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Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk, aufweisend eine Kettenbahn, insbesondere ein schlupfminderndes Fahrwerk zur Fortbewegung auf druck- und scherkraftsensiblem Gelände. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das solche Fahrwerke aufweist.
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Das Fahrwerk dient dabei bevorzugt zur Fortbewegung eines Transportfahrzeuges auf unebenen Untergründen, die befahrungssensibel und anfällig gegen die kombinierte Wirkung von Druck- und Scherkräften sind. Ziel ist der größtmögliche Erhalt der Bodenstruktur und damit die Befahrbarkeit des Bodens selbst.
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Konventionelle Fahrwerke zur Fortbewegung auf befahrungssensiblem Untergrund, ganz gleich ob rad- und kettenbasiert, weisen hohe punktuelle, auf den Boden wirkende Druck- und Scherkräfte auf, welche die tragfähige Bodenstruktur zerstören. Hierzu trägt auch eine Walkbewegung im Boden bei, hervorgerufen durch eine „Bugwelle“ vor dem Rad oder der Kette und einen Auswurf dahinter, insbesondere beim Anfahren bzw. umgekehrt beim Bremsen. Die herkömmlichen Fahrwerke setzen damit die Befahrbarkeit des Untergrunds herab und schädigen den Boden dauerhaft, was sich insbesondere bei Wald- aber auch bei Ackerboden nachteilig auf die Vegetation sowie die Wirtschaftlichkeit bei der jeweils spezifischen Rohstoffproduktion auswirkt.
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Kettenfahrwerke weisen zusätzliche Eigenheiten auf. So treten erhebliche Druckspitzen unter jedem Rad, das die Kette stützt, in Form einer starken Linienlast auf. Im Unterschied zu einem Reifen, der unter Last und insbesondere, wenn er unter geringem Innendruck betrieben wird, zu einer Abplattung bis zu einem gewissen Grad neigt, bleiben eine Kette und das sie stützende Stahlrad starr.
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Ein zusätzliches Problem, das die Belastung des Untergrunds verstärkt, entsteht bei einem unebenen Untergrund, was im Wald die Regel ist. Wird durch ein (Vorder-)Rad eine Unebenheit überrollt, während ein (Hinter-)Rad noch auf der Ebene rollt, dann wird die unterschiedliche Weglänge bei Allradantrieb durch ein Differentialgetriebe ausglichen. Nicht so bei Kettentrieb, da der vordere Teil der Kette zwangsläufig denselben Weg zurücklegen muss wie der hintere Teil. Die Differenz wird schädigend in den Boden eingetragen und die Oberfläche durch den zuvor beschriebenen Effekt stärker beschädigt, als dies bei einer einfachen Überfahrt in der Ebene der Fall wäre.
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Es sind Modifikationen für Fahrwerke bekannt, welche deren Beschaffenheit so verändern, dass ein Befahren auch bei zerstörter Bodenstruktur und tiefen Fahrgleisen möglich erscheinen mag. Hauptsächlich zielen die Innovationen darauf hin, die Druckverteilung über die Aufstandsfläche besser zu verteilen oder die Wirkung der Antriebskraft, auch als Grip bezeichnet, zu verbessern, niemals aber den Boden vor den Einwirkungen besser zu schützen.
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Allerdings können die nach dem Stand der Technik vorgenommenen Modifikationen niemals die Scherkraftwirkung von Rad- und Kettenfahrwerken auf den Boden vermindern. Diese tritt vor, unter und hinter jedem Rad auf, zudem bei jedem Beschleunigungsvorgang. Außerdem bringen diese Modifikationen so viel zusätzliche Maschinenmasse mit sich, dass die positiven Effekte aufgehoben werden oder sich der Gesamtzustand weiter verschlechtert. Beispielsweise führen Bänder, auf Ketten oder Reifen angebracht, zu einer Tonne mehr Masse auf jeder Achsseite.
