DE19616405A1 - Vorrichtung zur Verhinderung des Aufstellens einer Tandemachse - Google Patents
Vorrichtung zur Verhinderung des Aufstellens einer TandemachseInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ver
hinderung des Aufstellens einer Tandemachse von Fahrzeugen
oder Arbeitsmaschinen, insbesondere zum Einsatz in schwierigem
Gelände. Eine das Fahrzeug oder die Arbeitsmaschine antreiben
de Tandemachse weist auf jeder Seite zwei im Abstand voneinan
der befindliche Radpaare auf, die zum Beispiel über eine Achse
mit einem momentverteilenden Differentialgetriebe ihr An
triebsmoment zugeführt erhalten. Auf jeder Seite des Diffe
rentialgetriebes befindet sich ein Radpaar an einem wippen
artig gestalteten Gehäuse, welches um die Achse des vom Diffe
rentialgetriebe zugeführten Antriebsmoments drehbeweglich ist.
In diesem Gehäuse befindet sich ein Ketten- oder Zahnradge
triebe, um das vom Differentialgetriebe eingeleitete Moment
auf die beiden Antriebsräder einer Seite zu verteilen. Die
auf- und abschwingende Beweglichkeit dieses Gehäuses soll eine
ständige Bodenhaftung aller vier Antriebsräder ermöglichen.
Den Vortriebskräften stehen gleich große, jedoch entgegenge
richtete Schubkräfte auf das Fahrzeug entgegen, die schon bei
glatter Fahrbahn Aufstellmomente erzeugen.
Bei hohen Zugkräften oder ungünstigen Bodenverhältnissen oder
wenn durch ein Hindernis ein Antriebsrad auf einen Widerstand
stößt, verstärkt sich dieser Effekt, wodurch zumindest ein
Antriebsrad die Bodenhaftung verliert bzw. der Bodendruck
stark reduziert wird.
Durch die EP-B1-520 389 ist eine Vorrichtung zum Verhindern
des Aufstellens bekannt. Hierbei handelt es sich um zwei zwi
schen dem Differentialgetriebe und den schwingenden Gehäusen
angeordneten Planetengetrieben, welche teilweise an den
schwingenden Gehäusen abgestützt sind und diesen ein gegen die
Aufstellbewegung gerichtetes Rückstellmoment erteilen.
Diese Vorrichtung hat sich bewährt, ist jedoch konstruktiv
aufwendig und verlangt eine besondere Auslegung der Tandem
achse. Es läßt sich beispielsweise nicht nachträglich oder
einfach zusätzlich an einer Tandemachse anbringen. Außerdem
setzen sich bei Arbeitsmaschinen und Fahrzeugen der hier ge
nannten Gattung immer mehr Hydromotoren zum Erzeugen des An
triebsdrehmoments durch. Es besteht daher die Aufgabe, für
Fahrzeuge oder selbstfahrende Arbeitsmaschinen eine einfache
Vorrichtung zur Verhinderung des Aufstellens der eingangs be
schriebenen Tandemachse unabhängig von der Art des Antriebs
motors verfügbar zu machen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs gelöst. Ausgestaltungen sind den Unteran
sprüchen zu entnehmen.
Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß eine Vorrichtung
verfügbar wird, die sich für beliebige Antriebsarten eignet,
ohne daß der bisher bekannte Aufbau von Tandemachsen geändert
zu werden braucht. Es werden lediglich zusätzliche Elemente
hinzugefügt, was auch nachträglich geschehen kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele,
die schematisch in der Zeichnung zusammengefaßt sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf eine Tandemachse
mit einem Radpaar sowie einem eingezeichneten Block
schaltbild und
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Tandemachse
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das im einzelnen nicht dargestellte Fahrzeug, das eine Bauma
schine oder Forstmaschine oder eine andere Arbeitsmaschine
sein kann, weist einen Fahrzeugrahmen 10 auf. Das Antriebs
moment wird über eine Welle 12 von einem beliebigen Antriebs
aggregat, für welches in Fig. 2 schematisch nur ein Block 14
repräsentativ eingezeichnet ist, geliefert. So kann die Welle
12 beispielsweise direkt über einen herkömmlichen Drehmomen
tenwandler oder über eine Kupplung und Getriebe mit einer
Brennkraftmaschine verbunden sein. Das Antriebsmoment kann
aber auch von einem Elektromotor oder, was die bevorzugte Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung ist, von einem Hydro
motor stammen. Deswegen wird im folgenden von der detaillier
ten Beschreibung der anderen genannten Antriebsmöglichkeiten
abgesehen und das Antriebsaggregat 14 als Hydromotor in Be
tracht gezogen. Hierbei kann es sich um einen Axialkolben
motor, beispielsweise einen Schrägscheibenmotor mit konstanter
Schluckmenge, handeln. Deshalb ist in Fig. 2 eine Ölzufüh
rungsleitung 16 und eine Ölableitungsleitung 18 eingezeichnet.
