-Bit Microcontroller. Von diesem Rechner werden alle eingehenden Daten erfasst und auf ihre Plausibilität geprüft. Mit Hilfe eines Lenkwinkelkennfeldes wird aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkeldaten an der Vorderachse der Sollwert der Hinterachse generiert. Aus dem Sollwert und dem Lenkwinkel der Hinterachse wird dann die Stellgröße zur Ansteuerung des Steuerventils berechnet. Die Ansteuerung der Ventile erfolgt über kurzschlusssichere Endstufen, deren Funktion vom Microcontroller zurückgelesen und überprüft wird. Um die Funktion der Hinterachs-Lenkanlage an die Gegebenheiten des Vneutral [km/h]* Fahrzeugs anzupassen, können zusätzliche Sensoren eingelesen werden. So kann aufgrund der Achsgeometrie eine Verstellung der Hinterachse bei stehendem Fahrzeug und gleichzeitig betätigter Bremse nicht möglich sein. Dies lässt sich z.b. erkennen, wenn vom Steuergerät zusätzlich der Bremsdruck eingelesen wird. In diesem Fall findet dann keine Verstellung der Hinterachse statt, bis die Bremse wieder gelöst bzw. wieder eine Geschwindigkeit gemessen wird. Der Sicherheitskreis beinhaltet einen 8-Bit Microcontroller. Von diesem werden ebenfalls alle ankommenden Daten eingelesen und auf Plausibilität überprüft. Der von ihm errechnete Sollwert der Hinterachse wird mit dem tatsächlichen Wert verglichen. Steuerund Kontrollrechner sind über eine Schnittstelle miteinander verbunden und können so Eingangs-, Zwischenund Ausgangsgrößen austauschen und vergleichen. Über diese Schnittstelle werden zusätzlich noch Statusinformationen ausgetauscht, um die korrekte Funktion der Hinterachs-Lenkung sicherzustellen und zu überprüfen. Bei einem erkannten Fehler ist sowohl der Steuer- als auch der Kontrollrechner selbsttätig in der Lage, die Endstufen abzuschalten und so den Safe Mode einzuleiten. Zur Lokalisierung von Fehlern bzw. zur Wartung der Hinterachs- Lenkanlage ist das Steuergerät voll diagnosefähig ausgelegt. So können z. B. die Werte der Sensoren über die Diagnoseschnittstelle (KWP 2000) ausgelesen und überprüft werden. Eine eingebaute CAN-Schnittstelle erlaubt den Datenaustausch während des Betriebs mit anderen Steuergeräten. Über die eingebaute Diagnoseschnittstelle ist das Steuergerät bandendeprogrammierbar und kann bei der Fahrzeugfertigung an die Verhältnisse des Zielfahrzeugs angepaßt werden. Falls erforderlich, kann damit z. B. ein elektronischer Abgleich der Sensoren durchgeführt werden. Sonderfunktionen Durch die Möglichkeit, viele Signale zu verarbeiten wie Bremse, Türkontakt und andere Schalter, sind in Verbindung mit Geschwindigkeit, Lenkwinkel vorne usw. vielfältige Sonderfunktionen möglich. ZF-Servocom RAS-EC. Prinzipbild eines Lenkwinkelkennfeldes. 24 ZF-Servocom RAS-EC

25 ZF-Halbblock-Hydrolenkungen Anwendung Lenkungen dieser Art werden bei Fahrzeugen eingesetzt, die aufgrund ihrer hohen Lenkachslast große Lenkkräfte benötigen und bei denen das erforderliche hydraulische Arbeitsvolumen über das hinaus geht, was in dem Arbeitszylinder eines Lenkgetriebes in Blockbauweise wirtschaftlich untergebracht werden kann. Das Anwendungsgebiet beginnt bei Lenkachslasten von ca. 8t, bezogen auf achsschenkelgelenkte Fahrzeuge. Eine weitere Möglichkeit für die Verwendung von Halbblock-Hydrolenkungen ist dann gegeben, wenn die Schubstange aufgrund ihrer Länge oder Kröpfung nicht in der Lage ist, die benötigten Lenkkräfte zu übertragen. Die Anzahl und