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Die Erfindung betrifft ein Portalgetriebe für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise eine Pflanzenschutzspritze.
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Herkömmliche landwirtschaftliche Fahrzeuge sind normalerweise mit einfachen und robusten Starrachsen ausgestattet. Die Vorderachsen verfügen zur Verbesserung der Geländegängigkeit meist über ein Pendelgelenk. Die Hinterachsen müssen häufig auf jedwede Federung aus Gründen der Traktionsoptimierung verzichten. Für manche Einzelfälle ist es jedoch sinnvoll, die Fahrwerke mit Federungssystemen auszustatten, auch aus Gründen der Bodenschonung. So sind Einzelradaufhängungen für landwirtschaftliche Fahrzeug aus dem Stand der Technik bekannt. Diese bieten gegenüber Starrachsen den Vorteil, dass keine gegenseitige Beeinflussung der Federung auf beiden Seiten des Fahrzeugs erfolgt.
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Ein Beispiel für eine Einzelradaufhängung für ein landwirtschaftliches Zug-, Transport- oder Spezialfahrzeug ist in der
EP 2 965 928 A1 offenbart. Die Einzelradaufhängung umfasst eine Lenksäule, die über eine Gabelbrücke mit einer in ungefähr vertikale Richtung beweglichen Linearführung zusammenwirkt, wobei die Gabelbrücke eine um eine ungefähr vertikal verlaufende Drehachse schwenkbare Lenkverbindung zu einem Fahrzeugrahmen herstellt. Weiter ist die Linearführung mit einem fluidischen Dämpfungselement gekoppelt, das einen tragenden Bestandteil der Gabelbrücke bildet. Das Dämpfungselement umfasst einen Dämpfungszylinder, der als Lenksäule ausgebildet ist. Weiter weist das Dämpfungselement ein oder mehrere Druckreservoirs mit Anschlüssen auf, wobei die Druckreservoirs über Leitungssysteme fluidisch mit dem Dämpfungszylinder verbunden sind. Der Antrieb des Rads erfolgt über einen hydraulischen Radnabenmotor.
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Zur Erhöhung der Bodenfreiheit ist es ferner bekannt, Portalachsen einzusetzen. Landwirtschaftliche Fahrzeuge mit Portalachsen und Portalgetrieben sind bspw. in der
EP 3 061 640 A1 und der
EP 3 061 332 A1 offenbart.
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Portalgetriebe können je nach Aufbau einen erheblichen Platzbedarf aufweisen. Dies kann sich auf die Anordnung einer Radnabe, einer Bremsscheibe und einer antreibend mit dem Portalgetriebe verbunden Antriebswelle negativ auswirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Portalgetriebe vorzusehen, das insbesondere eine bauraumgünstige Anordnung der Radnabe, der Bremsscheibe und/oder der Antriebswelle ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Portalgetriebe gemäß dem unabhängigen Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Das Portalgetriebe ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine mobile Landmaschine, vorzugsweise eine Pflanzenschutzspritze, zum Antrieb eines Rads vorgesehen. Das Portalgetriebe weist eine eingangsseitige Stirnradstufe und eine ausgangsseitige Stirnradstufe, die mit der eingangsseitigen Stirnradstufe trieblich verbunden ist, auf. Die eingangsseitige Stirnradstufe ist versetzt zu der ausgangsseitigen Stirnradstufe auf einer dem Rad zugewandten Seite bezüglich der ausgangsseitigen Stirnradstufe angeordnet.
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Mit anderen Worten gesagt, kann die eingangsseitige Stirnradstufe insbesondere versetzt zu der ausgangsseitigen Stirnradstufe auf einer der Fahrzeugaußenseite oder der Radnabe zugewandten Seite bezüglich der ausgangsseitige Stirnradstufe angeordnet sein.
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Dies ermöglicht beispielsweise einen großen Einschlagwinkel für eine als Gelenkwelle ausgebildete Antriebswelle, die das Portalgetriebe antreibt, und den Aufbau eines schlanken Gehäuses für das Portalgetriebe.
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Insbesondere kann das Portalgetriebe für eine Portalachse und/oder zur Erhöhung der Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Portalgetriebe eine Eingangswelle zum trieblichen Verbinden einer Antriebswelle mit der eingangsseitigen Stirnradstufe auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Portalgetriebe eine Zwischenwelle auf, die die eingangsseitige Stirnradstufe und die ausgangsseitige Stirnradstufe trieblich miteinander verbindet. Alternativ oder zusätzlich weist das Portalgetriebe eine Ausgangswelle auf, die die ausgangsseitige Stirnradstufe trieblich mit einer Radnabe zur Befestigung des Rads verbindet.
