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Die Erfindung bezieht sich auf Nabenanordnungen, insbesondere für Zwillingsräder, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Nabenanordnung ist Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung
DE 10 2011 078 132 A1 sowie der internationalen Patentanmeldung
WO 2013/000723 A1 , für die die Priorität der vorgenannten älteren deutschen Patentanmeldung in Anspruch genommen wurde.
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Es ist allgemein bekannt und üblich, an Schwerstlastfahrzeugen, beispielsweise an Hubstaplern, die in Seehäfen zum Transport schwerer Container eingesetzt werden, Achsen mit Zwillingsrädern vorzusehen, um extreme Tragkräfte gewährleisten zu können. Dabei ist es erwünscht, die Zwillingsräder relativ zueinander drehbar anzuordnen, um bei Wendemanövern des Fahrzeuges unerwünschten Schlupf und damit verbundenen starkem Verschleiß der Bereifung der Zwillingsräder zu vermeiden.
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Die
US 7,757,795 B2 zeigt eine für derartige Zwillingsräder geeignete Nabenanordnung, bei der die die beiden Zwillingsräder tragenden Radnabenteile auf einem dritten Zwischennabenteil drehgelagert sind, welches seinerseits den Eingang eines die Radnabenteile treibenden Differenzialgetriebes bildet. Dieses Differenzialgetriebe besitzt auf einem axial mittleren Abschnitt des Zwischennabenteiles Zahnräder, die um zum Umfang des Zwischennabenteiles senkrechte Achsen drehbar angeordnet sind. Diese Zahnräder kämmen mit Verzahnungsringen an den einander zugewandten Axialenden der Radnabenteile, so dass die Radnabenteile relativ zum Zwischennabenteil nur in einander entgegengesetzten Richtungen drehbar sind. Das Zwischennabenteil wird über ein Planetengetriebe angetrieben bzw. mittels einer nassen Lamellenbremse abgebremst. Um dabei auf jedes Radnabenteil ein vorgegebenes Mindestantriebsmoment bzw. Mindestbremsmoment übertragen zu können, sind zwischen dem Zwischennabenteil und den Radnabenteilen jeweils reibungsbehaftete Gleitlager vorgesehen, darüber hinaus arbeitet auch die Differenzialanordnung mit konstruktiv vorgegebener Reibung.
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Abgesehen vom konstruktiven Aufwand ist bei dieser bekannten Nabenanordnung nachteilig, dass Bremsmanöver immer dann problematisch werden können, wenn die Zwillingsräder aufgrund von Fahrbahnunebenheiten deutlich unterschiedlich belastet werden und eine entsprechend unterschiedliche Traktion aufweisen. Entsprechendes gilt auch dann, wenn die Zwillingsräder über Fahrbahnabschnitte mit sehr unterschiedlichen Reibkoeffizienten rollen. In allen diesen Fällen kann es passieren, dass bei einem Bremsmanöver das Zwillingsrad mit guter Traktion weitestgehend ungebremst weiterrollt, während das Zwillingsrad mit schlechter Traktion mit zum ersteren Zwillingsrad entgegengesetzter Drehrichtung durchrutscht.
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Eine konstruktiv und funktional ähnliche Nabenanordnung wird in der
US 2,267,362 A beschrieben. Hier sind konstruktive Maßnahmen zur Hemmung der Differentialanordnung zwischen den Radnabenteilen vorgesehen. Zur Hemmung der Differenzialanordnung wird ausgenutzt, dass Zahnräder dieser Differentialanordnung nach Art von Zahnradpumpen hydraulische Schmiermittel in der Differentialanordnung verlagern. Gemäß der
US 2,267,362 A wird durch konstruktive Maßnahmen erreicht, dass bei der Verlagerung des Schmiermittels erhöhte Drosselwiderstände überwunden werden müssen, so dass das Zwischennabenteil beim Fahr- und Bremsbetrieb jeweils entsprechende Mindestmomente zwischen dem Radnabenteil überträgt. Gleichwohl kann unter ungünstigen Bedingungen der Fall auftreten, dass die nutzbaren Bremsmomente nur das vergleichsweise geringe Maß der vorgenannten Mindestmomente besitzen.
