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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Achssystem, insbesondere zum Einsatz in Nutzfahrzeugen. Dabei bezieht sich die Erfindung besonders auf ein Achssystem für ein Nutzfahrzeug, an welchem ein Hydrauliksystem betrieben wird.
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Nutzfahrzeuge mit hydraulikbetriebenen Systemen sind aus dem Stand der Technik zwar bereits bekannt. Dabei hat es sich aber gezeigt, dass Hydrauliksysteme insbesondere aufgrund des hohen Gewichts und des hohen Bauraumbedarfes der Komponenten nachteilige Auswirkungen auf die Produktivität und die Gesamtkapazität an Zuladung eines Nutzfahrzeuges haben. So ist für den Betrieb von Hydrauliksystemen, insbesondere in offenen Hydraulikkreisen, eine große Menge an Hydraulikfluid erforderlich, welches in Speicherbehältern am Nutzfahrzeug mitgeführt werden muss. Insbesondere, wenn mehrere hydraulisch betriebene Systeme am Nutzfahrzeug vorgesehen sind, ist dabei der erforderliche Bedarf an zusätzlichem Hydraulikfluid, welches in Vorratsbehältern am Nutzfahrzeug bereitgestellt werden muss, erheblich. Neben dem hohen Gewicht, der für die Bevorratung von Hydraulikfluid erforderlichen Behältnisse ist auch deren hoher Bauraumbedarf nachteilig für das Nutzfahrzeug.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Achssystem bereitzustellen, welches leichter ist und den Bauraumbedarf bei der Bevorratung von Hydraulikfluid für Hydraulikkreisläufe verringert.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Achssystem gemäß Anspruch 1. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Achssystem ein Achsrohr, welches hohlkörperförmig ausgebildet ist und ein Verschlusselement, welches das Achsrohr an einem seiner distalen Enden verschließt, wobei das Achsrohr und das Verschlusselement einen Fluidraum umschließen, wobei am Achsrohr und/oder am Verschlusselement zumindest ein Abfluss- und ein Zufluss vorgesehen ist. Kern der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Achsrohres, welches hohlkörperförmig ausgebildet und ohnehin an einem Nutzfahrzeug vorhanden ist, zur Bevorratung von Hydraulikfluid. Hierfür ist das Achsrohr zumindest an einem seiner distalen Enden durch ein Verschlusselement abgeschlossen. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das dem Verschlusselement gegenüberliegende Ende des Achsrohres becherförmig ausgebildet. Achsrohr und Verschlusselement bilden dabei einen Fluidraum, welcher fluiddicht zur Umgebung abgeschlossen ist und insbesondere für die Bevorratung von Hydraulikfluid geeignet ist. Die besondere Eignung zur Bevorratung von Hydraulikfluid kann dadurch erreicht werden, dass die Innenfläche des Achsrohres und des Verschlusselements metallisch ausgebildet oder mit einer entsprechenden Beschichtung versehen ist, welche beständig gegen Hydrauliköl ist. Um Hydraulikfluid in den Fluidraum einführen und aus diesem wieder herausführen zu können, sind am Achsrohr und/oder am Verschlusselement ein Abfluss und ein Zufluss vorgesehen. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind sowohl der Abfluss als auch der Zufluss dabei als Bohrungen im Achsrohr ausgebildet, in welche entsprechende Verbindungselemente zur Verbindung mit Fluidleitungen eingeschraubt werden können. Alternativ oder zusätzlich hierzu können der Abfluss und der Zufluss auch mit stoffschlüssig am Achsrohr festgelegten oder einstückig mit dem Achsrohr ausgebildeten Stutzen versehen sein, an welchen wiederum entsprechende Gewindegeometrien zur fluiddichten Festlegung von Anschlussstutzen für Hydraulikleitungen ausgebildet sind. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist dabei der Abfluss am Achsrohr angeordnet und der Zufluss am Verschlusselement.