Dimension der eingesetzten Arbeitszylinder kann so ausgewählt werden, dass bei den maximal auftretenden Lenkkräften mit der geforderten Lenkgeschwindigkeit mit voller hydraulischer Unterstützung gelenkt werden kann. Konstruktion und Funktion auf die Lenkmutter und von dieser über eine Verzahnung auf die Segmentwelle übertragen. Die Lenkmutter wird durch Drehbewegungen hin- und hergeschoben und versetzt somit die Segmentwelle in eine Drehbewegung. Das Steuerventil ist im Ventilgehäuse zentral zur Lenkspindel angeordnet. Bei einer Drehbewegung der Schneckenspindel wird das Steuerventil axial hin- und herbewegt. Dadurch werden die Steuerkanten so verstellt, dass das Drucköl von der Lenkungspumpe zu einem Arbeitszylinderraum gelangt. Beim Loslassen des Lenkrads wird das Ventil durch eine Federkraft wieder in die Neutrallage zurück geführt; der Rücklauf wird somit erhalten. Am Ventilgehäuse befinden sich auch die Anschlüsse für die Druck- und Rücklaufleitung sowie der Leitungen zum Arbeitszylinder. Mechanische Lenkbegrenzung Je nach Kundenwunsch können die Halbblock-Hydrolenkungen mit einer mechanischen Lenkbegrenzung ausgestattet werden. Durch sie wird vermieden, dass mit dem vollen hydraulischen Druck bis an die Radeinschläge eingelenkt wird. Somit werden die Teile der Lenkkinematik vor Überbeanspruchung geschützt. Die Halbblock-Hydrolenkung (Einkreis- Ausführung) enthält ein vollständiges mechanisches Lenkgetriebe. Dabei wird die Kraftübertragung von der Lenkspindel über ein Kugelumlaufgewinde Einbauschema einer Halbblock-Hydrolenkung Typ 7421, Zweikreis-Ausführung in einem Kranfahrzeug. Mit motorgetriebener Flügelpumpe, fahrabhängig angetriebener Radialkolbenpumpe sowie je einem Arbeitszylinder an den Lenkachsen. ZF-Halbblock-Hydrolenkungen 25

26 Halbblock-Hydrolenkung in Zweikreis-Ausführung Schwerstfahrzeuge und Sonderfahrzeuge mit sehr hohen Lenkachslasten und Geschwindigkeiten über 62 km/h können bei Ausfall der Hydraulik meist nicht mehr mit den vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Betätigungskräften gelenkt werden. Für diese Einsatzfälle stehen unsere Zweikreis-Lenkungen in Halbblock-Bauweise mit zwei unabhängigen Lenkventilen zur Steuerung des Drucköles in zwei völlig getrennten Kreisläufen zur Verfügung. Damit ausgestattete Fahrzeuge sind auch bei Verlust des Drucköls, z. B. durch Leitungsbruch in einem Lenkungskreis, noch vollständig lenkbar. Meistens wird ein Kreis des Lenksystems von einer motorgetriebenen, der andere Kreis von einer fahrabhängig angetriebenen Lenkungspumpe gespeist. Kreise mit je einer motorgetriebenen Lenkungspumpe vorgesehen. Zusätzlich ist einem der Lenkungskreise eine fahrabhängige Notlenkpumpe zugeordnet, deren Volumenstrom bei Normalbetrieb der beiden motorgetriebenen Pumpen in den Rücklauf zum Ölbehälter geleitet wird. Bei Ausfall der motorgetriebenen Pumpe wird das Drucköl der Notlenkpumpe über ein Zuschaltventil automatisch der Lenkung zugeführt, so dass das Fahrzeug in jedem Fall lenkbar bleibt. Halbblock-Hydrolenkungen in Zweikreis-Ausführung sind somit ein wichtiger Beitrag zur Sicherheit im Straßenverkehr. Damit die Räder auch bei stehendem Motor eingelenkt werden können, ist die Druckölversorgung der beiden Abbildung oben: Halbblock-Hydrolenkung Typ 7421, Einkreis-Ausführung mit mechanischer Lenkbegrenzung und angeflanschtem Winkelgetriebe. Halbblock-Hydrolenkung Typ 7421, Zweikreis-Ausführung mit mechanischer Lenkbegrenzung. 26 ZF-Halbblock-Hydrolenkungen