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Die
EP 1 288 054 B1 zeigt eine weitere Nabenanordnung für Zwillingsräder mit Antrieb der Nabenteile über eine Differentialanordnung. Hier sind die Radnabenteile jeweils als Hohlrad eines Planetengetriebes mit an einem stationären Planetenträger drehgelagerten Planetenrädern ausgebildet, die jeweils mit einem Sonnenrad kämmen, welches seinerseits über eine der Ausgangswellen der Differentialanordnung angetrieben wird. Maßnahmen zur Übertragung von Bremskräften auf die Radnabenteile werden nicht beschrieben.
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In der
EP 1 145 894 B1 wird eine Zwillingsradanordnung beschrieben, bei der die Radnabenteile miteinander kraftschlüssig kuppelbar sind und nur ein Radnabenteil unmittelbar angetrieben bzw. gebremst wird. Wenn Bremsmanöver auf problematischem Untergrund ausgeführt werden, auf dem die Zwillingsräder eine stark unterschiedliche Traktion aufweisen, muss dafür gesorgt werden, dass die Radnaben miteinander gekuppelt werden, um sicherzustellen, dass das Zwillingsrad mit guter Traktion gebremst wird.
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In der
EP 1 162 082 B1 wird eine weitere Zwillingsradanordnung dargestellt, deren Radnabenteile über eine Differentialanordnung angetrieben werden. Es werden keinerlei Maßnahmen zur Erzwingung eines Gleichlaufes der Radnabenteile dargestellt. Gegenüber diesem Stand der Technik besitzt die Radnabenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 den unter Sicherheitsaspekten erheblichen Vorteil, dass bei Bremsmanövern immer beide Zwillingsräder bremswirksam werden, so dass Bremsmanöver auch auf problematischem Untergrund sicher durchgeführt werden können. Andererseits wird die Möglichkeit geboten, beim normalen Fahrbetrieb lediglich eines der Zwillingsräder anzutreiben und damit den konstruktiven Aufwand gering zu halten.
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Allerdings kann eine derartige Zwillingsradanordnung zu dem Problem führen, dass die Reifen der Zwillingsräder ungleichförmig abgenutzt werden, weil ein Zwillingsrad lediglich Bremsmomente übertragen muss, während das andere Zwillingsrad Brems- und Antriebsmomente zu übertragen hat.
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Die
DE 1 075 963 A zeigt eine Nabenanordnung für Zwillingsräder, welche eine unterschiedliche Aufteilung von Bremsmomenten auf relativ zueinander drehbare Zwillingsräder ermöglicht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Nabenanordnung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, dass bei einer Zwillingsradanordnung an den Zwillingsrädern ein ähnlicher Reifenverschleiß auftritt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Nabenanordnung für Zwillingsräder im Hinblick auf einen geringen konstruktiven Aufwand im Wesentlichen nur ein Zwillingsrad bzw. dessen Radnabenteil anzutreiben, jedoch die den Radnabenteilen zugeordneten Bremsvorrichtungen so auszubilden, dass sie von einem einzigen Betätigungsorgan immer gemeinsam betätigt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Bremsvorrichtungen als Lamellenbremsen ausgebildet sind und die Bremsvorrichtung der einen Nabe ein Widerlager bildet, welches die Bremsbetätigungskraft der der anderen Nabe zugeordneten Bremsvorrichtung auf stationäre Teile der einen Nabenanordnung abträgt.
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Um nun an den Zwillingsrädern einen vergleichbaren Reifenverschleiß zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die der antreibbaren Nabe zugeordnete Bremsvorrichtung auf ein im Vergleich zur Bremsvorrichtung der antriebslosen Radnabe vermindertes Bremsmoment auszulegen.