Selbstverständlich kann es sich bei dem Hydromotor auch um
einen Taumelscheibenmotor mit verstellbarer Schluckmenge, d. h.
mit schwenkbarer Taumelscheibe, handeln. Deswegen ist in Fig.
2 auch schematisch eine Steuerleitung 20 für die Steuerung des
Winkels der Taumelscheibe eingezeichnet.
Die Welle 12 geht in ein übliches Differentialgetriebe 22
über, welches das Drehmoment in die beiden Seiten einer Tan
demachsenantriebswelle 24 verteilt. Die Welle 24 hat eine Mit
telachse 26. Ein Achsgehäuse 28 ist einerseits in üblicher
Weise im Fahrzeugrahmen 10 aufgehängt, und trägt andererseits
an seinem äußeren offenen Ende eine um die Mittelachse 26
schwenkbare Gehäusewippe 30, in welche die Antriebswelle 24
hineinragt. Auf der Antriebswelle 24 sitzen Transmissionsräder
32, welche das eingeleitete Drehmoment innerhalb der Gehäuse
wippe 30 über eine geeignete mechanische Verbindung und ent
sprechende Triebräder 34 leiten. Im in der Zeichnung darge
stellten Beispiel ist ein Riemen- oder Kettentrieb 36 schema
tisch eingezeichnet. Es kann statt eines Kettentriebs auch ein
Zahnradgetriebe vorgesehen werden, um das Drehmoment über die
Triebräder 34 auf Antriebsräder 38 zu übertragen.
Wie eingangs dargelegt, ist es die Aufgabe der Erfindung, die
ständige Bodenhaftung der Antriebsräder 38 im ungünstigen
Gelände und bei hohen Zugkräften ständig sicherzustellen.
Hierbei kann es durch die hohen Antriebskräfte selbst bei
glattem Untergrund zu Aufstelleffekten kommen. Die Gehäuse
wippe 30 ist um die erwähnte Achse 26 auf- und abschwenkbar
und bei einer im vorliegenden Beispiel angenommenen Vorwärts
fahrtrichtung im Sinne des Pfeiles 40 bringen die Antriebs
räder 38 im Abstand 1 je eine Vortriebskraft S₁ bzw. S₂ auf den
Untergrund auf. Die Vortriebskräfte S₁, S₂ resultieren aus
einem Antriebsmoment in den Antriebsrädern 38 mit dem Radius
r. Sie haben gleich große Gegenkräfte, die von außen auf das
Fahrzeug in entgegengesetzter Richtung aufgebracht werden.
Bei einer angetriebenen Tandemachse der vorliegenden Art, wie
sie beispielsweise bei Forstmaschinen oder Baumaschinen wie
einem Straßenhobel bzw. Grader Verwendung finden, entstehen
deshalb nicht nur in unwegsamem Gelände oder beim Auftreffen
auf Hindernisse, sondern durch die hohen Gegenkräfte von S₁
bzw. S₂ auch schon im ebenen, glatten Gelände Kräfte, die ein
Aufstellen bewirken können. Bedingt durch die hohe Bodenfrei
heit und dadurch wiederum bedingt durch einen großen Abstand h
zwischen der Mittelachse 26 und dem Boden, erzeugen diese
Gegenkräfte ein Aufrichtmoment um die Mittelachse 26, das zu
ungleichen Radlasten der beiden Räder 38 führt. Dieses Auf
richtmoment kann wegen der verhältnismäßig großen Schubkräfte
und ungünstiger Innenübersetzung der Tandemachse in Verbindung
mit einer ungünstigen geometrischen Situation zu einer voll
ständigen Entlastung eines der beiden Räder 38 führen. Die
Folge ist die Erhöhung des Bodendruckes, Mehrbelastung eines
der Räder und ein Entlasten oder Abheben des anderen Rades.