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Aus dem Stand der Technik sind auch Druckschriften bekannt, die Lösungen hierzu anbieten. Hierzu gehört die Druckschrift
DE 10 2012 105 550 A1 , die eine forstliche Arbeitsmaschine mit einem Raupenlaufwerk mit zwei Raupenschiffen umfasst. Die Raupenschiffe werden über Raupengetriebe und Standard-Stahlkettenbänder angetrieben. Zumindest ein Teil der Laufrollen kann über bewegliche Lagerungen in Form von Wippvorrichtungen, insbesondere in Form von Doppelwippen, am Tragrahmen der Raupenschiffe beweglich angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Wippvorrichtungen bolzengelagert. Beim Überfahren von Unebenheiten und dadurch notwendige Verformung der Stahlkette muss die Länge der Stahlkette regelmäßig entsprechend angepasst werden, beispielsweise über einen Fettspannzylinder oder Elastomerspanner. (Abs. 0021) Die Verwendung des beschriebenen Laufwerks erleichtert die Arbeit im Forst und bewirkt, dass weniger Druck auf den Boden ausgeübt bzw. der Druck auf den Boden besser verteilt wird, so dass das beschriebene Laufwerk schonender für den Waldboden ist. Nachteilig ist jedoch, dass die vor dem Raupenlaufwerk liegenden Bereiche des Bodens durch die schräg anlaufende Kette bereits niedergedrückt werden, noch ehe die Lastminimierung durch die bewegliche, mittels der Wippvorrichtungen anpassungsfähige Kette zur Wirkung kommt.
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Die Druckschrift
DE 20 50 972 A hingegen beschreibt eine federnde Gleiskette, die einen ringförmigen federnden und verformbaren Abstandhalter, beispielsweise einen luftgefüllten Reifen, aufweist, der drehbar um eine zentrale Achse der federnden Gleiskette angeordnet ist (S. 5, Abs. 3). Es resultiert eine endlose Gleiskettenanordnung mit einer Vielzahl dicht gekuppelter den Boden erfassender starrer Schuhe. Die Flächenteile stehen zur Bildung eines veränderlichen Fußabdruckes von mindestens zwei Schuhen, wenn sie mit einer horizontalangeordneten stationären Fläche in Eingriff stehen und einer auf die federnden Gleisketten vertikal zur zentralen Achse und der stationären Oberfläche aufgebrachten Belastung unterworfen sind. Die federnde Gleiskette ist insbesondere zur Verwendung mit mehrachsigen Schwerlast-Erdbearbeitungs- und/oder Transportmaschinen geeignet, um die dynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahreigenschaften, Stabilität und Handhabung wesentlich zu verbessern. Eine Verminderung des Bodendrucks ist eher gering, die ebenfalls unerwünschten Scherkräfte werden durch die Auflage und das Abrollen der Flächenteile auf dem Boden eher noch verstärkt.
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Die Druckschriften
DE 10 2010 054 329 B4 ,
DE 10 2010 054 328 B4 schlagen einen motorischen Treppensteiger zum Besteigen einer Treppe mit schweren Lasten vor. Das unter den Lastenwagen untergebaute Steigfahrzeug zum Befahren der Treppe ist mit einer umlaufenden Endloskette und daran angebrachten Steigbeinen ausgestattet (vgl. Abs. 0023, 0024;
1,
3,
7). Die vorgeschlagene Anordnung ist jedoch ausschließlich für den Betrieb auf einer Treppe vorgesehen, weswegen für die Ebene ein als Nachlaufrolle bezeichnetes Fahrwerk (vgl. Abs. 0027, 0028;
1,
3) vorgesehen ist.
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Nachteilig am Stand der Technik sind neben dem hohen Bodendruck bei Linienlast (Rad, Kettenanfang) vor allem die hohen Scherkräfte insbesondere bei Lenkbewegungen (Ketten).