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Im Ergebnis wird dadurch erreicht, dass die Bereifung des dem angetriebenen Nabenteil zugeordneten Rades bei Bremsmanövern vergleichsweise weniger beansprucht und dementsprechend weniger verschleißen wird, so dass der durch die Übertragung der Antriebsmomente auftretende, im Vergleich zum anderen Zwillingsrad zusätzliche Reifenverschleiß zumindest zu einem erheblichen Anteil kompensiert wird, weil das antriebslose Zwillingsrad vergleichsweise hohe Bremsmomente aufzunehmen hat. In diesem Zusammenhang sei hervorgehoben, dass mit der Erfindung keinerlei Begrenzung der maximal erreichbaren Bremsmomente verbunden ist. Denn die jeweils tatsächlich erreichten Bremsmomente werden durch die Bremsbetätigungskraft bestimmt, die bei entsprechender konstruktiver Auslegung der Anordnung praktisch ”unbegrenzt” ist.
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Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt darin, dass die gewünschte Bremsmomentverteilung mit einfachen konstruktiven Mitteln erreichbar ist, insbesondere dadurch, dass die Bremsvorrichtung der antreibbaren Nabe eine geringere Lamellenzahl als die Bremsvorrichtung der antriebslosen Nabe aufweist. Wenn beide Bremsvorrichtungen gleichartige Lamellen besitzen, führt die ungleiche Lamellenzahl dazu, dass das Verhältnis der Bremsmomente der beiden Bremsvorrichtung dem Verhältnis der Lamellenzahlen entspricht.
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Grundsätzlich könnte die Erfindung auch dadurch verwirklicht werden, dass den Radnaben Bremslamellen mit unterschiedlichen Reibkoeffizienten zugeordnet werden, so dass an der angetriebenen Radnabe immer ein vergleichsweise vermindertes Bremsmoment erzeugt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen den beiden Naben eine kraftschlüssige Kupplung angeordnet ist.
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Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, Antriebsmomente auf beide Naben und dementsprechend auf beide zugeordneten Zwillingsräder zu übertragen, wobei die Steuerung der Kupplung gegebenenfalls in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehzahldifferenz der beiden Naben bzw. Zwillingsräder erfolgen kann und die Kupplung nur bei Überschreitung eines Schwellwertes der Drehzahldifferenz wirksam wird.
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Außerdem kann in zweckmäßiger Weise vorgesehen sein, dass die antriebslose Nabe auf der antreibbaren Naben mittels eines Gleitlagers angeordnet ist, so dass die antreibbare Nabe immer ein (begrenztes) Drehmoment auf die andere Nabe überträgt.
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Außerdem kann gegebenenfalls zwischen den beiden Naben auch eine formschlüssige Kupplung vorgesehen sein, um bei Bedarf einen exakten Gleichlauf der beiden Naben erzwingen zu können.
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Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.
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In der Zeichnung zeigt
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1 einen Axialschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nabenanordnung,
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2 einen Axialschnitt einer ähnlichen Ausführungsform mit zusätzlich vorgesehener Möglichkeit, bei Einsatz der Nabenanordnung für Zwillingsräder diese zu kuppeln.
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Die Schnittbilder der 1 und 2 zeigen jeweils „Halbschnitte”, in denen nur der Bereich oberhalb einer zentralen Achse 100 dargestellt und der Bereich unterhalb dieser Achse 100 symmetrisch zum dargestellten Abschnitt ist.
