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Die Erfindung betrifft ein gefedertes,
spannkraftkompensiertes Gurtbandlaufwerk, insbesondere für selbstfahrende
Landmaschinen und sonstige Off Road Fahrzeuge.
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Durch die zunehmende Forderung den
Boden und insbesondere die Ackerböden vor zu hohen Gewichtsbelastungen
durch Maschinen und Fahrzeuge zu schonen, werden die dafür, durch
ihre großen
Aufstandsflächen
geeigneten Gurtbandlaufwerke verstärkt als Radersatz eingesetzt.
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Dabei werden in der Praxis ausschließlich Laufwerke
eingesetzt, bei denen entweder alle Trag- und Umlenkrollen starr
an einen Laufwerkswagen montiert sind oder maximal einzelne kleine
Tragrollen gefedert angelenkt sind.
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Grund dafür ist, dass benannte Gurtbandlaufwerke
sehr hohe Vorspannkräfte
der Gurte erfordern, um grundsätzlich
ausreichend hohe Lasten zwischen den Tragrollen aufnehmen zu können.
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Nach dem Stand der Technik führt das
bisher nur zu starr gelagerten Umlenkrollen.
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Das ergibt zunächst den typischen Nachteil
des geringeren Fahr- und Abrollkomforts gegenüber einem Räderfahrwerk, insbesondere bei
Straßenfahrt.
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Ein weiterer und schwerwiegenderer
Nachteil der bekannten Laufwerke ist dabei jedoch, das die auftretenden
Aufstandslasten nicht gleichmäßig auf
alle Trag- und Umlenkrollen verteilt werden können. Nur im Ideallfall, bei
absolut ebenen Bodenverhältnissen
wäre eine
gleichmäßige Lastverteilung
gegeben, läuft
jedoch eine Tragrolle auf eine Unebenheit auf, wird diese überlastet
und andere entlastet, so dass wiederum hohe Belastungen für die Böden entstehen.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist
es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein Gurtbandlaufwerk
zu gestalten, dass eine stets gleichmäßige Bodenbelastung über die
ganze Laufwerkslänge
gewährleistet
und zudem höchsten
Fahr- und Abrollkomfort bietet.
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Dies wird gemäß Anspruch 1 der vorliegenden
Erfindung dadurch erreicht, dass zunächst alle Trag- und Umlenkrollen
des Laufwerkes drehbar über
Schwingen an einem Laufwerkswagen gelagert sind. Die aufzunehmenden
Stützkräfte aufgrund
des Fahrzeuggewichtes und der Nutzlast werden dann durch entsprechende
Federelemente, vorzugsweise hydraulische Federzylinder in die tragende
Konstruktion des Laufwerkes eingebracht.
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Erfindungsgemäß werden die entsprechend der
Anzahl Tragrollenachsen, auch vorhandenen Feder zylinder so ausgelegt
und über
Rohrleitungen miteinander verbunden, dass entsprechend der geltenden
physikalischen Gesetze die Aufstandslasten stets gleichmäßig verteilt
sind.
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In weiterer erfinderischer Ausgestaltung
des Gurtbandlaufwerkes sind die Schwingachsen der beiden großen Trag-
und Umlenkrollen so angeordnet, dass die resultierenden Kräfte und
Momente, hervorgerufen durch die Gurtvorspannkraft sich aufheben.
D. h. die Wirkgerade zwischen dem Drehpunkt und der Achsmitte einer
Schwingachse bildet die Winkelhalbierende zwischen den beiden Wirkrichtungen
des umlaufenden Gurtbandes.
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Dies gilt natürlich nur in diesem einen Punkt,
einer theoretischen Nulllage bei sozusagen Nennlast. Federt nun
eine Umlenkrolle aufgrund von zusätzlicher Last oder dynamischer
Beanspruchung ein oder aus, wird dieses Gleichgewicht der Kräfte und
Momente aufgrund der Gurtvorspannkraft verlassen.
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Entsprechend der Auslenkung der Schwingachse
ergeben sich zusätzlich
zu der Aufstandslast Kräfte und
Momente, die in oder auch gegen die Richtung der Aufstandslast wirken.
In der erfinderischen Gestaltung des Laufwerkes wirken dann jedoch
die gleichzeitig durch die Drehung der Schwingachse betätigten Federpakete
den auftretenden Momenten wiederum entgegen und kompensieren diese.
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Damit ergibt sich eine klare Trennung
zwischen Aufnahme der Aufstandslasten durch die Federzylinder und
der Kompensation der Gurtvorspannkräfte durch die Federpakete.
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In weiterer erfinderischer Gestaltung
ist es dann möglich,
durch den Einsatz von veränderlichen
Federpaketen (hydraulisch oder elektromechanisch) auf unterschiedliche
Gurtvorspannkräfte,
die wiederum mittels Sensoren erfasst werden können zu reagieren, sprich diese
genau zu kompensieren.