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein Fahrwerk anzubieten, das bei der Bewegung über den Boden nur geringe Druck- und Scherkräfte in diesen einträgt, insbesondere hohe Druckkräfte und zugleich Scherkräfte bzw. Radiererscheinungen im Boden bei leicht lenkbarer Kurvenfahrt deutlich vermindert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrwerk, aufweisend eine Kettenbahn, bei der wenigstens eine umlaufende Gliederkette vorgesehen ist, an der Aufsetzfüße in der Weise beweglich angeordnet sind, dass jeder Aufsetzfuß eine beim Aufsetzten auf den Boden horizontal zum Boden ausgerichtete Fußplatte aufweist. Dadurch wird der Boden einer geringen Belastung ausgesetzt, da schon beim ersten Kontakt mit dem Fahrwerk die Fußplatte des Aufsetzfußes mit der ganzen Fläche und entsprechend geringem Druck aufsetzt. Räder erzeugen ständig bzw. beim „Aufsetzen“ im weiteren Sinne eine Punktlast, was insbesondere die in Land- und Forstwirtschaft üblichen Ballonreifen betrifft. Herkömmliche Kettenfahrwerke hingegen erzeugen eine Linienlast, wodurch jeweils eine hohe Druckbelastung hervorgerufen wird, zumal Kettenfahrwerke ein deutlich höheres Eigengewicht aufweisen.
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Der prinzipielle und entscheidende Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der Antrieb mit einem klassischen Motor üblicher Bauart, der seine Leistung als Drehbewegung abgibt. Es wird eine einfach erzeugbare und steuerbare Drehbewegung in eine schreitähnliche Bewegung umgewandelt, ohne dass ein herkömmliches Schreitwerk mit zahlreichen, kompliziert zu steuernden und auch mechanisch aufwändigen Stellgliedern nötig ist. Die Nachteile der Drehbewegung im Abtrieb auf den Boden, wie Schlupf, kleinräumige Aufsatzflächen und hohe dynamische Wirkungen, werden vermindert, obwohl der Antrieb mit einer Drehbewegung erfolgt. Dadurch wird es möglich, das erfindungsgemäße Fahrwerk wie einen Rad-, zumindest aber wie einen Kettenantrieb zu steuern, obwohl es die Vorzüge eines Schreitantriebs aufweist.
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Auch wenn im Falle eines herkömmlichen Kettenfahrwerks der Bodendruck im Durchschnitt niedrig ist, so schützt dies zwar das Fahrzeug vor dem Einsinken in den Boden, der jedoch bereits beim Anrollen und der momentan hohen Drucklast geschädigt wird. Dies verringert die Erfindung deutlich.
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Die Fußplatte ist bevorzugt als gesondertes, auf die Beschaffenheit des Bodens und die konkrete Verwendung beispielsweise hinsichtlich der Reibeigenschaften ausgerichtetes Element ausgebildet, das mit dem Aufsetzfuß verbindbar ist. Alternativ hierzu ist es jedoch auch vorgesehen, einen Aufsetzfuß einzusetzen, der einstückig mit der Fußplatte verbunden ist.
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Es hat sich als günstig erwiesen, wenn zwei Gliederketten vorgesehen sind. Dann bleibt der Zwischenraum zwischen beiden Gliederketten für die freie Bewegung der Aufsetzfüße frei. Alternativ hierzu im Sinne der Erfindung ist aber auch eine einzelne Gliederkette als Kettenbahn vorgesehen, beispielsweise ähnlich einer herkömmlichen Kette eines Kettenfahrzeugs. An dieser Kettenbahn sind die Aufsetzfüße mit eingeschränkter Beweglichkeit angeordnet, wobei zumindest vor dem Aufsetzen eine Ausrichtung zum Boden hin möglich ist, auch wenn die Kettenbahn im Bereich des betreffenden Aufsetzfußes noch nicht horizontal verläuft.
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Besonders bevorzugt ist ein Fahrwerk mit vorzugsweise zwei Gliederketten, bei dem die Aufsetzfüße frei hängend an jeweils einer Aufhängung an jeweils einem Ende des Aufsetzfußes mit jeder Gliederkette verbunden und oberhalb des Schwerpunkts des Aufsetzfußes aufgehängt sind, so dass die Aufsetzfüße durch die Schwerkraft an jeder Position der Gliederketten bei deren Umlauf stets mit der Fußplatte zum Boden hin ausgerichtet sind. So können die Aufsetzfüße zwischen den beiden Gliederketten frei beweglich aufgehängt werden. Sie sind praktisch frei drehbar und können sich beim Umlauf der Kettenbahn, die von den beiden Gliederketten gebildet werden, durch die Schwerkraftwirkung ungehindert immer zum Boden hin ausrichten, ohne dass hierfür ein gesonderter Antrieb notwendig wäre.