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Besonders bevorzugt ist das Verschlusselement als Achsstummel ausgebildet. Insbesondere bei starren Achsen für Nutzfahrzeuge ist an einem Achsrohr, welches hohlkörperförmig ausgebildet ist, ein Achsstummel vorgesehen, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung zugleich als Verschlusselement verwendbar ist. Bevorzugt ist hierbei zwischen dem Verschlusselement und dem Achsrohr eine fluiddichte, vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist dabei das Verschlusselement unmittelbar am Achsrohr stoffschlüssig festgelegt. Zur Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung hat sich insbesondere das Reibschweißen bewährt. Alternativ hierzu kann das Verschlusselement aber auch mittels eines Schutzgasschweißverfahrens am Achsrohr festgeschweißt sein. Zusätzlich zur Schweißverbindung zwischen Verschlusselement und Achsrohr kann zur Abdichtung des Fluidraumes eine Dichtmasse in einem Überlappungsbereich zwischen dem Verschlusselement und dem Achsrohr eingebracht sein.
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Besonders bevorzugt sind zwei Verschlusselemente vorgesehen, wobei an jedem der beiden distalen Enden des Achsrohres je ein Verschlusselement festlegbar ist. Eine besonders günstige Herstellung des Achsrohres ist dann möglich, wenn dieses als einfaches hohlzylinderförmiges Rohr ausgebildet ist. An den beiden distalen Enden dieses offenen Rohres wird erfindungsgemäß je ein Verschlusselement festgelegt, so dass zwischen den Verschlusselementen und vom Achsrohr umschlossen der Fluidraum gebildet ist. Diese Konfiguration der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet, um als starre Achse eines Nutzfahrzeuganhängers verwendet zu werden. Dabei ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, dass durch die Verwendung des Achssystems im Nutzfahrzeuganhänger das entsprechende Hydraulikfluid, welches beispielsweise durch ein Zusatzantriebssystem am Anhänger benötigt wird, in unmittelbarer Nähe zu den entsprechenden hydraulischen Systemen angeordnet bzw. bevorratet werden kann. Insbesondere wird dabei am Achssystem, bei welchem zumindest eines der Verschlusselemente als Achsstummel ausgebildet ist und einen hydrostatischen Zusatzantrieb lagert, das entsprechende Hydraulikreservoir, welches sich im Fluidraum innerhalb des Achsrohres befindet, besonders nah an dem Zusatzantrieb angeordnet. Hierdurch kann insbesondere die benötigte Länge der Hydraulikleitungen des Hydrauliksystems deutlich verringert werden, insbesondere für den Fall, dass auch eine Hydraulikpumpe, welche zum Betrieb des Zusatzmotors vorgesehen ist, in unmittelbarer Nähe zum Achssystem angeordnet ist.
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Weiterhin bevorzugt weist das Verschlusselement einen Druckraum auf, in welchem ein Rückstellmittel angeordnet ist, wobei über ein Trennelement der Druckraum vom Fluidraum getrennt ist. Besonders bevorzugt ist am Verschlusselement oder in unmittelbarer Nähe oder in Nachbarschaft zum Verschlusselement ein Druckraum ausgebildet, welcher durch das im Fluidraum befindliche Hydraulikfluid bedrückt werden kann und einen entsprechenden Gegendruck im Hydraulikfluid erzeugt. Hierfür weist der Druckraum ein Rückstellmittel auf, welches eine vorzugsweise elastische Rückstellkraft auf ein Trennelement ausübt, welches wiederum den Druckraum vom Fluidraum trennt. Die Einrichtung eines Druckraumes innerhalb des Achsrohres bietet den Vorteil, dass insbesondere überschüssige hydraulische Energie, also hydraulischer Druck, im Achssystem gespeichert werden kann und für nachfolgende Anwendungen bereitsteht. Hierdurch kann der Energiebedarf einer Hydraulikpumpe, welche sonst den vollständigen Druck aufbringen müsste, gesenkt werden. Eine solche Energierekuperation oder Energierückgewinnung kann beispielsweise dann vorgenommen werden, wenn ein Kipplaster die angekippte Ladefläche absenkt, wobei die Gewichtskraft der Ladefläche einen Druck in das Hydrauliksystem abgibt, welcher durch eine Kompression des Druckraumes im Achssystem gespeichert werden kann. Dieser gespeicherte Druck sowohl im Druckraum als auch im Fluidraum kann dabei für das nachfolgende Anheben der kippbaren Ladefläche wiederverwendet werden, wobei lediglich die Energieverluste und das zusätzliche Gewicht, welches auf der Ladefläche angeordnet ist, durch die Pumpe kompensiert werden muss.
