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Die
Erfindung richtet sich auf einen Fahrantrieb fahrerloser Transportfahrzeuge.
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Ein
allseitig rangierbares Schwertransportfahrzeug, wie es Ausgangspunkt
der vorliegenden Erfindung darstellen kann, ist beispielsweise aus
der
DE 38 41 971 A bekannt,
wobei dort die Art der Räder die besondere Beweglichkeit
des Fahrzeuges kennzeichnet.
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Das
mögliche Bewegungsverhalten eines fahrerlosen Transportfahrzeuges
wird durch die Anzahl der Freiheitsgrade des Fahrwerkes bestimmt. Man
unterscheidet linienbewegliche und flächenbewegliche Fahrzeuge.
Jedes Fahrzeug hat grundsätzlich in seiner Fahrebene drei
Bewegungsfreiheitsgrade:
- – Bewegung
in Längs- und Querrichtung (X-/Y-Position)
- – Drehung um die Hochachse (sog. Gieren, Gierwinkel)
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Bei
einem linienbeweglichen Fahrzeug sind diese nicht unabhängig
voneinander einstellbar, da die Ausrichtung des Fahrzeugrahmens
relativ zur Bahnkurve durch das Fahrwerk fest vorgegeben ist. Dies
führt bei Kurvenfahrten zu einem erhöhten Flächenbedarf.
Bei einem flächenbeweglichen Fahrzeug kann dagegen die
Orientierung des Fahrzeugrahmens unabhängig von der Fahrzeugposition
eingestellt werden. Es sind sowohl während der Fahrt als
auch aus dem Stand heraus alle Bewegungen (translatorische und rotatorische)
des Fahrzeugrahmens möglich.
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Nachteile
bekannter Fahrwerkslösungen sind u. a. die folgenden:
Flächenbewegliche
Fahrwerke lassen sich bislang nur durch die Kombination einzeln
gelenkter Räder, durch drehbare Differentialantriebe oder
durch den sogenannten ”Mecanum Drive” herstellen.
Bei einer Kombination mehrerer gelenkter Räder ist durch
eine Hebelmechanik (”Lenkgestänge”) oder
eine steuerungsseitige Kopplung der Räder eine einwandfreie Kinematik
des Fahrwerkes sicherzustellen.
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Geometrische
Grundvoraussetzung ist z. B. die Einhaltung der Ackermann-Bedingung,
nach welcher die Radachsen eines gelenkten Fahrzeuges durch einen
gemeinsamen Punkt verlaufen müssen. Sollen z. B. zum Tragen
höherer Lasten oder zur Reduzierung der Flächenbelastung
des Bodens gelenkte Räder in größerer
Anzahl vorgesehen werden, steigt der konstruktive Aufwand zur Realisierung
einer einwandfreien Fahrwerkskinematik stark an. Aufgrund dieser
Tatsache wird für Fahrwerke mit mehreren gelenkten und/oder
angetriebenen Rädern häufig auf eine Beweglichkeit
in der Fläche zugunsten einer Linienkinematik verzichtet.
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Im
Bereich der Flurförderzeuge (insbesondere bei fahrerlosen
Systemen) ist die Realisierung flächenbeweglicher Fahrwerke
mittels zweier Lenkantriebe üblich. Bei diesen Fahrwerken
werden die Lenkantriebe in der Regel in Verbindung mit mehreren
der Abstützung dienenden passiven Lenkrollen verwendet.
Alternativ dazu kommen drehbare Differentialantriebe zum Einsatz,
die ebenfalls durch eine Anzahl passiver Lenkrollen zu einem kompletten Fahrwerk
ergänzt werden. Gemeinsamer Nachteil dieser Prinzipien
ist, dass die passiven Rollen beim Richtungswechsel Ungenauigkeiten
in der Fahrkurve verursachen können. Diese entstehen durch
das unkontrollierte ”Umschlagen” der um die Hochachse drehbar
gelagerten Stützrollen.
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Ein
rascher Wechsel der Fahrtrichtung ist bei den Lenkan trieben und
den drehbaren Differentialantrieben mit Problemen behaftet, da hierfür
entweder der Stillstand des Antriebes oder eine Drehung der Antriebseinheit(en)
um 180° erforderlich ist. Eine Lenkbewegung der Räder
ist aufgrund der dann wirkenden Haftreibung mit einem vergrößerten
Lenkmoment oder einem erhöhten Verschleiß der
Reifen und des Bodens verbunden. Infolgedessen werden Fahrtrichtungswechsel
in der Praxis durch eine Umsteuerung bzw. Drehrichtungsänderung
der Motoren eingeleitet. Die Umkehr der Drehrichtung ist mit weiteren funktionalen
Nachteilen verbunden. Bei prinzipiell umsteuerbaren Antrieben wie
z. B. Elektroantrieben erfolgt zur Drehrichtungsumkehr eine Abbremsung des
Antriebes bis zum Stillstand.
