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Die Erfindung betrifft eine Knick-/Pendellenkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Baumaschine gemäß Anspruch 13.
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Gattungsgemäße Knick-/Pendellenkungen werden verbreitet für Radlader oder in Walzenzügen eingesetzt. Allgemein haben Knick-/Pendellenkungen verschiedene Vorteile. So ist eine einfache Bauart der Achsen des Fahrzeugs mit Knick-/Pendellenkung möglich, da die Räder selbst nicht gelenkt werden müssen. Auch können auf diese Weise sehr kompakte Fahrwerke geschaffen werden, da kein Lenkausschlag der Räder relativ zu dem Wagen zu berücksichtigen ist. Ein weiterer Vorteil von Fahrzeugen mit Knick-/Pendellenkung ist, dass die nachlaufenden Räder exakt in der Spur der vorausfahrenden Räder laufen, wodurch auf schwierigem Gelände Energieeinsparungen auf Grund geringen Fahrwiderstands möglich sind.
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DE 3912857 A1 beschreibt ein Gelenkfahrzeug, das zwei mit Rädern versehene Abschnitte aufweist, die in einem Mittelbereich des Fahrzeugs durch ein Universal-Bewegungsgelenk gelenkig miteinander verbunden sind.
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DE 3623347 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung eines Pendelverhaltens eines Pendellenkers bei einem knickgelenkten Fahrzeug, wobei dessen Vorderwagen und Hinterwagen durch ein Knick-/Pendelgelenk miteinander verbunden sind.
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DE 93 14 926 U1 beschreibt eine Tandem-Vibrationswalze, bei der ein vorderes und ein hinteres Chassis durch ein Knickgelenk mit einer ersten und einer zweiten Gelenkhälfte und Schwenkzapfenmittel gelenkig miteinander verbunden und durch einen hydraulischen Stellzylinder gegeneinander schwenkbar sind.
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Aus
DE 10158912 A1 ist ein Radlader bekannt, der eine Knick-/Pendellenkung aufweist, die einen Vorderwagen mit einem Hinterwagen derart verbindet, dass sowohl die vom Fahrer ausgeführte Lenkbewegung als auch eine Pendelbewegung zwischen beiden Wagen ausgeführt wird. Ein Nachteil herkömmlicher Knick-/Pendellenkungen, wie sie beispielsweise aus der
DE 10158912 A1 bekannt sind, ist, dass sie einen relativen komplizierten Aufbau haben, der kostenintensiv in der Herstellung sein kann. Außerdem benötigen bekannte Knick-/Pendellenkungen viel Platz.
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Aus
DE 19629421 A1 ist eine gattungsgemäße Knickpendelgelenkanordnung zum Verbinden eines ersten Fahrzeugrahmenteils mit einem zweiten Fahrzeugrahmenteil einer Baumaschine bekannt. Die Knickpendelgelenkanordnung verbindet den Hinterrahmen und den Vorderrahmen der Baumaschine, wobei ein Knickpendelgelenk eine Rotationsbewegung ermöglicht, so dass Hinterrahmen und Vorderrahmen eine Knickbewegung relativ zueinander ausführen können. Zusätzlich zu der Knickbewegung wird durch ein Kugelgelenk des Knickpendelgelenks eine Pendelbewegung erlaubt. Hierbei ist das Knickpendelgelenk über Befestigungselemente mit dem Hinterrahmen bzw. Vorderrahmen verbunden. An einem Befestigungselement, das am Vorderrahmen der Baumaschine befestigt ist, ist eine Stützrolle rotierbar angebracht, die sich in einer Ausnehmung einer Platte bewegen kann. Indem die Stützrolle sich nur entlang der durch die Ausnehmung vorbestimmten Richtung bewegen kann, ist die Knickpendelgelenkanordnung in der Lage, die Pendelbewegung des Knickpendelgelenkes zu führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Knick-/Pendellenkung und eine Baumaschine mit einer verbesserten Knick-/Pendellenkung bereitzustellen, mit denen die Nachteile bisheriger Knick-/Pendellenkungen abgestellt werden können.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einer Knick-/Pendellenkung gemäß Anspruch 1 und einer Baumaschine gemäß Anspruch 13.