27 ZF-Lenkungspumpen Anwendung Die Hauptaufgabe einer Lenkungspumpe besteht darin, das für die Betreibung eines hydraulischen Lenksystems erforderliche Öl in ausreichender Menge zu erzeugen. Besonders die kompakte Bauweise, der hohe Wirkungsgrad bei niedrigem Gewicht und die individuellen Anpassungsmöglichkeiten durch modularen Systemaufbau sind überzeugende Vorteile, die den konsequenten Einbau von Lenkungspumpen der ZF Lenksysteme GmbH in Nutzfahrzeugen empfehlen. Je nach Pumpentyp können sie am Fahrzeugmotor oder am Kompressor angebaut werden. Für den Antrieb werden unterschiedliche Übertragungsmöglichkeiten wie Keilriemenscheiben, Kreuzschlitzscheiben oder Zahnräder eingesetzt. Radialkolbenpumpen, die als Notlenkpumpe fungieren, werden von einer Achse oder dem Getriebeabtrieb fahrabhängig angetrieben analog zur Stirnplatte gefertigten Dichtfläche. Diese Dichtflächen haben jeweils gegenüberliegend zwei Saugund Druckzonen. Dadurch fördern die zehn Zellen, die von den im Läufer geführten Flügeln gebildet werden, pro Umdrehung zweimal ihr Zellenvolumen. Außerdem heben sich durch diese doppelte Anordnung der Saug- und Druckzonen die am Läufer wirksam werdenden hydraulischen Radialkräfte auf. Der funktionsbestimmende Anpressdruck zwischen den Flügeln und dem Kurvenring entsteht durch die radiale Fliehkraft der Flügel bei ZF-Flügelpumpe FN 4 Bei diesem Pumpentyp befindet sich das Pumpelement, das im Wesentlichen aus einem Läufer (3), zehn Flügeln (4), einem Kurvenring (5) und der Stirnplatte (6) besteht, im Leichtmetall-Gehäuse (1). Den axialen Abschluss bildet ein ebenfalls aus Leichtmetall gefertigter Deckel (7) mit einer Funktionsdarstellung der ZF-Flügelpumpe FN 4, Typ Gehäuse 2 Welle 3 Läufer 4 Flügel 5 Kurvenring 6 Stirnplatte 7 Deckel 8 Druck- und Strombegrenzungsventil ZF-Lenkungspumpen 27

28 Drehung der Antriebswelle. Eine zusätzliche Pressung wird durch die Beaufschlagung der innenliegenden Stirnflächen der Flügel mit Drucköl erreicht. Der in den sichelförmigen Druckkammern erzeugte Ölstrom wird zu dem in Längsrichtung zur Welle (2) positionierten Strombegrenzungsventil (8) geleitet und auf einen eingestellten Wert begrenzt. Sofern der typenabhängige Maximaldruck der Pumpe (165 bzw. 180 bar) nicht wie empfohlen im Lenkgetriebe abgeregelt wird, kann dies im Einzelfall auch über ein im Strombegrenzungsventil integriertes Druckbegrenzungsventil erfolgen. Die Konstruktion der Flügelpumpe FN 4 ist vorrangig für den Anschluss an den Druckluftkompressor bzw. an die Lichtmaschine mittels einer Kreuzschlitzscheibe zur Übertragung eines radialkraftfreien Drehmoments ausgelegt. Unter dem Gesichtspunkt von technischer Notwendigkeit und wirtschaftlicher Fertigungsgröße können in diesen Pumpentyp auch Konstruktionsmerkmale integriert werden, die radiale Antriebskräfte, z.b. über ein Zahnrad, und ein Druckniveau von maximal 200 bar zulassen. Ferner besteht die Möglichkeit, den Ölbehälter direkt auf die Pumpe zu montieren. Dies erspart eine Schlauchleitung und Montagekosten beim Fahrzeughersteller. ZF-Flügelpumpe FN 31 Die Basis für die nach dem modularen System aufgebauten Pumpe ist der kurzbauende Leichtmetall-Deckel. Er beinhaltet ein Pumpelement, das zwei Stirnplatten aufweist und im hydraulischen Funktionsprinzip mit der bereits beschriebenen Flügelpumpe FN 4 gleichwertig ist. Ebenfalls am