Die Erfindung betrifft eine angetriebene Achsanordnung entsprechend dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die angetriebene Achsanordnung, auf die sich die Erfindung bezieht, hat Radnaben,
die mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten angetrieben werden. Hierzu hat die
Achsanordnung ein Achsengehäuse mit einem Hauptantrieb, Radnabeneinheiten, die
auf beiden Seiten des Achsengehäuses angeordnet und von einer Antriebswelle mit
unterschiedlichen Drehmomenten auf beiden Seiten des Hauptantriebes angetrieben
werden, innerhalb jeder Radnabeneinheit ein Planetengetriebe, eine Lamellen-
Friktionstyp-Flüssigkeitsbremse, die mit der Antriebswelle ebenso wie mit einer
Antriebseinheit des Fahrzeugs gekuppelt ist, wobei die Bremse innerhalb eines
Zahnkranztragelements angeordnet, und um Planetenzahnräder des
Planetengetriebes ein Zahnring hiermit verbunden ist.
Das U.S-Patent No. 5,088,967 beschreibt eine angetriebene Achsanordnung für
Schwerfahrzeuge wie Räumgeräte, Abbaumaschinen, landwirtschaftliche Schwerma
schinen und Fahrzeuge zum Handhaben und Transportieren von Materialien, die ein
Planetengetriebe und eine Lamellenfriktionstyp-Flüssigkeitsbremse hat. Diese Lösung
ist in der Lage, schwere Lasten und Beanspruchungen zu handhaben, mit denen
angetriebene Achsanordnungen von Fahrzeugen, wie sie oben erwähnt wurden,
beaufschlagt werden, weshalb es zahlreiche Lösungen gibt.
Die angetriebenen Achsanordnungen diese Typs sind jedoch nicht für Anwendungs
fälle bei angetriebenen Achsen mit Lenkeinrichtungen geeignet. Es ist nicht unüblich,
daß diese Art von Schwerfahrzeugen Gleisketten- oder Gummiraupen oder -Bänder
anstelle von üblichen Rädern haben, und diese Raupen werden zum Antrieb des
Fahrzeugs angetrieben. In diesen Fällen werden die Schwerfahrzeuge mit
unterschiedlichem Moment der Raupen angetrieben, was durch unterschiedliche
Drehgeschwindigkeiten der Raupenantriebe auf beiden Seiten des Fahrzeugs erreicht
wird. Oft wird diese bekannte Lösung bei Fahrzeugen verwendet, die übliche Räder
haben, wobei die Räder selbst mit unterschiedlicher Geschwindigkeit während des
Lenkvorgangs drehen.
Insgesamt sind die bisher bekannten Lösungen, die unterschiedliche Drehge
schwindigkeiten auf beiden Seiten des Fahrzeugs bewirken, für Anwendungsfälle unter
Schwerlastbedingungen nicht geeignet, jedoch besteht, wie oben erwähnt wurde, eine
erhebliche Notwendigkeit, diesen Nachteil zu beseitigen.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine angetriebene
Achsanordnung mit Radnaben zu schaffen, die mit unterschiedlichen Drehge
schwindigkeiten angetrieben werden, wobei die Idee unterschiedlicher Drehantriebe
auf beiden Seiten des Fahrzeugs für Schwerfahrzeuge angewandt werden kann, und
wobei die Vorteile der die umfangreich erprobten Achsanordnungen dieser Art von
Fahrzeugen ohne Erhöhung der Komplexität, Produktions- und Verringerung der
Einsatzdauer, Lastaufnahmekapazität und Zuverlässigkeit beibehalten werden können.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, getrennte Antriebe auf beiden Seiten der
Achsanordnung vorzusehen, insbesondere innerhalb beider Radnaben an den
äußeren Enden der Fahrzeugachse.
Gelöst wird diese Aufgabe gem. der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 kann das Eingangszahnrad der Antriebs
anordnung gerade oder schräge Zähne haben, und die Zahnhülse kann einen
Zahnring mit Zähnen haben, die denen des Eingangszahnrades entsprechen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1-6 beispielsweise erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 einen Teil einer Querschnittsdarstellung einer Achse einer bevorzugten
Ausführungsform der Achsanordnung;
Fig. 2 in einer ähnlichen Darstellung wie in Fig. 1 einen kleineren Teil des
Querschnitts einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 3 eine Fig. 2 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 4 einen Teil des Querschnitts einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 6 Funktionsdiagramm der Achsanordnung.