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Die erfindungsgemäße Knick-/Pendellenkung weist ein erstes Befestigungselement und ein zweites Befestigungselement auf, die dazu geeignet sind, an einem Vorder- und an einem Hinterwagen befestigt zu werden, so dass mit der Knick-/Pendellenkung der Vorder- und der Hinterwagen verbunden werden können. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung ist, dass die zwei Befestigungselemente durch ein Kugelgelenk und ein tangential zum Kugelgelenk verschiebbares Drehlager/Gleitlager verbunden sind. Die erfindungsgemäße Knick-/Pendellenkung bietet den Vorteil, dass lediglich zwei Lager, nämlich das Kugelgelenk und das Drehlager vorgesehen werden müssen. Daher ist die Lenkung einfach aufgebaut und günstig herzustellen. Vorteilhafterweise umfasst die Knick-/Pendellenkung nur das Kugelgelenk und das Drehlager und keine weiteren Lager zur Verbindung der Befestigungselemente. Durch das Kugelgelenk wird ein definierter Bezugspunkt geschaffen, durch den sowohl die Lenkachse als auch die Pendelachse verläuft. Auch Nick-Bewegungen des Vorderwagens relativ zum Hinterwagen haben durch das Kugelgelenk eine feste Bezugsachse, die durch das Kugelgelenk hindurch verläuft. Bei der erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung ist zur Reduzierung der Freiheitsgrade des Kugelgelenks zusätzlich ein Drehlager vorgesehen, das um eine Achse drehbar ist und außerdem tangential zum Kugelgelenk verschiebbar ist. Dabei bedeutet verschiebbar, dass das Drehlager durch eine Abroll- oder eine Rutsch-Bewegung tangential oder im Wesentlichen tangential zum Kugelgelenk verschoben werden kann. Die erfindungsgemäße Knickpendellenkung hat einen einfachen Aufbau, der zuverlässig ist und sich günstig herstellen lässt. Das Drehlager ist erfindungsgemäß mit Spiel in einer tangential zum Kugelgelenk ausgerichteten Kulisse aufgenommen. Die Kulisse lässt dabei im Zusammenspiel mit dem Drehlager Pendelbewegungen des Vorderwagens relativ zum Hinterwagen im Rahmen der Länge der Kulisse zu und sperrt weitergehende Pendelbewegungen. Auf diese Weise wird ein zu großer Pendelausschlag vermieden. Erfindungsgemäß wird ein definiertes Spiel zwischen dem Drehlager/Gleitlager und der Kulisse oder einem der Befestigungselemente vorgesehen. Damit wird eine sichere und verschleißfreie Führung des Drehlagers/Gleitlagers in der Kulisse gewährleistet.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Drehlager mit einem Spiel in der Kulisse aufgenommen ist. Das Spiel bietet den Vorteil, dass das Drehlager leichtgängig in der Kulisse aufgenommen werden kann. Dies bietet außerdem den Vorteil, dass Reibungsverluste bei einer Bewegung des Drehlagers in der Kulisse gering sind. Hierzu kann bei einem Drehlager mit äußerem Lagerring der Außendurchmesser des äußeren Lagerrings kleiner als die Breite der Kulisse sein, so dass der äußere Lagerring in der Kulisse abrollen kann. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei Pendel-Bewegungen kein Rutschen des Lagerrings in der Kulisse notwendig ist, sondern vielmehr ein Material schonendes Abrollen ermöglicht wird. Der Außendurchmesser des äußeren Lagerrings ist vorzugsweise nur geringfügig kleiner als die Breite der Kulisse, also beispielsweise weist der Außendurchmesser bevorzugt eine Größe von mindestens 90%, noch bevorzugter mindestens 95% oder 97%, der Weite der Kulisse auf. Allgemein beträgt das Spiel vorzugsweise zwischen 0,1% und 20%, bevorzugter zwischen 1% und 10% der Abmessung der Kulisse. Auf diese Weise wird ein zu großes Spiel vermieden, das bei besonderen Belastungssituationen der Knick-/Pendellenkung, beispielsweise beim Auftreffen eines Fahrzeugs auf ein Hindernis, zu einer Beschädigung führen könnte. Ein Abrollen des äußeren Lagerrings in der Kulisse findet im Übrigen auch bei einer Lenkbewegung statt, falls die Achse des Drehlagers nicht durch den Mittelpunkt des Kugelgelenks verläuft, so dass bei Knick-Bewegungen eine Bewegung des Drehlagers in Querrichtung notwendig ist, um ein Einknicken des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Spiel dauerhaft zwischen dem Drehlager/Gleitlager und einem der beiden Befestigungselemente angeordnet ist, wobei die Lage des Spiels zwischen dem Drehlager und einem der beiden Befestigungselemente konstruktiv einstellbar ist und sich die Lage des Spiels nicht ändert, so dass eine wechselnde Position des Spiels vermieden wird. Knickgelenkte Maschinen haben einen Vorder- und einen Hinterwagen, welche jeweils einen Schwerpunkt aufweisen. Vorzugsweise werden die jeweiligen Schwerpunkte so gewählt, dass das Spiel sowohl im Betrieb als auch im Stillstand der Baumaschine permanent zwischen Drehlager/Gleitlager und einem der beiden Befestigungselemente angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass sowohl das Drehlager/Gleitlager als auch die Kulisse bzw. eines der Befestigungselemente von wechselnden, mechanischen Belastungen infolge der wechselnden Position des Spiels verschont bleiben. Somit wird die Sicherheit der Knickpendellenkung erhöht. Dank der sicheren, einseitigen und dauerhaften Anlage des Drehlagers an einem der Befestigungselemente wird auch ein Nicken der Baumaschine weitestgehend reduziert. Der Schwerpunkt des Vorderwagens soll vorzugsweise so gewählt sein, dass er sich – in horizontaler Richtung betrachtet – zwischen der Aufstandslinie/-fläche der Vorderachse und der erfindungsgemäßen Knickpendellenkung befindet. Dementsprechend soll der Schwerpunkt des Hinterwagens vorzugsweise so gewählt sein, dass er sich – in horizontaler Richtung betrachtet – zwischen der Aufstandslinie/-fläche der Hinterachse und der erfindungsgemäßen Knickpendellenkung befindet. Somit wird erreicht, dass das Spiel dauerhaft auf einer Seite angeordnet ist und nicht seine Lage ändert. Bei Baumaschinen wie beispielsweise Vibrationswalzen mit zwei Bandagen sind die Schwerpunkte im Wesentlichen durch die Konstruktion der Vibrationswalze festgelegt, so dass sowohl im Betrieb als auch im Stillstand (solange die Vibrationswalze nicht angehoben wird) die Lage des Spiels bzw. die Lage der Kontakts zwischen dem Drehlager und einem der Befestigungselemente konstruktiv einstellbar ist. Im Unterschied dazu tritt bei Baumaschinen, deren Schwerpunktslage im Betrieb variiert, wie z. B. bei Radladern mit Schaufeln, deren Beladung und auch die Lage der Schaufel die momentane Schwerpunktslage des Vorderwagens bestimmen, ein häufiger Wechsel des Spiels bzw. der Anlagefläche im Knickpendelgelenk statt, was sich negativ auf das Knickpendelgelenk auswirkt. Diese nachteilige Wechselbelastung tritt erfindungsgemäß nicht auf.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist es auch möglich, das Drehlager verschiebbar direkt auf einem der Befestigungselemente anzuordnen, so dass es dort rutscht oder abrollt. Auf die Anordnung einer Kulisse kann verzichtet werden. Dies vereinfacht die Bauweise der Knickpendellenkung. Dabei wird das Drehlager vorteilhafterweise über dem Kugelgelenk angeordnet, da dadurch sichergestellt werden kann, dass über das Drehlager eine Druckkraft übertragen wird, so dass das Drehlager gegen das Befestigungselement gedrückt wird. Vorzugsweise ist allerdings eine Sicherungsvorrichtung, beispielsweise eine Sicherungskulisse vorgesehen, die bei besonderen Betriebszuständen die Bewegungsfreiheit des Drehlagers einschränkt. Allerdings wird über diese Sicherungskulisse im Normalbetrieb keine oder nur eine unwesentliche Kraft übertragen, da ein in der Sicherungskulisse angeordneter Sicherungsbolzen im Normalbetrieb berührungsfrei aufgenommen ist.