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Besonders bevorzugt übt das Rückstellmittel dabei eine Vorspannkraft auf das Trennelement aus und bedrückt den Fluidraum. Mit Vorteil wird das Rückstellmittel derart vom Druck im Fluidraum vorgespannt, dass es eine möglichst hohe Kraft auf das Trennelement ausübt und über dieses den Fluidraum bedrückt.
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Besonders bevorzugt ist das Rückstellmittel als Federelement ausgebildet, wobei das Trennelement ein Kolben ist, welcher innerhalb des Achsrohres verlagerbar angeordnet ist und an der Innenwand des Achsrohres im Wesentlichen fluiddicht geleitet. Diese bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch ihre Robustheit und Langlebigkeit aus. So kann die Verbindung aus einem Kolben und einem als insbesondere bevorzugt Spiralfeder ausgebildeten Federelement, eine nahezu unbegrenzte Anzahl an Lastwechseln, das heißt bedrücken oder expandieren, ausführen. Als im Wesentlichen fluiddichtes Gleiten wird auch angesehen, dass an der Innenwand des Achsrohres ein Fluidfilm haftet, welcher eine vernachlässigbare Undichtigkeit bedingt. Mit Vorteil ist durch die Wahl der Stärke und Länge des Federelements eine entsprechende Druckcharakteristik bei Bedrücken und Entlasten des Fluidraumes und somit des Druckraumes möglich. Das als Federelement ausgebildete Rückstellmittel stützt sich dabei besonders bevorzugt an einer Wand des Verschlusselements ab.
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Alternativ bevorzugt ist das Trennelement als verformbare Membran ausgebildet, wobei das Rückstellmittel ein kompressibles Fluid ist. Diese einfach herzustellende und besonders leichte bevorzugte Ausführungsform des Achssystemes verwendet dabei als Rückstellmittel ein kompressibles Fluid, insbesondere bevorzugt Luft. Als verformbare Membran kommt dabei insbesondere ein elastisch verformbares, beispielsweise gummiartiges, Material zum Einsatz. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass durch Vorsehen eines zusätzlichen Anschlusses an den Druckraum, das kompressible Fluid in den Druckraum eingeführt und aus diesem entfernt werden kann, so dass die Druckcharakteristik bzw. der Druckverlauf im Fluidraum aktiv geändert werden kann. Insbesondere könnte dabei der Druckraum an das pneumatische System des Nutzfahrzeuges angeschlossen sein, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, Luft in den Druckraum einzuführen und so den Druck im Hydrauliksystem zu erhöhen. Gleichzeitig kann über ein Herausströmen des kompressiblen Fluids der Fluidraum entlastet werden.
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Alternativ bevorzugt ist beabstandet vom Verschlusselement ein Druckraum vorgesehen, in welchem ein Rückstellmittel angeordnet ist, wobei ein Trennelement den Druckraum vom Fluidraum trennt. Neben der Anordnung des Druckraumes in unmittelbarer Nähe zum Verschlusselement kann der Druckraum auch beispielsweise mittig im Achsrohr angeordnet sein. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Druckraum dabei den Fluidraum in zwei Teilfluidräume trennen, wobei in jedem der Fluidräume ein Zu- oder ein Abfluss vorgesehen ist. Auf diese Weise können zwei separat voneinander betriebene Fluidreservoirs, welche vom Druckraum aber jeweils mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden, bereitgestellt werden.