Das U.S.-Patent No. 5,088,967 beschreibt eine angetriebene Achsanordnung für
Schwerfahrzeuge mit einem Planetengetriebe und einer Lamellenfriktionstyp-
Flüssigkeitsbremse.
Diese Beschreibung dient als Grundlage der Erläuterung bevorzugter Ausführungs
formen der Erfindung. In den Zeichnungen sind eine Radnabeneinheit und damit
verbundene Teile gezeigt; die gleiche Anordnung befindet sich am anderen Ende der
Fahrzeugachse.
Fig. 1 zeigt eine Antriebseinheit 2, die das Drehmoment zum Antrieb des Fahrzeugs
liefert und mit einem Achsgehäuse 1 des Fahrzeugs gekuppelt ist. Am Achsengehäuse
1 ist eine Hohlspindel 3 stationär befestigt, durch die eine Antriebswelle 4, die mit
dem Hauptfahrzeugantrieb verbunden ist, verläuft. Bei diesem Beispiel ist die
Antriebseinheit 2, die das Fahrzeug bewegt, als ein Achsengehäuse 5 ausgebildet, das
drehbar auf der Hohlspindel 3 sitzt. An einem Flansch 6 des Achsengehäuses 5 ist
eine Radfelge 7 des Fahrzeugrades lösbar befestigt. Das Achsengehäuse 5 ist
aufgrund von Rollenlagern 8, 9 mit konischen Rollen bei diesem Beispiel drehbar. Das
Innere der Radnabeneinheit ist gegen das Äußere durch eine Dichtung 10
abgedichtet.
In die Antriebswelle 4 ist eine Zahnhülse 12 drehbar gelagert, auf der ein
Zahnringtragteil 11 befestigt ist. Die Zahnhülse 12 ist gegen die Hohlspindel 3 durch
Rollenlager 13 drehbar gelagert. Das Zahnringtragteil 11 wird von einer Lagermutter
14 auf der Zahnhülse 12 gehalten. Das Zahnringtragteil 11 nimmt eine
Lamellenfunktionstyp-Flüssigkeitsbremse 15 der Radnabeneinheit auf. Die Bremse 15
hat einen üblichen Aufbau, wie z. B. im U.S.-Patent No. 5,088,967 beschrieben ist. Die
inneren Bremslamellen der Bremse 15 kämmen mit äußeren Teilen einer
Antriebswelle 4, während die äußeren Bremslamellen der Bremse 15 mit inneren
Keilen kämmen, die auf der inneren Ringfläche in diesem Bereich des
Zahnringdrahtteils 11 vorgesehen sind. Der Bereich der inneren Bremslamellen und
der der äußeren Bremslamellen ist abwechselnd innerhalb der Bremse 15
angeordnet.
Am äußeren Ende des Zahnringtragteils 11 gegenüber dem Achsengehäuse 1
befindet sich ein Planetengetriebe 16 der Radnabe. Ein Zahnring 17 ist als
Drehmomentlager ausgebildet, jedoch auf diesem Ende des Zahnringtragteils 11
etwas verschiebbar. Aus diesem Zweck ist der Zahnring 17, der innere Keilzahnung
hat, auf einer äußeren Keilzahnung 18 befestigt, die am Zahnringtragteil 11
ausgebildet ist. Daher ist eine Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem
Zahnring 17 und dem Zahnringtragteil 11 gebildet. Auf der inneren Keilzahnung des
Zahnrings 17 laufen Planetenzahnräder 19 um ein Sonnenrad 20, das am Ende der
Antriebswelle 4 sitzt.
Eine Antriebsanordnung (nicht gezeigt) ist am Zahnring 17 des Planetengetriebes 16
angeordnet, das innerhalb der Radnabeneinheit sitzt, um einen Unterschied der
Drehgeschwindigkeiten der Radnabeneinheiten zu bewirken, die auf derselben
Antriebsachse angeordnet sind, was zur Lenkwirkung des Fahrzeugs führt. Die
Verbindung dieser Antriebsanordnung und der angetriebenen Achsanordnung ist
durch zwei Beispiele in Fig. 1 gezeigt. In der unteren Hälfte der Zeichnung hat ein
Antriebseingangszahnrad 21 gerade oder schräge Zähne, die mit Zähnen 22
kämmen, die an der Zahnhülse 12 im selben Muster vorgesehen sind.
Im oberen Teil der Fig. 1 ist gleichzeitig ein Antriebseingangszahnrad 21A gezeigt,
das ein Schneckengewinde auf seiner Außenfläche hat, während die Zahnhülse 12 ein
Innenschneckengewinde 22A hat.