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Das Drehlager/Gleitlager ist vorzugsweise um eine im Wesentlichen vertikale Achse drehbar. Hiermit wird erreicht, dass Lenkbewegungen bzw. Knickbewegungen des Vorderwagens relativ zum Hinterwagen möglich sind. Die im Wesentlichen vertikale Achse ist vorteilhafterweise die Hochachse des Fahrzeugs, das für eine Aufnahme der erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung vorgesehen ist.
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Allgemein wird in dieser Anmeldung für die Knick-/Pendellenkung das für Fahrzeuge übliche Koordinatensystem verwendet, so dass die Längsachse, die Querachse und die Hochachse der Knick-/Pendellenkung den Achsen eines Fahrzeugs mit darin verbauter Knick-/Pendellenkung entsprechen.
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Vorzugsweise ist die Kulisse in Querrichtung zur Längsachse der Knick-/Pendellenkung und horizontal ausgerichtet. Die Kulisse ist demnach vorzugsweise in Richtung der Querachse des Fahrzeugs, das für die Aufnahme der Knick-/Pendellenkung vorgesehen ist, ausgerichtet. Dabei ist eine leicht gekrümmte Form der Kulisse vorteilhaft, da die Relativbewegungen des Drehlagers aufgrund des festen Momentanpols im Kugelgelenk in der Kulisse auf einer gekrümmten Bahn ablaufen. Vorzugsweise hat daher die Kulisse eine gekrümmte Form oder eine Form mit Knicken, die in Umfangsrichtung teilweise um das Kugelgelenk führt. Die Kulisse ist im Wesentlichen in Richtung der Querachse ausgerichtet, so dass Drehbewegungen um die Längsachse ermöglicht werden. Dies bietet den Vorteil, dass Pendelbewegungen bis zum Anschlag der Kulisse frei möglich sind. Aufgrund dieser Anordnung der Kulisse ist es auch nicht notwendig, dass die Achse des Drehlagers exakt durch den Mittelpunkt des Kugelgelenks verläuft, da Knickbewegungen des Vorderwagens relativ zum Hinterwagen, also des ersten Befestigungselements relativ zum zweiten Befestigungselement, auch durch eine kombinierte Drehbewegung des Drehlagers in Kombination mit einer Tangentialverschiebung des Drehlagers in der Kulisse durchgeführt werden können.
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Vorzugsweise umfasst die Kulisse einen am ersten Befestigungselement angeordneten Rahmen. Dieser Rahmen hat den Vorteil, dass er eine gewisse Federwirkung bereitstellt, da bei Anlage des Drehlagers an dem Rahmen die über das Drehlager wirkenden Kräfte über den Rahmen in das erste Befestigungselement geleitet werden müssen, so dass die Steifigkeit des Rahmens über die Federwirkung entscheidet. Anzumerken ist, dass der Rahmen und das Drehlager vorzugsweise so angeordnet sind, dass bei einer normalen Ruheposition der Knick-/Pendellenkung das Drehlager an dem Rahmen anliegt und auf diese Weise die Federwirkung erreicht wird.
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Vorteilhafterweise ist der Rahmen U-förmig, so dass der Rahmen zusammen mit dem ersten Befestigungselement die Kulisse bildet. Also ist es lediglich notwendig, den U-förmigen Rahmen an dem ersten Befestigungselement, das vorzugsweise plattenförmig ist, zu befestigen. Zwischen dem Befestigungselement und dem U-förmigen Rahmen wird auf diese einfache Weise die Kulisse gebildet. Vorteilhafterweise umfasst das Drehlager einen äußeren Lagerring, der in der Kulisse geführt ist.