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Gemäß 1 besitzt die dargestellte Nabenanordnung ein Achsrohr 1, welches eine Antriebseingangswelle 2 aufnimmt. Diese trägt an ihrem in 1 linken Ende ein formschlüssig mit der Welle 2 verbundenes Sonnenrad 3, das in grundsätzlich bekannter Weise mit Planetenrädern 4 kämmt, die in einem innenseitig verzahnten Hohlrad 5 umlaufen, welches mittels eines glockenartigen Trägers 6 drehfest mit dem Achsrohr 1 verbunden ist. Die Planetenräder 4 sind auf Achszapfen eines Planetenträgers 7 drehgelagert, der seinerseits mit einem Nabenteil 8 drehfest verbunden ist, welches auf Wälzlagern 9 und 10 drehgelagert ist, die auf dem Achsrohr 1 bzw. einem zylindrischen Fortsatz (nicht dargestellt) des auf dem Achsrohr 1 angeordneten Trägers 6 angeordnet sind.
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Das Nabenteil 8 besitzt einen auf den Lagern 9 und 10 abgestützten Abschnitt 8' und einen über das Lager 10 axial hinausragenden Abschnitt 8''. Dabei dient der linke Abschnitt 8' zur Halterung der Felge 11' eines äußeren Zwillingsrades. Der rechte Abschnitt 8'' des Nabenteiles 8 trägt ein weiteres Nabenteil 12, welches auf dem Abschnitt 8'' des Nabenteils 8 mittels dort angeordneter Wälzlager 13 und 14 drehgelagert ist. Das Nabenteil 12 besitzt einen gleichen Außendurchmesser wie das Nabenteil 8 im Bereich der Felge 11'. Dementsprechend kann eine gleichartige Felge 11'' für ein inneres Zwillingsrad am Nabenteil 12 angeordnet werden.
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Am in 1 rechten Ende des Achsrohrs 1 ist ein damit fest verbundenes Bremsgehäuse 15 angeordnet, welches auf seiner den Nabenteilen 8 und 12 zugewandten Seite offen ist, derart, dass zwischen dem Außenumfang des Achsrohres 1 und dem Rand der Öffnung des Bremsgehäuses 15 eine Ringöffnung gebildet wird, durch die die Nabenteile 8 und 12 mit zylinderartigen axialen Endbereichen hindurchragen. Dabei ragt der axiale Endbereich des Nabenteiles 8 bzw. des Teiles 8'' in axialer Richtung weiter in das Bremsgehäuse 15 hinein als der radial darüber angeordnete axiale Endbereich des Nabenteiles 12.
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Radial zwischen dem Innenumfang des Bremsgehäuses 15 und dem Außenumfang des axialen Endbereiches des Nabenteiles 12 bzw. des axialen Endbereiches des Nabenteiles 8 sind jeweils Bremslamellenpakete 16 und 17 angeordnet, die jeweils aus bremsgehäuseseitigen Bremslamellen, welche in einer Innenumfangsverzahnung des Bremsgehäuses axial verschiebbar jedoch drehfest angeordnet sind, und nabenseitigen Bremslamellen bestehen, welche in analoger Weise an Außenumfangsverzahnungen der Axialenden der Nabenteile 8 bzw. 12 drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet sind. Dabei sind in bekannter Weise jeweils bremsgehäuseseitige und nabenteilseitige Bremslamellen abwechselnd in axialer Nachbarschaft angeordnet, das heißt eine nabenteilseitige Bremslamelle ist jeweils axial zwischen zwei bremsgehäuseseitigen Bremslamellen angeordnet. Axial zwischen den Bremslamellenpaketen 16 und 17 ist an der bremsgehäuseseitigen Innenverzahnung eine Ringplatte 18 axial verschiebbar und drehfest angeordnet.