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Insbesondere kann eine Antriebswelle antreibend mit dem Portalgetriebe verbunden werden. Vorzugsweise kann die Antriebswelle als eine Gelenkwelle, insbesondere eine Gleichlaufwelle, ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist die Antriebswelle gelenkig mit einem Antriebselement des Portalgetriebes verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Antriebswelle gelenkig mit einem Abtriebselement eines Differentialgetriebes, insbesondere eines Querdifferentials, verbindbar. Die Ausführung als eine Gelenkwelle bietet den Vorteil, dass ein Winkelversatz zwischen dem antreibenden Element und dem angetriebenen Element ausgeglichen werden kann. Die Gleichlaufwelle bietet den Vorteil, dass keine Ungleichförmigkeit bei der Übertragung der Drehbewegung erzeugt wird, selbst wenn am Gelenk der Gelenkwelle Biegewinkel auftreten.
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In einer Ausführungsform ist, in einer Richtung senkrecht zu einer Längsachse der Zwischenwelle betrachtet, die Eingangswelle zumindest teilweise überlappend mit der ausgangsseitigen Stirnradstufe angeordnet.
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Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff (zumindest teilweise) „überlappend“ bezüglich zweier Bauteile relativ zueinander, dass das eine Bauteil das andere Bauteil in der angegebenen Blickrichtung (zumindest teilweise) verdeckt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist, in einer Richtung senkrecht zu einer Längsachse der Zwischenwelle betrachtet, ein mit der Eingangswelle insbesondere drehfest verbundenes Eingangselement zum, vorzugsweise gelenkigen, Anbringen der Antriebswelle zumindest teilweise überlappend mit der ausgangsseitigen Stirnradstufe und/oder der Ausgangswelle angeordnet.
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In einer Ausführungsvariante ist, in einer Richtung senkrecht zu einer Längsachse der Ausgangswelle betrachtet, die eingangsseitige Stirnradstufe zumindest teilweise überlappend mit der Ausgangswelle angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsvariante ist ein Abtriebszahnrad der eingangsseitigen Stirnradstufe zwischen der ausgangsseitigen Stirnradstufe einerseits und einer Bremsscheibe, einem Bremstopf, einer Radnabe und/oder dem Rad andererseits angeordnet.
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In einem Ausführungsbeispiel weisen die eingangsseitige Stirnradstufe und die ausgangsseitige Stirnradstufe eine gemeinsame Übersetzung größer oder gleich 5, 6 oder 7 auf.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Portalgetriebe ferner ein Gehäuse auf, in dem die eingangsseitige Stirnradstufe und die ausgangsseitige Stirnradstufe aufgenommen sind. Das Gehäuse kann vorzugsweise einen sich in einer Richtung zu einer Radnabe zur Befestigung des Rads verjüngenden Bereich aufweisen. Der sich verjüngende Bereich kann eine platzsparende Anordnung einer Bremsscheibe und/oder eines Bremstopfes, die den sich verjüngenden Bereich in einer Umfangsrichtung um die Ausgangswelle umgeben können, ermöglichen.
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Insbesondere kann das Gehäuse zusätzlich die Eingangswelle, die Zwischenwelle und/oder die Ausgangswelle aufnehmen. Vorzugsweise sind die Eingangswelle, die Zwischenwelle und/oder die Ausgangswelle drehbar in dem Gehäuse über entsprechende Lager gelagert.
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In einer Weiterbildung erstreckt sich der sich verjüngende Bereich ausgehend von einer Radnabenseite eines Abtriebszahnrads der eingangsseitigen Stirnradstufe und/oder einer Radnabenseite des Abtriebszahnrads der ausgangsseitigen Stirnradstufe in Richtung zu der Radnabe.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umgibt der sich verjüngende Bereich die Ausgangswelle in einer Umfangsrichtung um die Ausgangswelle.
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In einer weiteren Ausführungsform sind ferner eine Bremsscheibe, die die Ausgangswelle in einer Umfangsrichtung um die Ausgangswelle umgibt, und/oder ein Bremstopf vorgesehen. Vorzugsweise kann der Bremstopf eine Bremsscheibe und die Radnabe miteinander verbinden, wobei der Bremstopf die Ausgangswelle in einer Umfangsrichtung um die Ausgangswelle umgibt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der sich verjüngende Bereich von der Bremsscheibe und/oder dem Bremstopf in einer Umfangsrichtung um die Ausgangswelle umgeben. Diese platzsparende Anordnung kann erst durch die Abmessungsverkleinerung des sich verjüngen Bereichs in Richtung zu der Radnabe ermöglicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante erweitert sich ein Durchmesser des Bremstopfes in einer Richtung zu der ausgangsseitigen Stirnradstufe. Damit kann eine Querschnittsveränderung des Bremstopfes an den sich verjüngenden Bereich angepasst werden, wodurch eine besonders platzsparende Anordnung ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist an dem Gehäuse ein erstes Gelenk, insbesondere ein Kugelgelenk, zur Montage eines ersten Querlenkers, ein zweites Gelenk, insbesondere ein Kugelgelenk, zur Montage eines zweiten Querlenkers und/oder ein drittes Gelenk, insbesondere ein Kugelgelenk, zur Montage einer Spurstange befestigt. Damit kann das Gehäuse als lenkbarer Achsschenkel verwendet werden. Das Kugelgelenk ermöglicht sowohl Schwenkbewegungen zum Lenken des Rads als auch Kippbewegungen zur Stoßdämpfung oder Höhenniveauanpassung.