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Vorteilhafterweise umfasst das Drehlager einen inneren Lagerring, der über eine Pendelplatte starr mit dem zweiten Befestigungselement verbunden ist. In Kombination mit der oben beschriebenen Ausgestaltung der Kulisse am ersten Befestigungselement ergibt sich damit eine einfache Möglichkeit zur Festlegung der Freiheitsgrade der Bewegungen rund um das Kugelgelenk, wobei gleichzeitig für Nick-Bewegungen des Vorderwagens relativ zum Hinterwagen eine gewisse Federeigenschaft über den Rahmen der Kulisse erreicht wird. Das Drehlager ist vorzugsweise als Rillen-Kugellager ausgebildet, wobei je nach erwarteter Belastung auch andere Lagerformen mit mehreren Rillen oder mit Walzen verwendet werden können.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Knick-/Pendellenkung umfasst das Drehlager einen Lagerblock. Der Lagerblock ist vorzugsweise mit zumindest einer Rutschfläche versehen, die dazu geeignet ist, auf einer Fläche, beispielsweise einer Oberfläche eines der Befestigungselemente, abzurutschen oder zu gleiten. Der Lagerblock kann an Stelle der Lagerringe vorgesehen werden. In dem Lagerblock ist vorteilhafterweise ein Lagerbolzen angeordnet. Der Lagerbolzen ist mit einem der beiden Befestigungselemente verbunden und der Lagerblock ist angeordnet, so dass er relativ zu dem anderen Befestigungselement verrutscht, d. h. verschoben, werden kann. So kann das verschiebbare Drehlager ausgeführt werden und bietet mit diesem Aufbau den Vorteil, dass es sehr robust ist. Vorzugsweise ist der Lagerblock aus einem Material, das ein Abrutschen oder eine Schwingungsdämpfung ermöglicht, beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) oder ein anderer verschleißarmer Kunststoff. Der Lagerblock kann in der Kulisse geführt sein, wobei bei Verwendung eines Lagerblocks auf ein Spiel in der Kulisse verzichtet werden kann, um eine höhere Stabilität zu erreichen. Eine Anordnung mit Spiel bietet den Vorteil, dass Reibungsverluste minimiert werden können. Der Lagerbolzen ist drehbar in dem Lagerblock aufgenommen oder ist drehbar mit einem Teil, vorzugsweise einer Pendelplatte, verbunden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Lagerbolzen in einer Sicherungskulisse angeordnet ist, die an dem Befestigungselement angeordnet ist, gegenüber dem das Drehlager verschiebbar ist. Auf diese Weise kann auch ohne die Kulisse erreicht werden, dass die Knick-/Pendellenkung auch in besonderen Betriebslagen, beispielsweise bei angehobener Tandemwalze, intakt bleibt. Die Sicherungskulisse ist vorzugsweise so ausgeführt, dass der Lagerbolzen in der Sicherungskulisse mit Spiel aufgenommen ist. Der Lagerbolzen wird bei dieser Ausführungsvariante auch als Sicherungsbolzen bezeichnet, da er in dem Lagerblock und in der Sicherungskulisse aufgenommen ist und an einer Pendelplatte befestigt ist. Andere Ausführungsformen haben getrennte Lager- und Sicherungsbolzen, die lediglich starr miteinander verbunden sind. Vorzugsweise kommt es bei üblichen Betriebszuständen nicht zu einer Berührung des Bolzens und der Sicherungskulisse. Weiterhin bietet die Sicherungskulisse den Vorteil, dass ein maximaler Pendelausschlag definierbar ist, also eine Wegbegrenzung für das Pendeln.
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Vorteilhafterweise umfasst das Kugelgelenk einen zumindest teilweise kugelförmigen Gelenkinnenkörper, der mit dem ersten Befestigungselement starr verbunden ist. Eine lediglich teilweise kugelförmige Form des Gelenkinnenkörpers reicht in der Regel für alle im Betrieb auftretenden Bewegungen des Kugelgelenks aus. So muss lediglich eine eingeschränkte Bewegungsmöglichkeit des Kugelgelenks in Knick-Richtung, d. h. in Lenkrichtung, gegeben sein, da der maximal mögliche Knick-Einschlag des Vorderwagens relativ zum Hinterwagen ohnehin durch die Form dieser Teile begrenzt ist. Dies ermöglicht eine kompakte und stabile Bauform des Kugelgelenks.
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Vorteilhafterweise umfasst das Kugelgelenk eine Gelenkschale, die starr mit dem zweiten Befestigungselement verbunden ist. Die Gelenkschale umfasst das Kugelgelenk von außen und ermöglicht in Kombination mit dem Gelenkinnenkörper eine Bewegungsmöglichkeit des Kugelgelenks um alle Drehachsen.
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Vorzugsweise ist die Gelenkschale mittels einer Lenkplatte mit dem zweiten Befestigungselement verbunden, so dass durch eine Verdrehung der Lenkplatte relativ zu dem ersten Befestigungselement um eine im Wesentlichen vertikale Achse eine Knick-Bewegung der Knick-/Pendellenkung ausführbar ist. Die im Wesentlichen vertikale Achse entspricht wiederum der Hochachse des Fahrzeugs, das zur Aufnahme der Knick-/Pendellenkung vorgesehen ist. Die Lenkplatte bietet den Vorteil, dass sie eine äußerst starre Anbindung der Gelenkschale an das zweite Befestigungselement ermöglicht. Daher können Knick-Bewegungen der Knick-/Pendellenkung durch Anlenkung der Lenkplatte zuverlässig ausgeführt werden.