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Besonders bevorzugt ist dieser vom Verschlusselement beabstandete Druckraum mit einem Trennelement ausgestattet, welches als Membran ausgebildet ist, wobei das Rückstellmittel ein Gas ist, welches durch eine Öffnung im Achsrohr in den Druckraum eingeführt und aus diesem abgelassen werden kann. Wie bereits zuvor beschrieben, bietet sich das Einführen und Herausführen von Gas aus dem und in den Druckraum an, um den entsprechenden Druck auf das Hydraulikfluid anzupassen bzw. aktiv zu steuern. Insbesondere bevorzugt ist das Trennelement dabei als Membran ausgebildet, welche im Wesentlichen sackförmig oder blasenförmig ausgebildet ist, wobei eine Öffnung der Membran im Mantelbereich des Achsrohres vorgesehen ist. Alternativ hierzu kann der Druckraum auch kugelförmig und ohne Verbindungen zum Ein- und Ausführen von Gas in den Druckraum ausgebildet sein, wobei das Trennelement vorzugsweise eine vollständig geschlossene und besonders bevorzugt kugelförmige Membran ist.
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Weiterhin bevorzugt ist der Fluidraum über ein Leitungselement mit einer Hydraulikpumpe verbunden, wobei das Leitungselement am Abfluss angeschlossen ist. Insbesondere für seinen Einsatz als Fluidreservoir in einem offenen Hydraulikkreis ist der Fluidraum vorzugsweise über ein Leitungselement fluidleitend mit einer Hydraulikpumpe verbunden. Das entsprechende Leitungselement ist dabei am Abfluss angeschlossen.
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Weiterhin bevorzugt ist am Verschlusselement vorzugsweise ein hydrostatischer Antrieb festlegbar, wobei das Verschlusselement Kanäle zur Zuleitung und Ableitung von Hydraulikfluid zum hydrostatischen Antrieb aufweist, wobei ein Kanal in den Fluidraum mündet. Insbesondere für den bevorzugten Fall, dass ein Zusatzmotor, welcher hydraulisch betrieben ist, am Verschlusselement, welches wiederum vorzugsweise als Achsstummel ausgebildet ist, festgelegt ist, kann dieser über Kanäle im Verschlusselement mit Hydraulikfluid versorgt werden. Dabei ist es besonders bevorzugt und spart insbesondere zusätzliche externe Leitungen ein, wenn ein Kanal unmittelbar in den Fluidraum mündet. Hierdurch kann vom hydrostatischen Antrieb "verbrauchtes" Hydraulikfluid zurück in das Fluidreservoir innerhalb des Achsrohres geleitet werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei der Abfluss am Achsrohr angeordnet und der Zufluss am Verschlusselement angeordnet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Einzelne, nur in einer der Figuren gezeigte Merkmale, können dabei auch bei Ausführungsformen anderer Figuren Anwendung finden, sofern die nicht explizit ausgeschlossen wurde oder sich aufgrund technischer Besonderheiten verbietet.
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Es zeigen:
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1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achssystems,
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2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achssystems, und
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3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achssystems.
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Die in 1 gezeigte Ausführungsform eines Achssystems weist ein Achsrohr 2 auf, welches an seinen beiden distalen Enden in Längsrichtung von je einem Verschlusselement 3 verschlossen ist. Das Achsrohr 2 und die Verschlusselemente 3 umschließen einen Fluidraum 4 zur Bevorratung von Hydraulikfluid. Weiterhin sind die Verschlusselemente 3 vorzugsweise am Achsrohr 2 angeschweißt, wie durch die Schweißnähte angedeutet. Im Überlappungsbereich zwischen dem Achsrohr 2 und dem jeweiligen Verschlusselement 3 ist vorzugsweise zumindest eine Fluiddichtung vorgesehen, wobei diese einen ausreichenden Abstand zur zwischen dem Achsrohr 2 und dem jeweiligen Verschlusselement 3 gebildeten Schweißnaht aufweist, um nicht der thermische hohen Beanspruchung durch den Schweißvorgang ausgesetzt zu sein. Das Achsrohr 2 weist weiterhin einen Abfluss 5 und einen Zufluss 6 auf, wobei der Abfluss 5 über ein Leitungselement 8 mit einer Hydraulikpumpe 9 verbunden ist, wobei die Hydraulikpumpe 9 Hydraulikfluid aus dem Fluidraum 4 saugt. Der Zufluss 6, über welchen das Hydraulikfluid zurück in den Fluidraum 4 geleitet wird, ist nur schematisch dargestellt.