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Weiter vorteilhaft ist, dass durch
eine hier nicht näher
beschriebene Erfassung der Einfederwege und einer entsprechenden
Verrechnungslogik die vorzugsweise hydraulischen Federzylinder so
nachgeführt
werden können,
dass sich ein lastunabhängiger,
mittlerer Einfederweg, sprich Nulllage halten lässt.
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Vorteilhaft ist auch die erfindungsgemäße Gestaltung
der Tragachse für
das Laufwerk, die sich als Ausgleich für Nickbewegungen des Laufwerks
koaxial um die Eintriebsachse des Laufwerkgetriebes dreht. Damit
sind Relativbewegungen zwischen Tragachse und Antriebselementen
ausgeschlossen. Unabhängig
von der Art des gewählten
Antriebs (mechanisch oder hydraulisch) kann auf ausgleichende Elemente
wie Gelenkwellen oder dgl. verzichtet werden. Weiter vorteilhaft
ist es dann, wenn die Tragachse schraubbar mit Flansch gestaltet
wird, so dass eine Anbindung an unterschiedlichste Achs- und Fahrwerkskonzepte
möglich
ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich auch,
wenn erfindungsgemäß die Ansteuerung
der Federzylinder so gestaltet wird, dass bei Bedarf die großen Trag-
und Umlenkrollen soweit entlastet werden, dass nur noch die kleinen
Tragrollen Aufstandslasten aufnehmen und sich die Aufstandslänge des
Gurtbandlaufwerkes damit gleichzeitig erheblich verkürzt. Damit
könnte
z.B. die Lenkbarkeit eines Fahrzeugs bei Straßenfahrt wesentlich verbessert
werden.
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Die genannten Merkmale können grundsätzlich bei
allen Laufwerksformen und z.B. auch unabhängig von der Anzahl der kleinen
Tragrollen oder auch der Aufstandslänge angewandt werden.
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Die Erfindung erstreckt sich nicht
nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren
Kombination.
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Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel
anhand der I bis VI dargestellt und wird im
folgenden näher
beschrieben.
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Es zeigt:
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I schematisch
die Darstellung und den Grundaufbau des Gurtbandlaufwerkes
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II zeigt
in schematischer Darstellung den Grundaufbau des Gurtbandlaufwerkes
ohne Gurtband
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III zeigt
in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch das Gurtbandlaufwerk
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IV zeigt
in schematischer Darstellung eine Seitenansicht des Gurtbandlaufwerkes
ohne Gurtdarstellung
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V zeigt
in schematischer Darstellung einen Schnitt durch den Bereich einer
großen
Trag- und Umlenkrolle
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VI zeigt
in schematischer Darstellung einen Schnitt quer durch das Gurtbandlaufwerk
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Die I zeigt
in schematischer Darstellung den Grundaufbau des Gurtbandlaufwerkes,
der hier in Form eines gleichschenkeligen Dreiecks gewählt wurde,
da dies vorteilhaft für
die Anordnung aller erforderlicher Elemente ist. Grundsätzlich könnten jedoch
auch andere Formen gewählt
werden. In der I ist
zunächst
das Profilgurtband (1) zu erkennen, dass um das Antriebsrad
(2) und die beiden großen
Trag- und Umlenkrollen (3) umläuft. Weiter sind die kleinen
Tragrollen (4), hier 3 an der Zahl dargestellt, die die
Aufstandskräfte
zusätzlich
mit aufnehmen und für
eine gleichmäßige Lastverteilung über die
ganze Aufstandslänge
sorgen.
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Weiter dargestellt ist die Antriebsachse
(6) die bei gezeigtem Ausführungsbeispiel beidseitig gelagert ist,
hier zu sehen in der Gegenlagerung (7), die auf den Laufwerkswagengrundkörper (9)
aufgebaut ist.
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Weiter dargestellt ist die Tragachse
(8) die im Beispiel ebenfalls beidseitig koaxial zur Eintriebsachse (DAn) gelagert ist.
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II zeigt
in schematischer Darstellung den Grundaufbau des Gurtbandlaufwerkes
ohne Darstellung des Profilgurtbandes, hier von der Antriebsseite
her mit dem Laufwerksgetriebe (5). Ebenfalls dargestellt
ist, dass die großen
Trag- und Umlenkrollen (3) und die kleinen Tragrollen (4)
im Ausführungsbeispiel
beidseitig um eine mittige Laufwerkswagenkonstruktion angebracht
sind, d. h. immer zwei Tragrollen sind auf einer gemeinsamen Achse
angeordnet. In der II sind
jedoch nur die antriebsseitigen Rollen gezeichnet.