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Die
im Antrieb gespeicherte Bewegungsenergie kann somit nicht oder nur
zu einem geringen Teil (z. B. durch Energierückgewinnungssysteme) weiter
genutzt werden. Die Trägheit der im Antriebssystem vorhandenen
drehenden Massen führt zudem zu einer Reduktion des Beschleunigungsvermögens
für das gesamte Fahrzeug. Antriebe, wie z. B. Verbrennungsmotoren,
die eine festgelegte Drehrichtung besitzen, erfordern für
den Wechsel der Dreh- bzw. Fahrtrichtung technischen Zusatzaufwand
in Form eines Wendegetriebes.
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Die
Lenkantriebe der Flurförderzeuge sind häufig als
sogenannte gelenkte Radnabenantriebe ausgeführt. Diese
sind dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mit dem Rad eine schwenkbare
Einheit bildet. Somit ist eine drehflexible Energieübertragung
vom Fahrgestell zum Antriebsmotor erforderlich, die bei den marktüblichen
Bauformen zumeist mittels Kabelketten oder Schleifleitungen realisiert wird.
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Abhängig
von der Drehmomenten/Drehzahl-Kennlinie des verwendeten Antriebsmotors muss
bei herkömmlichen Fahrwerken der für eine Beschleunigung
des Fahrzeuges erforderliche Betriebspunkt durch ein Untersetzungsgetriebe
hergestellt werden. Insbesondere bei flach verlaufenden Drehmomenten/Drehzahl-Kennlinien,
die z. B. bei Verbrennungsmotoren vorkommen, kann durch eine feste
Getriebeübersetzung nur entweder ein gutes Beschleunigungsvermögen
oder eine gute Ausnutzung der möglichen Endgeschwindigkeit
erreicht werden.
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In
der Praxis werden in diesem Fall somit Schaltgetriebe, verstellbare
Reibantriebe, hydrostatische Verstellgetriebe oder auch hydrodynamische Wandler
eingesetzt, die einen entsprechend hohen technischen Aufwand bedeuten.
Während den reibschlüssigen und fluidbasierten
Wandlersystemen Leistungsverluste anhaften, bestehen die technischen
Nachteile der Schaltgetriebe vor allem in der Unterbrechung des
Leistungsflusses während der Schaltvorgänge.
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Antriebe,
die aus dem Stillstand heraus kein Drehmoment entwickeln können,
benötigen in der Regel Schalt- bzw. Anfahrkupplungen, die
das Fahrwerk bei stillstehendem Fahrzeug vom Antriebsstrang bzw.
dem Motor entkoppeln.
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Die
Flächenpressung der Rollen üblicher Fahrwerke
von Flurförderzeugen verursacht häufig Beschädigungen
des Fußbodens und führt zur Bildung von Fahrspuren.
Diese können ihrerseits durch Schmutzansammlungen zur Verringerung
der Traktion und zu einer Verlängerung des Bremsweges führen.
Dieser negative Effekt ist insbesondere bei fahrerlosen Transportfahrzeugen
mit exakt festgelegten Fahrkursen eine bekannte Problematik.
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Neben
der Vermeidung der obigen Nachteile besteht die Aufgabe der Erfindung
darin, beim gattungsgemäßen Fahrantrieb den Wirkungsgrad
zu erhöhen, den Verschleiß der Räder
zu verringern einen möglichst hohen Schutz vor Verschmutzungen
zu gewährleisten bei gleichzeitig geringem Wartungsaufwand.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Fahrantrieb wird diese Aufgabe
gemäß der Erfindung durch eine Mehrzahl von in
Radaufhängungen positionierten Rädern an einem
von einem Rotationsantrieb beaufschlagten Radträger gelöst,
wobei die Radachsen über die jeweilige Radaufhängung
mittels eines Steuerantriebes in ihrem Winkel während eines
Umlaufes des Radträgers verstellbar sind.
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Erkennbar
weist der erfindungsgemäße Fahrantrieb auch eine
Reihe von Vorteilen auf. So vermeidet er den oben aufgeführten
Zusatzaufwand in Verbindung mit der Fahrtrichtungsänderung
ebenso wie eine zusätzliche Energieübertragung
an die Räder, da diese keinen eigenen Antrieb besitzen.