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Zur Durchführung von Lenkbewegungen der Knick-/Pendellenkung ist die Lenkplatte vorzugsweise über einen im Wesentlichen horizontal wirkenden Lenkantrieb mit dem ersten Befestigungselement verbunden. Dabei bezieht sich der Ausdruck im Wesentlichen horizontal auf eine Ebene, welche durch die Längsachse und die Querachse des Fahrzeugs aufgespannt wird, das zur Aufnahme der Knick-/Pendellenkung vorgesehen ist. Als Lenkantrieb wird vorzugsweise ein Öldruckzylinder verwendet, welcher einerseits an dem ersten Befestigungselement angelenkt und andererseits an der Lenkplatte oder am 2. Befestigungselement angelenkt ist. Auf diese Weise wird mit einfachen und zuverlässigen Mitteln eine effektive Lenkung ermöglicht.
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Vorteilhafterweise sind das Drehlager und das Kugelgelenk der Knick-/Pendellenkung in Ruhestellung vertikal über- oder untereinander angeordnet. Dabei bedeutet Ruhestellung eine Stellung der Knick-/Pendellenkung ohne Lenkausschlag und ohne Einknicken der Knick-/Pendellenkung. Die Ebene, in welcher das Drehlager und das Kugelgelenk vertikal über- oder untereinander angeordnet sind, ist vorzugsweise die durch die Hochachse und die Längsachse aufgespannte Ebene. Die Kulisse ist vorteilhafterweise so ausgestaltet, dass im Zusammenhang mit der Lage des Drehlagers ein sich selbst stabilisierender Geradeauslauf ermöglicht wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Lenkbewegung zu einem energetisch schlechteren Zustand führt, so dass die Knick-/Pendellenkung von selbst wieder in den Geradeauslauf zurückfindet. Bevorzugt wird daher eine Anordnung des Drehlagers und des Kugelgelenks, so dass die Drehachse des Drehlagers nicht durch den Mittelpunkt oder den Momentanpol des Kugelgelenks verläuft. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass Lenkbewegungen zwangsläufig auch zu Pendelbewegungen und damit zu energetisch schlechteren Zuständen führen, so dass die Lenkung von selbst wieder in den Geradeauslauf zurückfindet.
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Vorteilhafterweise umfasst das erste Befestigungselement eine erste Flanschplatte, an welcher die Kulisse angeordnet ist oder an welcher der Lagerblock gleitet, oder das zweite Befestigungselement umfasst eine zweite Flanschplatte, die mit der Pendelplatte oder der Lenkplatte starr verbunden ist. Auf diese Weise wird eine besonders stabile Ausführung der Knick-/Pendellenkung erreicht. Die erste und die zweite Flanschplatte sind dazu vorgesehen, mit dem Vorderwagen bzw. mit dem Hinterwagen verbunden zu werden.
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Eine Baumaschine, bevorzugt eine Tandemwalze, bildet einen weiteren unabhängigen Gegenstand der Erfindung.
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Nachfolgend wird anhand einiger Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teilabschnitts einer erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung,
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2 eine vollständige schematische Abbildung der in der 1 geschnittenen und im Ausschnitt dargestellten erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung,
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3 eine schematische Abbildung einer weiteren erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung,
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4 eine weitere schematische Ansicht der Knick-/Pendellenkung der 3,
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5 eine schematische Abbildung einer weiteren Variation einer erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung,
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6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baumaschine mit einer erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung,
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7 eine vergrößerte Ansicht der Knick-/Pendellenkung 1 aus 6.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Knick-/Pendellenkung 1 in einem vertikalen Schnitt dargestellt. Die Knick-/Pendellenkung 1 umfasst ein erstes Befestigungselement 2 und ein zweites Befestigungselement 3. Das erste Befestigungselement 2 und das zweite Befestigungselement 3 sind als Flanschplatten ausgeführt, die dazu vorgesehen sind, jeweils an dem Rahmen eines Vorderwagens und eines Hinterwagens einer Baumaschine, die über eine Knick-/Pendellenkung verfügt, befestigt zu werden.
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Der Schnitt der 1 verläuft in der Ebene der Längsachse B und der Hochachse A der Knick-/Pendellenkung 1 durch die Knick-/Pendellenkung 1. Es wird von einem Koordinatensystem ausgegangen, das fest mit dem ersten Befestigungselement 2 verbunden ist und dessen Achsen A, B und C den üblichen Achsen, d. h. Hochachse, Längsachse und Querachse, eines Fahrzeugs entsprechen. Im Folgenden wird die Hochachse mit A (siehe 1) bezeichnet, die Längsachse mit B und die Querachse mit C.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Knick-/Pendellenkung 1 ein Kugelgelenk und ein Drehlager. Das Drehlager weist einen inneren Lagerring 5 und einen äußeren Lagerring 6 auf. Zwischen den Lagerringen 5 und 6 sind Kugeln des Drehlagers angeordnet. Der innere Lagerring 5 ist über eine Lageraufnahme 7 mit einer Pendelplatte 8 verbunden. Die Pendelplatte 8 ist wiederum starr mit der Flanschplatte des zweiten Befestigungselements 3 verbunden. Der innere Lagerring 5 ist mit der Lageraufnahme 7 verschweißt, die wiederum mit der Pendelplatte 8 verschweißt ist. Diese ist wiederum an dem zweiten Befestigungselement 3 angeschweißt, so dass eine starre Verbindung zwischen dem inneren Lagerring 5 und dem zweiten Befestigungselement 3 besteht. Die Befestigung von innerem Lagerring 5 und Lageraufnahme 7 sowie von Lageraufnahme 7 und Pendelplatte 8 kann alternativ auch mittels Presssitz erfolgen.