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Weiter dargestellt und zu erkennen
ist hier die Schwingachse (11) die über einen Federzylinder (15') am Laufwerkswagengrundkörper (9)
abgestützt
wird.
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Erfindungsgemäß dargestellt ist auch die
antriebsseitige Lagerung der Tragachse (8), die koaxial
zur Eintriebsachse (DAn) des Laufwerksgetriebes
(5) gestaltet ist. Gleichzeitig ist die Tragachse (8)
hier antriebsseitig mit einem Schraubflansch zur Anbindung des Laufwerks
an beliebige Fahrwerkskonstruktionen versehen.
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Gemäß dem gewählten Ausführungsbeispiels ist die beidseitige
Lagerung des Antriebsrades (2) zwischen dem Laufwerkgetriebe
(5) und der Gegenlagerung (7) zu erkennen.
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III zeigt
in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch das gefederte
und spannkraftkompensierte Gurtbandlaufwerk. Entsprechend dem gewählten Ausführungsbeispiel
läuft das
Profilgurtband um das Antriebsrad (2) und die beiden großen Trag-
und Umlenkrollen (3) um. Die drei kleinen Tragrollen, hier nicht
bezeichnet werden durch die Federzylinder (15) abgestützt, diese
sind (hier nicht dargestellt) erfindungsgemäß mit den beiden weiteren Federzylindern
(15') verbunden.
Bei vorzugsweise hydraulischen Federzylindern über entsprechende Rohrleitungen.
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Die Vorrichtung zur Aufbringung der
erforderlichen Gurtvorspannkraft wird hier im Ausführungsbeispiel in
die Lagerung einer der großen
Trag- und Umlenkrolle (3) integriert, indem nicht wie gegenüberliegend
die große
Trag- und Umlenkrolle (3) in einer Schwingachse (11)
gelagert ist, sondern diese Schwingachse praktisch in eine Spannschwinge
(12) und eine Spannachse (13) aufgeteilt ist.
Die Vorspannkraft selbst erzeugt dann letztendlich der in die Spannachse
(13) integrierte Spannzylinder (14), der sich
an der Spannschwinge (12) abstützt.
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Entscheidend für die erfindungsgemäße Gestaltung
der Anlenkung für
die großen
Trag- und Umlenkrollen (3) ist, dass die Wirklinie zwischen
den Achsen der großen
Trag- und Umlenkrollen (3) und den Drehpunkten der Schwingachse
(11) sprich Drehpunkt (D1) und der Spannschwinge (12)
sprich Drehpunkt (D2) jeweils die Winkelhalbierende zwischen den
Wirkrichtungen des umlaufenden Profilgurtbandes (1) bildet.
D. h. der Winkel (α)
= Winkel (α') und der Winkel
(β) = Winkel
(β'), wodurch keine
Momente aufgrund der Gurtvorspannkraft um die Drehpunkte (D1) und
(D2) auftreten, bzw. diese sich kompensieren.
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Weiter dargestellt ist die Anordnung
der Federpakete (16 und 16') die jeweils auf die Schwingachse (11)
bzw. die Spannschwinge (12) wirken.
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IV zeigt
in schematischer Darstellung eine Seitenansicht des gefederten und
spannkraftkompensierten Gurtbandlaufwerkes ohne Gurtdarstellung.
Zur Veranschaulichung der erfinderischen Wirkweise des Laufwerkes
werden nur die antriebsseitigen Tragrollen dargestellt, so dass
der Aufbau des Laufwerkes deutlich wird.
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Die Anbindung der kleinen, hier nicht
bezeichneten Tragrollen über
die Schwingachsen (10) ist in gleicher oder ähnlicher
Form Stand der Technik, entscheidend für die erfinderische Wirkweise
ist, dass die durch die Aufstandslasten (P2), (P3) und (P4) eingebrachten
Kräfte
durch die Federzylinder (15) in den Laufwerkswagengrundkörper (9)
eingebracht werden.
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Die Aufstandslasten (P1) und (P5)
an den großen
Trag- und Umlenkrollen (3) werden durch die Federzylinder
(15') am
Laufwerkswagengrundkörper
(9) abgestützt.
Der Wirkhebel für
die Federzylinder (15')
ist hier mit (W) bezeichnet und ist aufgrund des symmetrischen Aufbaus
des Ausführungsbeispiels
beidseitig gleich.
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Durch die erfindungsgemäße Verbindung
aller Federzylinder (15 und 15'), vorzugsweise bei hydraulischer
Auslegung mittels Rohrleitungen und einer genauen Abstimmung aller
Hebelübersetzungen
und Wirkflächen
der Federzylinder kann eine gleichmäßige Verteilung der auf ein
Laufwerk wirkenden Last auf alle Trag- und Umlenkrollen gewährleistet
werden, d. h. (P1)=(P2)=(P3)=(P4)=(P5).