Ein weiterer Vorteil besteht u. a. auch darin, dass der erfindungsgemäße
Fahrantrieb die Funktion eines stufenlos verstellbaren Getriebes
aufweist und somit eine zusätzliche Drehzahl und Drehmomentenwandlung überflüssig
macht. Da der erfindungsgemäße Antrieb auch in
der Lage ist, bei voller Motordrehzahl aus dem Stillstand zu beschleunigen,
entfällt die Notwendigkeit einer Anfahrkupplung.
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Fahrzeuge
benötigen im Normalfall mechanischer Haltebremsen, die
an sich das Festhalten an Steigungen ermöglichen. Durch
die Selbsthängung des erfindungsgemäßen
Fahrwerkes sind zusätzliche Haltebremsen entbehrlich.
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Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei
kann vorgesehen sein, dass jede Radaufhängung senkrecht
zu ihrer Drehachse mit einer Linearführung ausgerüstet
ist, deren der Radaufhängung gegenüberliegendes
freies Ende an einem gemeinsamen Stellzapfen für alle Radaufhängungen
angelenkt ist, wobei auch vorgesehen sein kann, dass der Stellzapfen über
zwei im rechten Winkel zueinander stehende Stellantriebe in seiner
relativen Posi tion zum Mittelpunkt des Rotationskreises des Radträgers
verstellbar ist.
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An
dieser Stelle sei bemerkt, dass neben den Linearführungen
nach der Erfindung auch andere Verstellmöglichkeiten der
Radaufhängung möglich sind, etwa durch elektronisch
angesteuerte Stellmotoren od. dgl.
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Die
Erfindung sieht auch vor, dass der Verstellzapfen an einer Schiebemuffe
positioniert ist, die ihrerseits an Elementen des Fahrzeugtragrahmens geführt
ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf Einzelräder pro Radaufhängung
beschränkt. Sie sieht auch vor, dass beispielsweise Mehrfachrollenräder
eingesetzt werden oder auch Räder, die als konische Rollen
ausgebildet sind.
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Die
Erfindung betrifft nicht nur einen Fahrantrieb als solchen, sondern
auch ein entsprechend ausgerüstetes Fahrzeug, das mit wenigstens
einem erfindungsgemäßen Fahrantrieb ausgerüstet
ist, wobei auch mehrere Fahrantriebe vorgesehen sein können.
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Erfindungsgemäß sind
auch unterschiedliche Fahrwerksausführungen möglich.
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Die
Rotationsbewegung des erfindungsgemäßen Fahrwerkantriebes
verursacht ein Reaktionsmoment, das in geeigneter Weise kompensiert
werden muss. Daraus ergeben sich mögliche Fahrwerks- bzw.
Anordnungsvarianten.
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Der
Ausgleich des Reaktionsmomentes kann beispielsweise durch zusätzliche
passive Stütz- bzw. Kompensationsrollen geschehen. Es entsteht unabhängig
von der Anzahl der vorgesehenen Stützrollen somit ein linienbewegliches
Fahrwerk mit einer sogenannten Dreiradkinematik. Kinematische Bedingung
für den Aufbau einer funktionierenden Linienkinematik ist,
dass die Radachsen der Kompensationsrollen nicht auf das Drehzentrum
des Radkreises weisen. Falls die Aufstandsfläche des Radkreises
eine ausreichende Kippstabilität des Fahrzeuges gewährleisten
kann, ist ein Fahrwerksaufbau mit nur einer Kompensationsrolle (innerhalb
oder außerhalb des Radkreises) denkbar.
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Die
Stützrollen besitzen beim Aufbau des Fahrwerkes somit eine
Doppelfunktion. Neben der Kompensation bzw. Abstützung
des Reaktionsmomentes wird eine Radbasis bzw. Aufstandsfläche
generiert. Eine vollständige Flächenbeweglichkeit
wird durch die Kombination zweier oder mehrerer Fahrwerkantriebe
erreicht. Die Reaktionsmomente beider Antriebe kompensieren sich
bei dieser Fahrwerksvariante gegenseitig.
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Es
sind sowohl Fahrwerke mit kleinen Radkreisdurchmessern als auch
mit großen Radkreisdurchmessern denkbar. Dabei erfordern
kleine Radkreisdurchmesser zusätzliche Stützrollen,
welche die erforderliche Kippstabilität des Fahrzeuges
gewährleisten. Bei Fahrwerkantrieben mit großen
Radkreisdurchmessern, die eine kippstabile Radbasis für
ein Fahrzeug bilden können, ist lediglich die Abstützung des
Reaktionsmomentes (z. B. durch Rollen) erforderlich.