Um diesem Nachteil mit einfachen Mitteln gemäß der vorliegen
den Erfindung entgegenzuwirken, werden, wie nachstehend im
Detail beschrieben werden wird, hydraulische und/oder elektri
sche Steuermittel eingesetzt, damit gegen das Aufrichten eine
Gegenkraft erzeugt wird. Im vorliegenden Beispiel wird hierfür
eine Einheit aus Hydraulikzylinder 42 und Kolben 44 im Zylin
der 42 verwendet. Der Zylinder 42 ist im vorliegenden Beispiel
mittels eines Gelenks 46 am Rahmen 10 festgelegt. Der Kolben
44 ist mit seiner Kolbenstange 48 und einem Gelenk 50 an der
Gehäusewippe 30 so angeordnet, daß ein Abstand a für einen
Hebelarm gegenüber der Mittelachse 26 sorgt. Wird der Kolben
44 über eine Leitung 52 mit einem Druckmedium beaufschlagt,
drängt der Kolben 44 über die Kolbenstange 48 und das Gelenk
50 die Gehäusewippe 30 in der Darstellung von Fig. 1 nach
unten und damit auch das rechte Rad 38 gegen den Boden.
Wird hingegen der Kolben 44 über eine Leitung 54 mit einem
Druckmedium beaufschlagt, wird die Gehäusewippe 30 in Fig. 1
und damit das linke Rad 38 auf der anderen Seite nach unten
gedrückt.
Anstelle des doppelbeaufschlagten Kolbens 44 in einem Zylinder
42 können auch zwei Hydraulikzylinder auf beiden Seiten der
Mittelachse 26 angebracht und nur einseitig beaufschlagt
werden, wobei mit einer entsprechenden Ventilsteuerung der
inaktive Zylinder den aktiven Zylinder freigibt, d. h. in
seiner Bewegung nicht behindert.
Im zeichnerisch dargestellten Beispiel wird zunächst davon
ausgegangen, daß je nach Fahrtrichtung, d. h. entweder bei
einer angenommenen Vorwärtsfahrt in Richtung des Pfeils 40
oder bei einer angenommenen Rückwärtsfahrt gegen den Pfeil 40,
einem Aufstellmoment, das aus einer resultierenden Kraft aus
der Summe der Gegenkräfte von S₁ und S₂ mit dem Hebelarm 1/2 um
die Mittelachse 26 resultiert, ein gleichbleibendes Gegen
moment durch Beaufschlagung des Kolbens 44 von oben oder unten
entgegengesetzt wird. Die Kraft, welche die Zylinderkolben
einheit 42, 44 in Richtung der Achse dieser Einheit entfaltet,
hat einen Hebelarm a, der dem Abstand der Aufhängung der
Zylinderkolbeneinheit 42, 44 zur Mittelachse 26 entspricht.
Hierfür wird angenommen, daß je nach Fahrtrichtung ein Öldruck
auf das Antriebsaggregat 14 entweder über die Leitung 16 zu-
und über die Leitung 18 abgeführt wird, oder bei entsprechen
der Umkehr der Fahrtrichtung die Zuführung über die Leitung 18
und die Ableitung über die Leitung 16 erfolgt. Deswegen sei
zunächst angenommen, daß das Antriebsaggregat 14a in Fig. 1
ein oben beschriebener Hydromotor 14a mit den gestrichelt ein
gezeichneten Druckleitungen 16 bzw. 18 ist. Demzufolge erhält
bei angenommener Vorwärtsfahrt der Hydromotor 14a seinen
hydraulischen Druck über die Leitung 16 und ist abseitig über
die Leitung 18 verbunden. Proportional zu dem Druck in der
Zuführungsleitung 16 erhält der Kolben 44 einen Druck über die
Leitung 52, während in der Leitung 54 zur Leitung 18 propor
tionale Druckverhältnisse herrschen.
Bei Fahrtumkehr ist der Arbeitsdruck auf den Kolben 44 über
die Leitung 54 proportional zum Druck in der Leitung 18 und
umgekehrt.
Hierbei erhält der Kolben 44 in der Darstellung von unten we
gen der um den Durchmesser D₂ der Kolbenstange 48 geringeren
Wirkungsfläche den vollen, d. h. 100%igen proportionalen
Druck, während die oberhalb des Kolbens 44 vorhandene größere
Wirkfläche entsprechend des Durchmessers D₁ einen stets ver
minderten proportionalen Druck über die Leitung 52 durch
Zwischenschaltung eines Druckminderventils 56 erhält. Das
Druckminderventil 56 mindert den Druck in dem Verhältnis der
beiden am Kolben 44 zur Verfügung stehenden Flächen, welche
jeweils vom Durchmesser D₁ im oberen Raum des Zylinders 42 und
D₁-D₂ im unteren Raum des Zylinders 42 unterhalb des Kolbens
44 bestimmt werden.