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Seitens des ersten Befestigungselements 2 wird das Drehlager durch einen U-förmigen Rahmen 10 geführt, welcher an der Flanschplatte des ersten Befestigungselements 2 angeschweißt ist. Der U-förmige Rahmen 10 bildet somit mit der Flanschplatte des ersten Befestigungselements 2 eine Kulisse für den äußeren Lagerring 6 des Drehlagers. Der U-förmige Rahmen 10 ist nicht exakt gerade, sondern weist eine leichte Krümmung bzw. Knicke auf, so dass die dadurch gebildete Kulisse als angenäherte Teilkreis-Bahn in Umfangsrichtung um das oben in der 1 dargestellte Kugelgelenk (wird später erläutert) ausgebildet ist. Die innere Weite der Kulisse, welche durch den U-förmigen Rahmen 10 und das erste Befestigungselement 2 gebildet wird, ist um etwa 2% größer als der Durchmesser des äußeren Lagerrings 6, so dass im Betrieb der äußere Lagerungsring 6 entweder auf dem U-förmigen Rahmen 10 oder auf dem ersten Befestigungselement 2 abrollen kann, je nachdem ob das Drehlager mit dem äußeren Lagerring 6 gegen den U-förmigen Rahmen 10 oder gegen das erste Befestigungselement 2 gedrückt wird. Die Funktion des Drehlagers und der Kulisse wird später im Zusammenhang mit den übrigen Teilen der Knick-/Pendellenkung 1 erläutert.
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Die Knick-/Pendellenkung 1 verfügt außerdem über ein Kugelgelenk, welches einerseits über einen Aufnahmeblock 15 mit dem ersten Befestigungselement 2 und anderseits über eine Lenkplatte 16 mit dem zweiten Befestigungselement 3 verbunden ist. Die Lenkplatte 16 ist an der Flanschplatte des zweiten Befestigungselements 3 angeschweißt und dient außerdem als Aufnahme für eine Lagerschale 17. Zur Befestigung der Lagerschale 17 und auch zum Schutz des Kugelgelenks sind die Lagerschale 17 und das Kugelgelenk zumindest von oben in einem Gehäuse 18 eingefasst, welches mittels Bolzen an der Lenkplatte 18 befestigt ist. In das Gehäuse 18 hinein ragt ein zylinderförmiges Kopfteil des Aufnahmeblocks 15. Darauf aufgenommen ist ein Gelenkinnenkörper 19, welcher innen eine zylinderförmige Bohrung aufweist und dessen Äußeres einen Ausschnitt einer Kugeloberfläche bildet. Der Gelenkinnenkörper 19 ist mittels eines Sprengrings 20 auf dem Aufnahmeblock 15 axial gesichert. Mit der beschriebenen Konstruktion wird das Kugelgelenk zwischen dem ersten Befestigungselement 2 und dem zweiten Befestigungselement 3 gebildet.
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Im Betrieb erlaubt das Kugelgelenk mit der Gelenkschale 17 und dem Gelenkinnenkörper 19 aus der in der 1 dargestellten Ruhelage heraus Drehbewegungen der Lenkplatte 16 und damit des zweiten Befestigungselements 3 relativ zu dem ersten Befestigungselement 2 in alle Drehrichtungen. Die durch den abgeflachten Kugelkörper des Gelenkinnenkörpers 19 eingeschränkte Beweglichkeit des Kugelgelenks reicht aus, da das Kugelgelenk im Betrieb in einer Baumaschine lediglich eingeschränkte Bewegungen um verschiedene Achsen ausführen muss. Anzumerken ist, dass der Aufnahmeblock 15 über Bolzen (in der 1 nicht dargestellt) mit dem ersten Befestigungselement 2 verbunden ist.
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Zur Auslösung von Lenkbewegungen, d. h. von Knickbewegungen der Knick-/Pendellenkung 1 um die Hochachse A, welche von unten nach oben senkrecht durch das Kugelgelenk führt, ist die Lenkplatte 16 mit einem hydraulischen Lenkantrieb 21 verbunden. Von dem Lenkantrieb 21 sind in der 1 lediglich die zwei Endflansche dargestellt, welche den Lenkantrieb 21 über einen Bolzen 22 und einen Gelenkkugelkörper 23 mit der Lenkplatte 16 verbinden. Bei Betätigung des Lenkantriebs 21 wird die Lenkplatte 16 um die Hochachse A gedreht, so dass sich das zweite Befestigungselement 3 relativ zu dem ersten Befestigungselement 2 um die Hochachse A dreht. Für eine einwandfreie Kinematik der Knick-/Pendellenkung 1 liegt der Antriebspunkt des Lenkantriebs 21 auf derselben Höhe wie der Mittelpunkt des Kugelgelenks, so dass sich bei Pendelbewegungen des zweiten Befestigungselements 3 um die Längsachse B die Lenkplatte 16 auch um den Gelenkkugelkörper 23 des Lenkantriebs 21 drehen kann. Hierfür ist es vorteilhaft, dass sich der Angriffspunkt des Lenkantriebs 21 an der Lenkplatte 16 in der Ebene der Querachse C und der Längsachse B des Kugelgelenks befindet.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Knick-/Pendellenkung 1, wie sie in der 1 schematisch dargestellt ist, kurz beschrieben. Lenkbewegungen können mit der Knick-/Pendellenkung 1 durch Betätigung des Lenkantriebs 21 durchgeführt werden. Aufgrund des an dem ersten Befestigungselement 2 fixierten Kugelgelenks sind sämtliche Bewegungen des zweiten Befestigungselements 3 relativ zu dem ersten Befestigungselement 2 Drehbewegungen um den Gelenkmittelpunkt des Kugelgelenks. So wird bei einer Lenkbewegung das Drehlager mit dem äußeren Lagerring 6 zu einer Drehbewegung um die Hochachse A gezwungen. Da der Drehpunkt des Drehlagers nicht auf der Hochachse A liegt, rollt der äußere Lagerring 6 auf dem U-förmigen Rahmen 10 ab, so dass es zusätzlich zu einer Pendelbewegung, d. h. zu einer Drehbewegung um die Längsachse B, kommt. Dieses Verhalten stabilisiert bei der Fahrt den Geradeauslauf, da aufgrund der Pendelbewegung die mittige Stellung des Drehlagers energetisch am günstigsten ist, so dass die Baumaschine nach Lenkbewegungen auf geradem Untergrund von selbst wieder in den Geradeauslauf zurückfindet. Bei Fahrbahnenunebenheiten, welche ein Pendeln des Vorderwagens relativ zum Hinterwagen notwendig werden lassen, kann das zweite Befestigungselement 3 um die Längsachse B pendeln. Dabei rollt der äußere Lagerring 6 wiederum an dem U-förmigen Rahmen 10 ab.