Deckel befindet sich das quer zur Antriebswelle angeordnete Strombegrenzungsventil (bei Bedarf mit integrierter Druckbegrenzung) sowie der Saug- und Druckanschluss. Der Druckanschluss ist wahlweise rechts- oder linksseitig möglich. Das symmetrische Flanschbild von Gehäuse und Deckel gestattet eine um jeweils 90 gedrehte Montage. Der variable Einsatz dieser Pumpe beruht auch auf der robusten Wellenlagerung im Leichtmetall-Gehäuse. Sie ist bestens geeignet, die axialen und radialen Antriebskräfte bei Verwendung einer Kupplungsscheibe, Keilriemenscheibe oder eines Zahnrades sicher aufzunehmen. Bei einem Zahnradantrieb kann die Schmierung des antriebsseitigen Wälzlagers durch Motoröl erfolgen. Abbildung oben: ZF-Flügelpumpe FN 4, Typ In Längsrichtung eingebautes Druckund Strombegrenzungsventil. Abbildung rechts: ZF-Flügelpumpe FN 31, Typ Mit kurz bauendem Gehäuse und quer eingebautem Strombegrenzungsventil. 28 ZF-Lenkungspumpen

29 ZF-Flügelpumpe FN 32 Die Verwendung dieser mit der Baureihe FN 31 weitestgehend identischen Pumpe ist dort sinnvoll, wo ein höheres Fördervolumen benötigt wird. Das geometrische Fördervolumen beträgt 32 cm 3 /Umdrehung. ZF-Tandempumpe TN 4 Diese Pumpenkombination besteht aus einer Flügelpumpe FN 4 und einer Zahnradpumpe, deren Gehäuse miteinander verschraubt sind. Beide Systeme werden von der gleichen Pumpenwelle angetrieben, erzeugen jedoch zwei von einander unabhängige Volumenströme. Während die Flügelpumpe für die Druckversorgung der hydraulischen Lenkanlage eingesetzt wird, hat die Zahnradpumpe die Aufgabe, die Vorförderung des Kraftstoffs sicher zu stellen. Der Antrieb erfolgt radialkraftfrei über den Druckluft-Kompressor. ZF-Tandempumpe TN 31 Drucköl der Flügelpumpe ist auch hier für die Versorgung von hydraulischen Lenkanlagen vorgesehen und das der Zahnradpumpe zur Kraftstoff-Vorförderung. ZF-Radialkolbenpumpe Die gleichbleibende Förderrichtung der Radialkolbenpumpe bei rechts- oder linksdrehendem Antrieb ist der Grund für die vorrangige Anwendung als wegabhängig angetriebene Notlenkpumpe im Nutzfahrzeugbereich. Neben dem hohen Druckniveau von maximal 200 bar ist die Saugregelung von besonderer Bedeutung. Durch sie wird erreicht, dass der Volumenstrom trotz unterschiedlicher Pumpendrehzahl gleich bleibt und nur die Ölmenge angesaugt wird, die zum Lenken notwendig ist. Somit ist kein Strombegrenzungsventil erforderlich. Von einer wälzgelagerten Exzenterwelle angetrieben, führen je nach Baumuster mehrere Kolben in radial angeordneten Zylinderbohrungen eine Hubbewegung aus. Vorgespannte Druckfedern sorgen für die Rückführung der Kolben. Dabei tauchen sie in den ölgefüllten Saugraum, wodurch sich ihr Innenraum über Querbohrungen mit Öl füllen kann. Der anschließende Förderhub preßt das Öl in die Druckleitung. Selbsttätig arbeitende Auslassventile verhindern das Zurückströmen des Drucköls in den Kolbenraum. Abhängig vom Typ und der Anwendung erfolgt die Druckbegrenzung durch ein Ventil in der Pumpe oder an einer anderen geeigneten Stelle des hydraulischen Systems. Die Basis für diesen Pumpentyp bildet die Flügelpumpe FN 31 und eine Zahnradpumpe. Auch hier sind beide Gehäuse miteinander verschraubt und beide Systeme werden von der gleichen Pumpenwelle angetrieben. Es werden zwei von einander unabhängige Volumenströme erzeugt. Das ZF-Radialkolbenpumpe, Typ 8605, mit 8 Zylindern und sauggeregeltem Volumenstrom. ZF-Lenkungspumpen 29