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Ungeachtet dessen ist es alternativ hierzu vorgesehen, dass der Antrieb so gestaltet ist, dass die Aufsetzfüße durch jeweils einen eigenen Antrieb zumindest vor dem Aufsetzen auf den Boden zu diesem hin ausgerichtet werden. Dies ist in den Fällen vorteilhaft, in denen durch einen sehr unebenen Boden mit starken Schwingungen der Aufsetzfüße zu rechnen ist. Zudem sind Einsatzfälle denkbar, bei denen keine oder eine zu geringe Schwerkraft vorherrscht und ebenfalls auf einen aktiven Antrieb zur Ausrichtung der Aufsetzfüße zurückgegriffen werden muss.
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Bei der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Kettenbahn eine gerade Anzahl Kettenglieder auf. Somit ist an jedem zweiten Kettenglied ein Aufsetzfuß angeordnet. Damit wird eine hohe Dichte an Aufsetzfüßen im Interesse eines sicheren Halts des Fahrwerks auf dem Boden und eines geringen Bodendrucks erreicht, ohne dass sich die einzelnen Aufsetzfüße aber gegenseitig behindern würden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein auf die Kettenbahn wirkender Antrieb vorgesehen ist, der die Kette bewegt und eine Fortbewegung ermöglicht.
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Bevorzugt ist der Antrieb als Elektromotor ausgeführt, der über ein Getriebe mit der Kettenbahn kraftübertragend verbunden ist. Das Getriebe umfasst in der bevorzugten Ausgestaltung ein Kettenrad, das in wenigstens eine der Gliederketten eingreift.
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Ein Elektroantrieb ermöglicht neben anderen Vorzügen die einfache Energieübertragung zu dem in dem beweglichen Fahrwerk angeordneten Motor. Ungeachtet dessen sieht die Erfindung auch andere Antriebsmöglichkeiten vor, wie z. B. mittels Hydraulik, die eine ähnliche Flexibilität ermöglicht, oder einer herkömmlichen, rein mechanischen Übertragung, wie z. B. über eine Kardanwelle.
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Für die praktische Anwendung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Fahrwerk um seine senkrechte Achse drehbar an einem Fahrzeug im Bereich einer Radaufhängung anbringbar ist. Dies ermöglicht insbesondere eine Lenkbarkeit ähnlich der eines Rads unter Vermeidung von dessen Nachteilen in Bezug auf den Bodendruck.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend Fahrwerke gemäß vorstehend beschriebener Ausgestaltungen.
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Das erfindungsgemäße Fahrwerk ist insbesondere vorgesehen zum Einsatz an einem Transportfahrzeuges für Stückgut. Der Ersatz der Räder durch die erfindungsgemäßen Fahrwerke bewirkt eine bestmögliche Druckverteilung der Fahrzeugmasse auf den Untergrund. Zudem wird es möglich, die Wirkung von Scherkräften bei Geradeausfahrt und bei Kurvenfahrt zu minimieren. Das erfindungsgemäße Fahrzeug soll insgesamt für den Einsatz auf befahrungssensiblem unebenem Gelände angepasst sein. Dies erfolgt beispielsweise durch das Eigengewicht des Fahrzeugs, die Anordnung der Fahrwerke am Gestell, deren Steuerung und andere bekannte Maßnahmen.