Der Unterschied zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Antriebsanordnungen der
Radnabeneinheiten ist der Differenz der Drehgeschwindigkeiten zwischen den
Radnabeneinheiten proportional, die auf der angetriebenen Achse des Fahrzeugs
sitzen, was zur Lenkwirkung des Fahrzeugs führt. Dies wird während des Betriebs der
Ausführungsform der Fig. 1 durch eine Drehverstellung des Zahnrings 12 des
Planetengetriebes 16 mittels der Antriebsanordnung erreicht, was zur Lenkwirkung
führt. Wenn das Fahrzeug geradeaus fahren soll, dann werden die Antriebseinheiten
nicht angetrieben, und der Zahnring 17 wird drehfest gehalten. Dies kann leicht
mittels des Antriebseingangszahnrads 21A erreicht werden, das ein
Schneckengewinde hat, da es selbstblockierend ausgebildet ist. Im Falle des
Antriebseingangszahnrads 21 dienen zusätzliche Einrichtungen (nicht gezeigt) zur
drehfesten Anordnung des Zahnrads 17 des Planetengetriebes 16 für die Geradeaus
fahrt des Fahrzeugs.
Im Falle einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs wird der Zahnring 17 mit einer zusätzlichen
Drehung beaufschlagt. Wenn sich das Fahrzeug nach links dreht, wird der Zahnring
17 in der Radnabeneinheit auf der linken Seite des Fahrzeugs im gleichen Sinne wie
das Fahrzeugrad 17 gedreht, so daß die Drehzahl des Rads 7 bzgl. der der
Geradeausfahrt des Fahrzeugs ansteigt, weshalb das linke Rad 7 auf der Achse
während der gleichen Zeit eine längere Bahn als das andere Rad 7 des Fahrzeugs
durchläuft. Aus diesem Grund wird die Drehung der Antriebsanordnung auf die
Zahnhülse 12 durch Wechselwirkung der Eingangszahnräder 21, 21A und der Keile
22, 22A aufgebracht, und somit dreht sich die Zahnhülse 12 bzgl. der Antriebswelle
4. Die Zahnhülse 12 trägt jedoch das Zahnringtragteil 11, das wiederum den
Zahnring 17 dreht, der mit einem Außengewinde 18 verbunden ist.
Selbstverständlich können die beiden Radnabeneinheiten auf der Achsanordnung
entgegengesetzt angetrieben werden, und dadurch kann die Lenkwirkung effektiver
gemacht werden, da der Unterschied zwischen den Drehgeschwindigkeiten der
Antriebsanordnungen größer ist. Wenn bei dem vorherigen Beispiel der Zahnring 17
der linken Radnabeneinheit in der gleichen Richtung wie das Rad 7 angetrieben wird,
dann muß der Zahnring 17 der rechten Radnabeneinheit entgegengesetzt
angetrieben werden. Die Lenkwirkung ist der Differenz der Drehungen der Zahnringe
auf beiden Seiten der Achse proportional.
Wie bei üblichen Lösungen bekannt ist, steht der Zahnring 17 mit drei
Planetenzahnrädern 19 in Verbindung, und daher nimmt aufgrund der Anordnung
bei der Erfindung der Zahnring 17 die Abrollunsicherheit der Planetenzahnräder 19
frei auf. Dies führt zu einer minimalen Verformung des Zahnrings 17 bei Last und zu
einem nahezu idealen Abrollen der Planetenzahnräder 19. Der Eingriff der Zähne hat
einen stabilen Achsabstand während des gesamten Umlaufs und hängt somit nicht
von der Genauigkeit der Verformung der anderen Konstruktionsteile ab. Die
kämmende Keilzahnung am Zahnring 17 kann frei dimensioniert werden, und dies
verhindert die Erhöhung bzw. Vervielfachung der Lastwirkung auf die Zähne.
Außerdem ist der Schneckenzahnradantrieb bzgl. der selbstblockierenden Eigenschaft
von Vorteil.
Im Falle des Beispiels der Fig. 2 ist die Antriebseinheit des Fahrzeugs als Wellenende
23 ausgebildet, das in einem Gehäuse 24 drehbar gelagert ist, das am
Achsengehäuse 1 des Fahrzeugs befestigt ist. Das Wellenende 23 wird von einem
Kegelzahnrad 25 und einem Scheibenzahnrad 26, das damit verbunden ist, und der
Antriebswelle 4 angetrieben. Die Ausbildung der Bremse und des Zahnringtragteils 11
ist dieselbe wie in Fig. 1. Die äußere Keilzahnung 18 ist mit dem Zahnringtragteil 11
verbunden, das das Planetenrad 19 als Teil des Planetengetriebes 16 hält. Ein
Planetenträger 27 des Planetengetriebes 16 ist im Gehäuse 24 drehbar gelagert.