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Prinzipiell
ist die Verwendung in Fahrzeugen aller Art denkbar. Eine besondere
Eignung besitzt die Erfindung für Fahrzeuge, für
die eine exakte Positioniergenauigkeit und eine hohe Beweglichkeit
in der Fläche gefordert ist. Dies ist beispielsweise bei
automatisch oder manuell betriebenen Flurförderzeugen der
Fall. Aufgrund der bei großer Radanzahl reduzierten Flächenlast
besteht eine besondere Eignung im Schwerlast-Bereich:
- – Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF)
- – Manuell betriebene Flurförderzeuge (z. B.
Stapler, Schleppfahrzeuge etc.)
- – Schwerlast-Fahrzeuge (z. B. Container-Handling)
- – Bandantrieb
- – Förderelement
- – Stufenloses Reibgetriebe
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Weitere
Anwendungsgebiete ergeben sich durch eine Umkehrung des Prinzips,
wobei das Fahrwerk fest steht und die Relativbewegung einer Fläche erzeugt.
Eine solche Anwendung ist beispielsweise der Antrieb eines Förderbandes.
Durch Aufsetzen des Antriebes an einer beliebigen Stelle kann ein
stufenlos regelbarer Vortrieb des Bandes erfolgen. Bei einem Abgriff
der Drehbewegung einer Rolle entsteht ein stufenlos regelbares Reibgetriebe.
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Wird
der Fahrwerkantrieb über Kopf (d. h. mit nach oben weisenden
Rollen) installiert, kann ein Fördergut mit ebener Grundfläche
(Behälter, Kartons, Plattenmaterial etc.) in beliebiger
Richtung und Geschwindigkeit gefördert oder positioniert
werden. Es besteht somit die prinzipielle Möglichkeit,
Förderstrecken, Weichen und Ausschleusungen für
geeignete Stückgüter zu realisieren.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund
der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese
zeigt in
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1 eine
vereinfachte Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen
Fahrantrieb,
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2 eine
vereinfachte Aufsicht gemäß Pfeil II in 1 sowie
in
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3 eine
Unteransicht etwa gemäß Pfeil III in 1.
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Der
in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Fahrantrieb
weist einen Radträger 2 auf, der an einem nur
angedeuteten Fahrgestell 3 drehbar mittels eines Antriebsmotors 4,
z. B. über einen Kettentrieb oder ähnlich, in
Rotation versetzbar ist.
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Am
Radträger 2 sind im dargestellten Beispiel drei
Radaufhängungen 6 in Kreisform angeordnet, die
Laufräder 7 tragen. Zur Verstellung der Radachsen 8 der
Laufräder 7 sind die Radträger 6 mit
je mit einem Drehzapfen 9 ausgerüstet, dessen
den Laufrädern 7 gegenüberliegendes Ende
von einer Linearführung 10 derart beaufschlagt
wird, dass die Radachse 8 in der Horizontalebene verschwenkbar ist.
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Zur
Ausübung einer Verstellkraft auf die Radachsen 8 über
die Linearführung 10 sind deren freien Enden an
einem gemeinsamen Verstellzapfen 11 befestigt, der wiederum
eine Schiebemuffe 12 durchsetzt, die am Fahrgestell 3 bewegbar
geführt ist und über zwei Stellantriebe 13 in
ihrer Horizontalposition bewegbar ist, wobei die Bewegung z. B. über
Spindeltriebe 14 ausgelöst wird.
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Die
Steuerung ist dabei so eingerichtet, dass pro Umlauf des Radträgers 12,
angetrieben durch den Antriebsmotor 4, die Achsen 8 der
Laufräder 7 so verstellt werden, dass je nach
Wunsch eine bestimmte Vortriebsrichtung des Fahrgestelles 3 erzeugt
wird.
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Natürlich
ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung
noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken
zu verlassen. So kann am Fahrgestell 3 eine Mehrzahl von
umlaufenden Radträgern positioniert sein eben so wie zusätzliche
Stützrollen, auch können die Laufräder
in einem anderen Kurvenzug umlaufen als der Kreisform. Natürlich
ist die Erfindung auch nicht auf die dargestellte Art der Verstellung
der Radachsen über die dargestellte Mechanik beschränkt,
hier können auch andere Antriebe und Verstellmöglichkeiten
vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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