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Bei normalen Betriebszuständen liegt das Drehlager mit dem äußeren Lagerring 6 an dem U-förmigen Rahmen 10 an und nicht an dem ersten Befestigungselement 2. Der Grund ist, dass in der Knick-/Pendellenkung 1 bei üblichen Konstruktionen von Baumaschinen ein Moment mit einer oben liegenden Druckkraft und einer unten liegenden Zugkraft zwischen dem ersten Befestigungselement 2 und dem zweiten Befestigungselement 3 übertragen werden muss. Dadurch muss über die Pendelplatte 8 eine Zugkraft übertragen werden, so dass das Lager mit dem äußeren Lagerring 6 an dem U-förmigen Rahmen 10 anliegt. Im Gegensatz dazu wird über die Lenkplatte 16 eine Druckkraft übertragen, welche auf das Kugelgelenk wirkt. Lediglich bei besonderen Betriebszuständen, beispielsweise bei Auffahren auf ein Hindernis oder bei einem Anheben der Baumaschine mittels eines Krans, können sich diese Belastungen in der Knick-/Pendellenkung 1 ändern, so dass dann der äußere Lagerring 6 an dem ersten Befestigungselement 2 anliegt. Für Pendelbewegungen macht es keinen Unterschied, ob der äußere Lagerring 6 an dem U-förmigen Rahmen 10 anliegt oder an dem ersten Befestigungselement 2, da er auf diesen beiden Teilen jeweils abrollen kann. Daher sind auch bei den oben genannten besonderen Betriebszuständen Pendelbewegungen möglich. Da die Pendelbewegungen um die Längsachse B ausgeführt werden und der Aufhängepunkt des Lenkantriebs 21 an der Lenkplatte 16 ebenfalls auf der Längsachse B liegt, führen Pendelbewegungen nicht zu einer Belastung des Lenkantriebs 21.
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In der 2 ist die Knick-/Pendellenkung 1 der 1 noch einmal vollständig dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in der 1 bezeichnen. In der 2 ist allerdings im Gegensatz zu der 1 der Lenkantrieb 21 vollständig dargestellt. Der Lenkantrieb 21 stützt sich an dem ersten Befestigungselement 2 an einem Anschlussflansch 25 ab. Ebenfalls in der 2 dargestellt sind Bolzen 28, mit welchen der Aufnahmeblock 15 an dem ersten Befestigungselement 2 befestigt ist. Im eingebauten Zustand dient das erste Befestigungselement 2 als erste Flanschplatte, an welcher der Hinterwagen befestigt wird. Der Vorderwagen der Baumaschine wird an dem zweiten Befestigungselement 3 befestigt, das als zweite Flanschplatte verwendet wird.
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Aufgrund ihrer Bauweise eignet sich die dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Knick-/Pendellenkung 1 besonders für Tandemwalzen, die am Vorderwagen und Hinterwagen jeweils einen Rahmen mit einer großen Walze (Bandage) aufweisen. Die erfindungsgemäße Knick-/Pendellenkung 1 hat einen einfachen Aufbau und ermöglicht eine stabile Geradeausfahrt und außerdem einen gewissen Fahrkomfort, da der Rahmen 10, an dem sich das Drehlager abstützt, als Feder bei auftretenden Belastungen um die Querachse C wirkt. Wegen der günstigen Schwerpunktlage eignen sich Tandemwalzen besonders gut für die erfindungsgemäße Knick-/Pendellenkung 1, weil fast immer eine relativ hohe Belastung in eine Richtung wirkt und so das vorhandene Spiel nicht nachteilig wird.
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Knick-/Pendellenkungen beschrieben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Teile wie in den 1 und 2 gleiche Bezugszeichen verwendet. In einigen der Figuren sind nicht alle sichtbaren Teile mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Dies dient lediglich der Übersichtlichkeit.
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In der 3 ist eine Knick-/Pendellenkung 1 schematisch dargestellt, bei der das Drehlager eine andere Ausführung aufweist als bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2. Die übrigen Teile entsprechen der oben beschriebenen Ausführungsform und werden daher nicht nochmals beschrieben. Angemerkt werden sollte, dass die Betriebsweise der Knick-/Pendellenkung 1 der 3 grundsätzlich der der Knick-/Pendellenkung der 1 und 2 gleicht.