Um die vorstehende Erläuterung zu verdeutlichen, sei folgendes
Zahlenbeispiel genannt. Hierbei wird von folgenden Annahmen
ausgegangen.
Geometrische Abmessungen:
Abstand l = 1500 mm
Höhe h = 840 mm
Raddurchmesser r = 640 mm
Abstand a = 316 mm
Durchmesser D₁ = 50 mm entsprechend einer Kolben fläche von 19,63 cm²
Durchmesser D₂ = 25 mm entsprechend einer Kolben fläche von 14,7 cm².
Höhe h = 840 mm
Raddurchmesser r = 640 mm
Abstand a = 316 mm
Durchmesser D₁ = 50 mm entsprechend einer Kolben fläche von 19,63 cm²
Durchmesser D₂ = 25 mm entsprechend einer Kolben fläche von 14,7 cm².
Die Übersetzung in der Gehäusewippe 30 zwischen der Antriebs
welle 24 und den Triebrädern 34 kann mit i = 10 angenommen
werden.
Ferner könnten folgende Zahlen angenommen werden:
Für die
Für die
Radlast = 4000 daN = FR
Schubkraft = 2000 daN = S₁ + S₂.
Das von der Antriebswelle 24 aufzubringende Moment ist
Antriebsmoment:
Der Druck für die Erzeugung von Mtw1 sei 250 bar.
Bei 100% Ausgleich gilt:
oder der geminderte Druck beträgt 187 bar.
Das Druckminderventil 56 kann ein druckgesteuertes Druckmin
derventil sein, so daß es den Gegendruck gegen ein Aufstell
moment proportional dem Antriebsmoment erzeugt. Hierbei wird,
gleichgültig ob eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt erfolgt, in
dem zeichnerisch dargestellten Beispiel mit einem Zylinder 42
dieses Verhältnis der Druckverteilung beibehalten. Im obigen
Zahlenbeispiel ist das Verhältnis der Druckbeaufschlagung auf
den Durchmesser D₁ des Kolbens 44 um den Faktor 0,748 geringer
als die Druckbeaufschlagung auf den Kolben 44 auf der Seite
des verminderten Durchmessers D₁-D₂. Bei 250 bar und 100%igem
Ausgleich ist der Wirkabstand auf
zu erhöhen, d. h. im obigen Zahlenbeispiel auf a = 422 mm.
Statt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein Druckminderventil in
den einen Abzweigweg 52 einzufügen, können auch bei Beibe
haltung des obigen Verhältnisses druckabhängig gesteuerte
Druckminderventile in beide Wege, d. h. sowohl in die Leitung
52 als auch in die Leitung 54, eingebaut werden. Je nach Ände
rung des Steuerdrucks, beispielsweise nach Änderung in der
Steuerleitung 20, würden dann beide Druckminderventile im
gleichen Verhältnis zueinander, aber mit variablen Druckver
hältnissen, auf den Kolben 44 einwirken, so daß das mit der
Einheit aus Zylinder 42 und Kolben 44 aufgebaute Gegenmoment
abhängig von den Druckverhältnissen im Antrieb ist.
Bei Einsatz von Hydromotoren mit variablem Schluckvolumen kann
dem gleichen Betriebsdruck ein Drehmoment entsprechen, das
etwa auf 1/4 gemindert ist. Hierbei würde bei sonst unver
änderlichen Abmessungen und unveränderten Übersetzungen das
Kompensationsmoment zu groß werden. Um dies zu verhindern,
wird das Druckminderventil 56 bzw. ein Paar von zwei Druckmin
derventilen mit einer variablen Einstellung ausgeführt und die
Einstellung wird gesteuert vom Verstelldruck des Hydromotors,
der beispielsweise in der Steuerleitung 20 herrscht.
Es ist auch möglich, die Anpassung von einem elektrischen
Steuerstrom abzuleiten, wenn die Beeinflussung in der Steuer
leitung 20 durch Steuerelemente erfolgt, die ein proportiona
les elektrisches Signal erzeugen oder zur Verfügung haben müs
sen.
Eine weitere Abwandlung der vorliegenden Erfindung ist dadurch
möglich, daß ein elektrisches Steuersignal unmittelbar an der
Gehäusewippe erzeugt wird. Bei entsprechender Dimensionierung
kann die Oberflächenspannung auf der Gehäusewippe 30 mit Hilfe
eines Dehnmeßstreifens 58 gemessen werden und das daraus re
sultierende elektrische Signal wird über eine Leitung 60 einem
elektromagnetischem Verstellmechanismus 62 zugeführt, der dann
in dem einen oder den mehreren Druckminderventil(en) die ent
sprechende Verstellung je nach Größe des elektrischen Signals
im Dehnmeßstreifen 58 regelt.