Bei dieser Ausführungsform befindet sich ein Antriebseingangszahnrad 28 der
Lenkantriebsanordnung im Gehäuse 24 und ist am Zahnringtragteil 11 befestigt.
Gleichzeitig ist das Zahnringtragteil 11 im Lager 29 bzgl. des Gehäuses 24 drehbar
gelagert.
Beim Betrieb der Ausführungsform der Fig. 2 wird die Drehbewegung von der
Lenkantriebsanordnung auf das Zahnringtragteil 11 über das Zahnrad 28 übertragen,
und treibt den Zahnring 17 mit der äußeren Keilzahnung 18 an. Dies führt zu einer
Differenz der Drehungen der Radnabeneinheiten auf derselben Achse, wie in Fig. 1,
wenn die andere Radnabe nicht oder entgegengesetzt angetrieben wird. Diese
Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil höherer Belastbarkeit der
Antriebsanordnung, was auf die Verwendung des Kegelrads 45 und des Scheibenrads
26 zurückzuführen ist.
Die Ausführungsform der Fig. 3 ist der der Fig. 2 sehr ähnlich, jedoch erfolgt der
Antriebseingang der Lenkantriebsanordnung von der anderen Seite und von
außerhalb des Planetengetriebes 16. Bei diesem Beispiel ist das Zahnringtragteil 11,
das die Bremse 15 aufnimmt, am Gehäuse befestigt, und ist nicht mit dem Zahnring
17 des Planetengetriebes 16 verbunden. Der Antriebseingang der Lenkantriebsan
ordnung erfolgt mittels eines Zahnrads 30, das im Gehäuse 24 drehbar gelagert ist.
Das Zahnrad 30 steht in Drehmomentübertragungsverbindung mit einer Hülse 31, die
im Gehäuse 24 an einer Keilzahnung 32 der Hülse 31 drehbar angeordnet ist,
während eine äußere Keilzahnung 33 der Hülse 31 an der inneren Keilzahnung des
Zahnrings 17 befestigt ist.
Im Betrieb wird der Antrieb der Lenkantriebsanordnung vom Zahnrad 30 über seinen
Keilzahnung 32 auf die Hülse 31 übertragen, die dem Zahnring 17 über die
Keilzahnung 33 dreht, und zwar in einem Ausmaß, wie dies von der Lenkwirkung
erforderlich ist. Dies führt zum gleichen Betrieb, wie er anhand Fig. 1 beschrieben
wurde.
Der Aufbau und die Arbeitsweise der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der der
Fig. 3 sehr ähnlich. Der Antriebseingang der Lenkantriebsanordnung ist in der
Verwendung eines Schneckenrads 34 als Antriebseingangszahnrad, das mit einem
Schneckenzahnring verbunden ist, verschieden. Somit wird die Drehung von der
Antriebsanordnung über das Schneckenrad 34 auf den Schneckenzahnring 35
übertragen, der die Hülse 34 im Gehäuse 24 dreht. Diese Drehung wird dann vom
Teil 33 der Hülse 31 auf den Zahnring 17 übertragen, was zum Antrieb des
Planetengetriebes 16 führt.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist die Lenkantriebsanordnung ein an sich
bekannter Hydromotor 36. Der übliche Hydromotor 36 erzeugt eine Drehbewegung
mit sehr hohem Drehmoment bei Aufprall der unter Druck eingeleiteten
Hydraulikflüssigkeit. Der stationäre Teil, bei diesem Beispiel ein Gehäuse 37 des
Hydromotors 36, ist durch das Zahnringtragteil 11 am Gehäuse 24 des Wellenendes
23 befestigt, während sein Drehteil, der bzgl. des Gehäuses 37 in Lagern 38 drehbar
ist, im Drehmoment Übertragungsverbindung mit dem Zahnring 17 des
Planetengetriebes 16 steht. Hierbei ist der Drehteil des Hydromotors 36 als
rohrförmige Welle 39 ausgebildet, durch die die Antriebswelle 4 frei drehbar verläuft.