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Bei wechselnder Belastung eines Laufwerkes
wird sich natürlich
der Einfederweg der Federzylinder (15 und 15') verändern. Um
dem entgegen zu wirken, kann entsprechend Anspruch 3 nach Erfassung
des momentanen Einfederweges, der bei hydraulischer Auslegung erforderliche
Druck in den Federzylindern (15 und 15') nachgeführt werden.
Dies ist Stand der Technik und wird z. B. auch bei Niveauregelsystemen
eingesetzt.
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Weiter ist nach erfinderischer Gestaltung
für die
Funktion entscheidend, dass die Federpakete (16 und 16') wie in III dargestellt, über eine
entsprechende Konstruktion, hier Verbindungsbolzen (17)
auf die Schwingachse (11) bzw. die Spannschwinge (12)
und damit auf die großen
Trag- und Umlenkrollen (3) wirken. Entscheidend deshalb,
weil bei dynamischer Belastung des Laufwerks alle Tragrollen eine
Drehbewegung um ihre Lagerungsachsen beschreiben, speziell die großen Trag-
und Umlenkrollen (3) eine Drehbewegung mit dem Radius (A1)
um die Drehpunkte (D1) bzw. (D2). Dadurch ergibt sich wiederum eine
Abweichung zwischen den in III bezeichneten
Winkeln, d. h. der Winkel (α) ≠ Winkel (α') und der Winkel
(β) ≠ Winkel (β'). Aufgrund dieser
Winkelabweichungen ergeben sich dann, abhängig von der Gurtvorspannkraft
(FSp) entsprechende Drehmomente um die Drehpunkte
(D1) bzw. (D2). Über
die Hebellänge
(A2) wirken dann die Federpakete (16 und 16') wie in III dargestellt, diesen Drehmomenten
entgegen und kompensieren sie.
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Für
die mit der Spanneinrichtung, aus Spannschwinge (12), Spannachse
(13) und Spannzylinder (14) versehenen Seite des
Laufwerkes, ergeben sich durch die Spannwegsänderungen (Spannachse (13)
dreht sich mit Radius (A3) um den Drehpunkt (D3)) theoretisch auch
Längenänderungen
für den
Achsabstand (A1) auf dieser Seite. Praktisch sind diese Längen- und
damit auch Winkeländerungen
jedoch vernachlässigbar klein
und wirken sich nicht merklich aus.
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V zeigt
in schematischer Darstellung einen Schnitt durch den Bereich einer
großen
Trag- und Umlenkrolle (3), hier speziell die Seite mit
der Spanneinrichtung, aus der im Schnitt dargestellten Spannschwinge (12),
der Spannachse (13) und dem Spannzylinder (14).
Mit dargestellt ist ein Federzylinder (15') der mit Wirkabstand (W) die Spannschwinge
(12) gegen den Laufwerkswagengrundkörper (9) abstützt. Erfindungsgemäß dargestellt
sind auch die Federpakete (16 und 16'), die ebenfalls
im Laufwerkswagengrundkörper
(9) abgestützt, über den
Verbindungsbolzen (17) auf die Spannschwinge (12),
bei Auslenkung dieser wirken. Entsprechend den Hebellängen (A1)
und (A2), sowie der mittels Spannzylinder (14) aufgebrachten
Gurtvorspannkraft sind die Federpakete (16 und 16') in Kraft-
und Federkennlinie auszulegen. Vorzugsweise können dafür Tellerfedern eingesetzt werden.
Entsprechend Anspruch 2 können
mit hier nicht dargestellten, veränderlichen Federpaketen (16 und 16') unterschiedliche
Gurtvorspannkräfte
kompensiert werden.
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VI zeigt
in schematischer Darstellung einen Schnitt mittig, quer durch das
Gurtbandlaufwerk. Dabei ist in erfinderischer Weise dargestellt,
dass sich die Tragachse (8) koaxial um die An- bzw. Eintriebsachse (DAn)
des Laufwerkgetriebes (5) dreht.
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Hier im Ausführungsbeispiel beidseitig gelagert
am Laufwerksgetriebe (5) und an der Gegenlagerung (7).
Ebenfalls beidseitig gelagert die Antriebsachse (6) auf
der das Antriebsrad (2) montiert ist. Weiter sind zu erkennen
der Laufwerkswagengrundkörper
(9) und aufgrund der nur antriebsseitig moniert dargestellten
Tragrollen (4) auch eine Schwingachse für kleine Tragrollen (10)
und die Spannachse (13). Nicht dargestellt ist das umlaufende
Profilgurtband.
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