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Innerhalb des Bremsgehäuses 15 ist des Weiteren ein axial verschiebbarer Ringkolben 19 angeordnet, dessen in 1 rechtes Ende stufenförmig ausgebildet ist, derart, dass im Bereich der Kolbenstufe zwischen der Bremsgehäusewandung und dem Ringkolben 19 eine Ringkammer 20 gebildet wird, die über eine Bohrung 21 mit Druckfluid steuerbar beaufschlagt werden kann. Damit wird der Ringkolben mit entsprechender Kraft gegen den Widerstand einer Rückstellfederanordnung (nichtdargestellt) axial gegen die Bremslamellenpakete 16 und 17 geschoben, wobei der auf das Bremslamellenpaket 17 ausgeübte axiale Druck des Ringkolbens 19 über die axial verschiebbare Ringplatte 18 auf das Bremslamellenpaket 16 und nachfolgend auf das stationäre Bremsgehäuse 15 abgetragen wird. Im Ergebnis werden damit beide Bremslamellenpakete 16 und 17 bremswirksam, so dass beide Nabenteile 8 und 12 mit den darauf angeordneten Zwillingsrädern 11' bzw. 11'' simultan abgebremst werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Bremslamellenpakte 16 und 17 ungleiche Lamellenzahlen aufweisen, und zwar derart, dass der Nabe 12, die nicht antreibbar ist bzw. keine direkte Antriebsverbindung mit der Antriebswelle 2 hat, eine größere Lamellenzahl als der Nabe 8 zugeordnet ist. Dies ist gleichbedeutend damit, dass das Lamellenpaket 16 eine größere Anzahl nabenseitiger Lamellen mit zugeordneten stationären Lamellen bzw. Reibflächen als das Lamellenpaket 17 aufweist. Damit wird erreicht, dass bei einem Bremseinsatz auf die antriebslose Nabe 12 ein größeres Bremsmoment als auf die angetriebene Nabe 8 wirkt. Wenn nun die Naben 8 und 12 für die Zwillingsräder 11' und 11'' vorgesehen sind, wird auf diese Weise gewährleistet, dass das antriebslose Zwillingsrad 11'' immer mit einem vergleichsweise höheren Bremsmoment beaufschlagt wird als das angetriebene Zwillingsrad 11', so dass der am Zwillingsrad 11' praktisch allein auftretende Reifenverschleiß durch Antriebsmomente zumindest zu einem größeren Anteil kompensiert wird.
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Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 zunächst dadurch, dass die Antriebseingangswelle 2 und das Nabenteil 8 über ein zweistufiges Planetengetriebe miteinander antriebsverbunden sind. Die Antriebseingangswelle 2 trägt wiederum ein mit ihr drehfest verbundenes Sonnenrad 3, welches mit Planetenrädern 4 kämmt, die ihrerseits in einem innenverzahnten Hohlrad 5 umlaufen. Die Planetenräder 4 sind wiederum auf Achszapfen des Planetenträgers 7 drehgelagert. Dieser Planetenträger 7 ist drehfest mit einem weiteren Sonnenrad 31 verbunden, welches mit Planetenräder 41 kämmt, die in einem innenverzahnten Hohlrad 51 umlaufen, welches ebenso wie das Hohlrad 5 über den glockenförmigen Träger 6 stationär am Achsrohr 1 gehaltert ist. Die Hohlräder 5 und 51 bilden in der Regel ein einziges Hohlrad, welches eine entsprechende axiale Breite aufweist und dementsprechend mit einem in der Zeichnung rechten Axialabschnitt mit den Planetenrädern 4 und mit einem in der Zeichnung linken Axialabschnitt mit den Planetenrädern 41 zusammenwirkt. Die Planetenräder 41 sind auf Achszapfen eines Planetenträgers 71 drehgelagert, der seinerseits drehfest mit dem Nabenteil 8 verbunden ist.