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Bevorzugt sind vier Fahrwerke, besonders bevorzugt an zwei Achsen angeordnet. Das einzelne Rad eines vierrädrigen Fahrzeuges soll erfindungsgemäß durch eine niveauregulierende Kettenbahn ersetzt werden, wobei an jedem n-ten Kettenglied freihängende, druckbelastbare Aufsetzplatten befestigt sind, wobei lediglich eine geringe, aber hinreichend große Anzahl an Aufsetzplatten den Boden berührt und die langlochförmige Bewegungsbahn das rein vertikale Aufsetzen und Abheben der Aufsetzplatten realisiert. Durch Einsatz von zwei lenkbaren Achsen, sowie der Lenkart der Hundeganglenkung werden Radiererscheinungen und Spurversätze ausgeschlossen. Eine Hundeganglenkung ist eine vor allem in der Landwirtschaft eingesetzte Lenkung. Dabei werden die Vorderräder und die Hinterräder in die gleiche Richtung verdreht. Das ergibt bei einer Geradeausfahrt eine zur Vorderachse versetzte Hinterachse. Dadurch wird generell der Boden geschont.
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Die Weiterentwicklung eines bekannten Kettenfahrwerkes ergibt Vorteile in der Weise, dass Scherkräfte beim Aufsetzen der Fußplatten vermieden werden, da die gesamte Aufsatzfläche aller Fußplatten die Druckkräfte des Fahrzeuges aufnehmen zu vermögen. Darüber hinaus werden die beim Lenken der üblicherweise langen Kettenfahrwerke auftretenden Radiererscheinungen vermieden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung.
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Das beispielhaft beschriebene und in der Figur dargestellte Fahrwerk weist einen Antrieb 2 auf, bevorzugt als Elektromotor ausgeführt. Der Antrieb 2 bringt ein Kettenrad 3 zur Rotation, das mit einer Kettenbahn 4 in Eingriff steht und diese somit bewegt.
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Die aus mehreren Kettengliedern 5 bestehende Kettenbahn 4 weist in bevorzugt gleichmäßigen Abständen Aufsetzplatten 6 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an jedem zweiten Kettenglied 5 jeweils eine Aufsetzplatte 6 mittels Aufhängung 7 angebracht.
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Die Aufhängungen 7 sind so beschaffen, dass die Aufsetzplatte 6 gegenüber dem Kettenband 4 drehbar ist. Das Eigengewicht und der entsprechend gewählte Schwerpunkt der Aufsetzplatten 6 bewirken, dass die Aufsetzplatte 6 mit ihrer Fußplatte 8 stets nach unten zum Boden hin ausgerichtet ist. Sobald sie durch die Kettenbewegung in den Bereich des Bodens gerät, setzt sie auf dem Boden auf. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Aufsetzplatten durch einen individuellen Antrieb in die gewünschte Position gebracht werden, ohne auf die Wirkung der Schwerkraft angewiesen zu sein und eventuelle nachteilige Einflüsse durch bewegungsbedingte Schwingungen der Aufsetzplatte zu vermeiden.
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Dadurch wird ein rein vertikales Aufsetzen und Abheben der Aufsetzplatten 6 auf dem Boden ermöglicht. Damit wird im Unterschied zu einem Kettenantrieb nach dem Stand der Technik vermieden, dass Unebenheiten niedergedrückt werden oder die herkömmliche Kette von diesen abrutscht. Damit ist eine schonende Fortbewegung auf dem Boden möglich und Schädigungen des Bodens werden weitgehend vermieden.
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Ein Gehäuse 10 schützt die Kettenbahn 4 mit den Aufsetzfüßen 7, dem Antrieb 2 und den anderen Elementen des Fahrwerks 1 vor Witterungseinflüssen und Verschmutzung. Zudem werden von der Kettenbahn 4 abgeschleuderte Schmutzteile zurückgehalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrwerk
- 2
- Antrieb
- 3
- Kettenrad, Getriebe
- 4
- Kettenbahn
- 5
- Gliederkette
- 6
- Kettenglied
- 7
- Aufsetzfuß
- 8
- Aufhängung
- 9
- Fußplatte
- 10
- Gehäuse
- 11
- Boden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012105550 A1 [0008]
- DE 2050972 A [0009]
- DE 102010054329 B4 [0010]
- DE 102010054328 B4 [0010]