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Bei dem Drehlager der Ausführungsform der 3 ist ein Lagerblock 31 vorgesehen, der auf einem Lagerbolzen 32 drehbar gelagert ist. Der Lagerblock 31 ist mit 5% Spiel in der Kulisse mit dem Rahmen 10 aufgenommen und kann in der Kulisse verrutscht werden. Der Lagerblock 31 besteht aus einem Kunststoffmaterial, das einen niedrigen Verschleiß bei Abgleiten auf dem ersten Befestigungselement 2 zeigt. Der Lagerbolzen ist an der Pendelplatte 8 fixiert. Die in der 3 dargestellte Ausführungsform ist besonders kostengünstig herzustellen und einfach im Aufbau. Außerdem erfolgt durch den Lagerblock 31 auch eine gewisse Dämpfung, so dass der Fahrkomfort verbessert wird.
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Die 4 zeigt in einer schematischen Skizze die Ausführungsform der 3 in einer anderen Ansicht. In der 4 ist deutlich zu erkennen, wie der Lagerblock 31 in der Kulisse mit dem Rahmen 10 aufgenommen ist. Auch bei einem Anschlag des Lagerblocks 31 an den Seitenschenkeln des Rahmens 10 bei Pendelbewegungen der Knick-/Pendellenkung 1 erfolgt eine gewisse Dämpfung durch den Lagerblock 31.
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In der 5 ist eine weitere Knick-/Pendellenkung 1 schematisch dargestellt. Die Knick-/Pendellenkung 1 der 5 unterschiedet sich zunächst dadurch von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, dass das Drehlager nicht unter dem Kugelgelenk, sondern darüber angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass im Normalbetrieb über das Kugelgelenk eine Zugkraft und über das Drehlager eine Druckkraft übertragen wird. Außerdem wurde auf die Kulisse verzichtet. Stattdessen gleitet der Lagerblock 31 frei auf dem ersten Befestigungselement 2. Um auch bei besonderen Betriebszuständen sicherzustellen, dass die Knick-/Pendellenkung 1 der 5 intakt bleibt, ist der Lagerbolzen 32 zusätzlich mit einer Sicherungsplatte 33 gesichert. Die Sicherungsplatte 33 umfasst eine Sicherungskulisse 34, in welcher der Lagerbolzen 32 geführt ist. Mit der Sicherungskulisse 34 lassen sich definierte Bewegungsspielräume für die Knick-/Pendellenkung schaffen, beispielsweise um zu große Pendelbewegungen zu vermeiden.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, der Umfang der Erfindung wird vielmehr durch die Ansprüche bestimmt.
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6 zeigt eine erfindungsgemäße Baumaschine mit einer erfindungsgemäßen Knickpendellenkung. Es handelt sich hierbei um eine Tandemwalze. Die Tandemwalze weist einen Vorderwagen mit einer vorderen Bandage Bv auf, wobei die vordere Bandage Bv entlang einer vorderen Aufstandslinie Pv auf dem Boden aufliegt. Die vertikale Achse ASv des Schwerpunktes Sv des Vorderwagens befindet sich – in horizontaler Richtung betrachtet – um einen Abstand Xv von der vertikalen Achse Av der vorderen Aufstandslinie Pv entfernt. Aufgrund dieser Anordnung des Schwerpunktes Sv des Vorderwagens wird bezüglich der vorderen Aufstandslinie Pv ein vorderes Moment Mv mit gezeigter Pfeilrichtung erzeugt.
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Die Tandemwalze weist auch einen Hinterwagen mit einer hinteren Bandage Bh auf, wobei die hintere Bandage Bh entlang einer hinteren Aufstandslinie Ph auf dem Boden aufliegt. Die vertikale Achse ASh des Schwerpunktes Sh des Hinterwagens befindet sich – in horizontaler Richtung betrachtet – um einen Abstand Xh von der vertikalen Achse Ah der hinteren Aufstandslinie Ph entfernt. Aufgrund dieser Anordnung des Schwerpunktes Sh des Hinterwagens wird bezüglich der hinteren Aufstandslinie Ph ein hinteres Moment Mh mit gezeigter Pfeilrichtung erzeugt.
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Die Lagen der Schwerpunkte Sv und Sh bleiben sowohl im Betrieb als auch im Stillstand der Tandemwalze weitestgehend unverändert. Der Vorderwagen und der Hinterwagen sind mittels einer erfindungsgemäßen Knickpendellenkung 1 miteinander verbunden.
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In 7 ist eine vergrößerte Ansicht der Knickpendellenkung 1 aus 6 gezeigt. 7 stimmt mit der 1 weitestgehend überein. In 7 ist lediglich das Spiel Sp deutlicher dargestellt. Aufgrund der in 6 gezeigten Anordnung der Schwerpunkte Sv und Sh ist das Spiel Sp dauerhaft zwischen dem ersten Befestigungselement 2 und dem äußeren Lagerring 6 des Drehlagers angeordnet. Anders ausgedrückt ist auf der anderen Seite der Kontakt Kt zwischen dem äußeren Lagerring 6 und dem U-förmigen Rahmen 10 dauerhaft hergestellt. Es findet erfindungsgemäß kein Wechsel der Lage des Spiels Sp bzw. des Kontakts Kt von der in 7 gezeigten Seite auf die gegenüberliegende Seite statt, da die Schwerpunkt Sv und Sh konstruktiv so gewählt sind, dass das Spiel Sp bzw. der Kontakt Kt gleichbleibt. Damit wird eine wechselnde mechanische Belastung des Drehlagers, des U-förmigen Rahmens 10 und des ersten Befestigungselements vermieden, so dass die Dauerhaltbarkeit der Bauteile erhöht ist.