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Innerhalb des Bremsgehäuses 15 sind ein erster und ein zweiter Ringkolben 19 und 191 angeordnet, wobei der Ringkolben 19 wiederum durch Druckbeaufschlagung der Ringkammer 20 axial gegen die Bremslamellenpakete 16 und 17 geschoben werden kann, so dass die Nabenteile 8 und 12 zwangsläufig simultan gebremst werden. Der weitere Ringkolben 191 wird durch Federn 192 gegen die zugewandte Stirnseite des Ringkolbens 19 geschoben, derart, dass die vorgenannten Bremslamellenpakete 16 und 17 wiederum axial zusammengepresst und dadurch bremswirksam werden. Durch Druckbeaufschlagung einer Ringkammer 201, die über eine Bohrung 211 mit Druckfluid beaufschlagt werden kann, kann der Ringkolben 191 gegen die Kraft von Federn 192 nach rechts verschoben werden, so dass der Ringkolben 19 vom Ringkolben 191 entlastet wird und die Bremslamellenpakete 16 und 17 nur noch dann bremswirksam in Axialrichtung zusammenpressen kann, wenn die dem Ringkolben 19 zugeordnete Ringkammer 20 über die Bohrung 21 mit Druckfluid beaufschlagt wird. Durch die dargestellte Doppelkolbenanordnung 19, 191 kann also einerseits eine automatische Feststellbremse gewährleistet werden, wenn die Ringkammer 201 drucklos ist und der Ringkolben 191 durch die Federn 192 axial gegen den Ringkolben 19 drückt. Beim Fahrbetrieb wird die Ringkammer 201 mit Druck beaufschlagt, so dass der Ringkolben 191 axial vom Ringkolben 19 abgerückt bzw. beabstandet gehalten wird und die Bremslamellenpakete 16 und 17 nur noch dann bremswirksam werden, wenn die dem Ringkolben 19 zugeordnete Ringkammer 20 mit Druck beaufschlagt wird.
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Im Übrigen ist bei der Ausführungsform der 2 die Möglichkeit gegeben, die Nabenteile 8 und 12 miteinander formschlüssig zu kuppeln. Dazu ist am Nabenteil 8 ein Klauenring 50 axial verschiebbar, jedoch drehfest angeordnet, und das Nabenteil 12 ist fest mit einem Klauenring 51 verbunden. Diese Klauenringe sind einander mit stirnseitig angeordneten Klauen zugewandt. Der Klauenring 50 kann gegen die Kraft einer Rückstellfederung 52 axial mittels eines Ringkolbens 53 gegen den Klauenring 51 geschoben werden, so dass die Klauen der beiden Ringe 50 und 51 in Eingriff gelangen. Der Ringkolben 53 ist auf seiner vom Klauenring 50 abgewandten Seite als Stufenkolben ausgebildet und begrenzt zusammen mit einer entsprechend stufenförmigen Außenumfangsfläche am Nabenteil 8 einen Ringraum 54, der über eine nicht dargestellte Bohrung im Nabenteil 8 oder eine ebenfalls nicht dargestellte Druckdurchführung im Achsgehäuse mit einem Druckfluid beaufschlagt bzw. vom Druckfluid entlastet werden kann, d. h. bei Druckbeaufschlagung des Ringraumes 54 wird der Klauenring 50 zum Eingriff mit dem Klauenring 51 gebracht, so dass die beiden Klauenringe 50 und 51 und dementsprechend die Nabenteile 8 und 12 miteinander formschlüssig gekuppelt werden. Bei Druckentlastung des Ringraumes 54 schiebt die Rückstellfederung 52 den Klauenring 50 wieder in die dargestellte linke Endlage, in der die Klauenringe 50 und 51 voneinander entkuppelt sind und die Nabenteile 8 und 12 relativ zueinander drehen können. Bei Bedarf können also die Nabenteile 8 und 12 und dementsprechend die Felgen 11' und 11'' einer Zwillingsradanordnung simultan im Gleichlauf angetrieben werden.
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Abweichend von der Darstellung der 1 und 2 könnte die Nabe 12 statt über die Wälzlager 13 und 14 auch über die Gleitlager auf der Nabe 8 drehgelagert sein, so dass die beiden Naben 8 und 12 immer durch einen von der Reibung der Gleitlager vorgegebenen Kraftschluss miteinander gekuppelt bleiben.