Ist zwischen einem Hydromotor und der Tandemachse noch ein
mechanisches Schaltgetriebe angeordnet, so ist durch ent
sprechende Signalgebung, mit welcher die unterschiedlichen
Gänge eingeschaltet werden, das Druckminderventil 56 so regel
bar, daß z. B. ein nochmals reduziertes Moment des Hydromotors
auf die Tandemachse proportional angepaßt werden kann. Weitere
Abwandlungen der vorliegenden grundsätzlichen Idee sind im
Rahmen des hier Offenbarten denkbar und möglich.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Verhinderung des Aufstellens von Rädern
(38) einer vierrädrigen Antriebstandemachse eines Fahr
zeuges oder einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine, die
einen Fahrzeugrahmen (10) und auf beiden Seiten eine um
die Achse (26) der Momenteneinleitung schwenkbare Ge
häusewippe (30) aufweist, wobei in der Gehäusewippe (30)
das eingeleitete Moment mechanisch auf die an den Enden
der Gehäusewippe (30) angeordneten Räder (38) verteilt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein dem Antriebsmoment in Größe und Richtung propor
tionaler Hydraulikdruck zumindest einen Kolben (44) in
zumindest einem Hydraulikzylinder (42) beaufschlagt, wo
bei der Zylinder (42) und eine Stange (48) des Kolbens
(44) zwischen dem Fahrzeugrahmen (10) und einem Punkt
(50) auf der Gehäusewippe (30) angeordnet sind, der sich
im Abstand (a) zur Achse (26) der Momenteneinleitung
befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß je Rad (38) ein einfach beaufschlagter Hydraulik
zylinder (42) vorgesehen ist, wobei je nach Richtung des
Aufstellmomentes nur ein Hydraulikzylinder (42) das
Gegenmoment erzeugt, während der andere Hydraulikzylinder
(42) freigeschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an jeder Gehäusewippe (30) nur ein doppelt beauf
schlagter Hydraulikzylinder (42) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb des Kolbens (44) dem Zylinder (42) ein von
einem Ventil (56) geminderter Hydraulikdruck zugeführt
wird, während dem Zylinder (42) im Bereich der Kolben
stange (48) der volle Hydraulikdruck zugeführt wird,
wobei der Druck oberhalb des Kolbens (44) um das Ver
hältnis der beiden beaufschlagbaren Kolbenflächen
(D₁; D₁-D₂) gemindert ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antrieb des Fahrzeuges über einen Hydromotor
(14a) erfolgt, aus dessen Hydraulikzu- und -ableitungen
(16, 18) die Druckleitungen (52, 54) zum Zylinder (42)
abgezweigt sind.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hydromotor (14a) ein Taumelscheibenmotor oder
Axialkolbenmotor mit konstanter Schluckmenge ist, wobei
das Verhältnis der Drücke auf beiden Kolbenflächen
(D₁; D₁-D₂) ebenfalls konstant bleibt.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (56) ein regelbares Ventil ist oder meh
rere Ventile vorgesehen sind, welche unabhängig vonein
ander regelbar sind.
8. Vorrichtung nach Ansprüchen 4, 5 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hydromotor (14a) ein Winkelmotor oder Axialkol
benmotor mit verstellbarer Schluckmenge ist, dessen
hydraulischer Regelkreis mit einem Regelorgan (62) des
Ventils (56) gekoppelt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (56) elektrisch regelbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil (56) in Abhängigkeit von der Materialspan
nung in einem oder beiden Armen der Gehäusewippe (30),
welche durch einen Dehnmeßstreifen (58) aufnehmbar sind,
regelbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schaltgetriebe zwischen Antrieb (14) und Tandem
achse angeordnet ist, dessen Schaltstellung Regelsignale
an das oder die Ventile (56) liefert.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebsmotor (14) ein Elektromotor ist, dessen
elektrische Regelgröße gleichfalls das oder die Ventile
(56) steuert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996116405 DE19616405B4 (de) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | Vorrichtung zur Verhinderung des Aufstellens einer Tandemachse |
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DE1996116405 DE19616405B4 (de) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | Vorrichtung zur Verhinderung des Aufstellens einer Tandemachse |
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DE19616405A1 true DE19616405A1 (de) | 1997-10-30 |
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Country Status (1)
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Owner name: NAF NEUNKIRCHENER ACHSENFABRIK AG, 91077 NEUNKIRCH |
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