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2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Achssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, welche im Wesentlichen auf der in 1 offenbarten Ausführungsform basiert. Zusätzlich ist hier ein Druckraum 7, innerhalb des Achsrohres 2 angeordnet, welcher den Fluidraum 4 verkleinert und insbesondere zur Bedrückung des Fluidraumes 4 dient ausgelegt ist. Vorzugsweise weist der Druckraum ein Trennelement 74 auf welches den Druckraum 7 vom Fluidraum 4 fluiddicht trennt und von einem Rückstellmittel 72 mit einer Vorspannkraft beaufschlagt wird. Das Rückstellmittel 72 ist vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildet und beaufschlagt das als Kolben ausgebildete Trennelement 74 mit einer Druckkraft in Richtung des Fluidraumes 4. Der Vorteil einer Ausbildung des Druckraumes 7 mit Kolben und Spiralfeder ist die besonders robuste Bauform und die Möglichkeit hohe Druckkräfte auf den Fluidraum zu übertragen. Der an der Innenwand des Achsrohres 2 haftende Fluidfilm dient dabei bevorzugt der Schmierung der Gleitfläche des Trennelements 74.
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3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Achssystems. Dabei ist anstelle des Druckraumes 7 von 2 ein Druckraum 7 gezeigt, welcher als Trennelement 74 eine Membran und als Rückstellmittel 72 ein kompressibles Medium wie vorzugsweise ein Gas, insbesondere bevorzugt Luft, verwendet. Dieser Druckraum 7 könnte auch an der in 2 gezeigten Position eines Druckraums 7 angeordnet sein. 3 zeigt dabei eine bevorzugte Ausführungsform, bei welcher der Druckraum 7 sackartig ausgebildet und beabstandet von den distalen Enden des Achsrohres 2 ist. Dabei ist es möglich, über einen Einlass am Druckraum 7 die Gasmenge und somit die Menge an Rückstellmittel 72 zu ändern und auf diese Weise den Druck anzupassen, mit welchem der Druckraum 7 auf den Fluidraum 4 wirkt. Weiterhin ist das Verschlusselement 3 vorzugsweise als Achsstummel ausgebildet, an welchem ein hydrostatischer Antrieb 10 festgelegt ist. Besonders vorteilhaft kann dabei der Antrieb 10 über durch das Verschlusselement 3 hindurch laufende Kanäle 32 mit Hydraulikfluid versorgt werden. Einer der Kanäle 32 verläuft dabei mit Vorteil direkt vom Antrieb 10 bis in den Fluidraum 4, sodass zum einen ein kurzer Leitungsweg vorhanden ist und zum anderen ein zusätzliches Leitungselement vollständig entfallen kann. Hierdurch kann die Gesamtmenge an benötigtem Hydraulikfluid verringert werden und das Gewicht des Achssystems insgesamt verringert werden. Außerdem ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Achssystems.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Achsrohr
- 3
- Verschlusselement
- 4
- Fluidraum
- 5
- Abfluss
- 6
- Zufluss
- 7
- Druckraum
- 8
- Leitungselement
- 9
- Hydraulikpumpe
- 10
- Hydrostatischer Antrieb
- 32
- Kanal
- 72
- Rückstellmittel
- 74
- Trennelement