Die Welle 39 hat eine runde Scheibe 40 mit einer Keilzahnung 41 an ihrem radial
äußeren Flansch. Die Keilzahnung 41 ist am inneren Keil des Zahnrings 17 befestigt,
was zu einer Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Drehteil des
Hydromotors 36 und dem Zahnring 17 des Planetengetriebes 16 führt.
Die Arbeitsweise der Ausführungsform der Fig. 5 ist gleich der der Ausführungsform
der Fig. 4. Beim Aufprall der Druckflüssigkeit drehen sich der Drehteil des
Hydromotors 36, d. h. die rohrförmige Welle 39 und die Scheibe 40 sowie in der
Zahnring 17 des Planetengetriebes 16 durch die Keilzahnung 41.
Wie sich aus der Zeichnung ergibt, kann der Hydromotor 36 selbst in der
Radnabeneinheit angeordnet werden, was die Konstruktion wesentlich vereinfacht,
und der Antriebseingang und die Radnabeneinheiten können wiederum eine voll
geschlossene Konstruktion haben. Da der Hydromotor 36 die Drehbewegung in
beiden Richtungen erzeugen kann, genügt es, nur einen Hydromotor 36 auf der
Achse vorzusehen, da bei einer Änderung der Drehrichtung dieses einzigen
Hydromotors 36 die Lenkwirkung in beiden Richtungen eingeleitet werden kann.
Die Zeichnung der Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Hydromotor 36 an jedem der
beiden Enden einer angetriebenen Achsanordnung 42 des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Die Hydromotoren 36 sind durch zwei getrennte Hydraulikleitungen 43 und 44
verbunden. Die Hydraulikleitung 44 hat eine übliche Hydraulikpumpe 45.
Beim Betrieb dieser Ausführungsform wird der Druck zwischen den beiden
Hydromotoren 36 durch die Hydraulikleitung 43 ausgeglichen, und das Fahrzeug
fährt geradeaus. Wenn sich das Fahrzeug nach rechts drehen soll, wird die Hydraulik
45 betätigt, und ihr Druckauslaß wird mit dem Hydromotor 36 auf der linken Seite
und ihr Ansaugeinlaß mit dem Druckmotor 36 auf der rechten Seite des Fahrzeugs
verbunden. In diesem Falle arbeitet der rechte Motor 36 als Saugpumpe und leitet das
Hydraulikmittel unter hohem Druck zum linken Hydromotor 36. Daher drehen sich die
Zahnringe 17 in den Radnabeneinheiten an beiden Enden der angetriebenen Achse
42 des Fahrzeugs in entgegengesetzten Richtungen, so daß sie die Differenz der
Drehgeschwindigkeit der beiden Radnabeneinheiten und die Lenkwirkung des
Fahrzeugs ergibt. Da der sehr hohe Druck, der zum Antrieb des Hydromotors 36 vom
rechten Hydromotor 36 erzeugt wird, muß die Hydraulikpumpe 45 nur einen relativ
niedrigen Druck erzeugen, um die Lenkwirkung sicherzustellen. Wenn die
Hydraulikpumpe 45 z. B. eine Zahnradpumpe ist, dann kann die Hydraulikpumpe 45
entgegengesetzt laufen, die Funktion der Hydromotoren 36 auf beiden Seiten wird
umgekehrt, und die Lenkwirkung erfolgt in der anderen Richtung.
Der wichtigste Vorteil ist der sehr einfache Aufbau der beschriebenen Anordnung. Die
Erfindung verwendet alle vorherigen konstruktiven Lösungen und schafft eine
bekannte und zuverlässige Achsanordnung für Schwerfahrzeuge. Es ist auch wichtig,
daß nur eine Lenkantriebsanordnung, die an einer der Radnabeneinheiten befestigt
wird, unbedingt notwendig ist, um die Lenkwirkung einzuleiten. Der Grund hierfür
liegt in der Tatsache, daß die Drehung des Antriebseingangszahnrads 21, 21A und
damit die zusätzliche Drehung des Ringzahnrads 17 des Planetengetriebes 16 in
beiden Richtungen mit ein und demselben Hydromotor 36 mögliche sind, der zwei
Funktionsrichtungen hat. Damit kann beim Betrieb des Hydromotors 36 in
entgegengesetzter Richtung der Lenkvorgang in entgegengesetzten Richtungen mit nur
einer Lenkantriebsanordnung eingeleitet werden. Dies ist ein sehr wichtiger Vorteil,
wenn die Komplexität und Sicherheit der Fahrzeuglenkantriebe berücksichtigt werden.