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Insbesondere kann das erste Gelenk eine Schwenkbewegung zwischen dem ersten Querlenker und dem Gehäuse des Portalgetriebes zum Lenken des Rads ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Gelenk eine Schwenkbewegung zwischen dem zweiten Querlenker und dem Gehäuse des Portalgetriebes zum Lenken des Rads ermöglicht.
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Vorzugsweise kann das erste Gelenk zusätzlich eine Kippbewegung zwischen dem ersten Querlenker und dem Gehäuse des Portalgetriebes ermöglichen. Eine Kippachse der Kippbewegung kann schräg, insbesondere senkrecht, zu einer Schwenkachse der Schwenkbewegung zwischen dem ersten Querlenker und dem Gehäuse des Portalgetriebes verlaufen. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Gelenk zusätzlich eine Kippbewegung zwischen dem zweiten Querlenker und dem Gehäuse des Portalgetriebes ermöglichen. Eine Kippachse der Kippbewegung kann schräg, insbesondere senkrecht, zu einer Schwenkachse der Schwenkbewegung zwischen dem zweiten Querlenker und dem Gehäuse des Portalgetriebes verlaufen.
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Insbesondere kann das erste Gelenk und/oder das zweite Gelenk gleichzeitig eine Lenkbewegung des Rads und eine Federbewegung der Einzelradaufhängung ermöglichen. Damit können beide Bewegungen über das erste Gelenk und/oder das zweite Gelenk abgedeckt werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante definieren das erste Gelenk und das zweite Gelenk eine Lenkachse einer Achsschenkellenkung der Einzelradaufhängung.
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Vorzugsweise kann der erste Querlenker ein oberer Querlenker sein und der zweite Querlenker ein unterer Querlenker sein. Der erste Querlenker kann insbesondere über dem zweiten Querlenker angeordnet sein.
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Die hierin verwendeten Begriffe „oberer“ und „unterer“ beziehen sich auf eine Einbaulage der jeweiligen Komponente im Kraftfahrzeug.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Querlenker und/oder der zweite Querlenker als Dreieckslenker ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich bilden der erste Querlenker und der zweite Querlenker gemeinsam einen Doppelquerlenker, insbesondere einen Doppeldreieckslenker. Alternativ oder zusätzlich ist der erste Querlenker und/oder der zweite Querlenker in einer, insbesondere asymmetrischen, Bogenform ausgebildet. Die Dreieckslenker bieten eine ausreichende Steifigkeit gegen Längskräfte und ermöglichen zudem eine bauraumgünstige Anordnung von weiteren Komponenten der Einzelradaufhängung zwischen den Schenkeln des Dreieckslenkers.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das erste Gelenk an einem ersten Vorsprungbereich des Gehäuses montiert, das zweite Gelenk ist an einem zweiten Vorsprungbereich des Gehäuses montiert ist und/oder das dritte Gelenk ist an einer in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung gewandten Seitenfläche des Gehäuses montiert. Somit kann ein platzsparendes Gehäuse mit einem kompakten Hauptkörperbereich für die Stirnradstufen und den Vorsprungbereichen zur Montage der Gelenke vorgesehen werden.
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Insbesondere kann sich der erste Vorsprungbereich von einem Hauptkörperbereich des Gehäuses des Portalgetriebes in einer Richtung zu einem ersten Querlenker erstrecken. Das Vorsehen eines Vorsprungbereichs für das erste Gelenk ermöglicht einen großen Einschlagwinkel zum Lenken des Rads, der nicht von dem Hauptkörperbereich begrenzt wird.
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Vorzugsweise kann der erste Vorsprungbereich eine Stützfläche, auf der das erste Gelenk montiert ist, und/oder einen Halsbereich, der die Stützfläche mit dem Hauptkörperbereich verbindet, aufweisen. Bevorzugt kann der Halsbereich in einer Horizontalebene einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, der in Richtung zu der Antriebswelle offen ist.
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Insbesondere kann sich der zweite Vorsprungbereich von einem Hauptkörperbereich des Gehäuses des Portalgetriebes in einer Richtung zu einem zweiten Querlenker erstrecken.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine mobile Landmaschine, vorzugsweise eine Pflanzenschutzspritze, mit einem Portalgetriebe wie hierin offenbart. Das Portalgetriebe kann beispielsweise in eine Einzelradaufhängung und/oder eine Portalachse des Kraftfahrzeugs integriert sein.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer Pflanzenschutzspritze;
- 2 eine perspektivische Vorderansicht einer lenkbaren Einzelradaufhängung mit mechanischem Antrieb;
- 3 eine perspektivische Rückansicht der lenkbaren Einzelradaufhängung mit mechanischem Antrieb;
- 4 eine Draufsicht auf die lenkbare Einzelradaufhängung mit mechanischem Antrieb;
- 5 eine perspektivische Vorderansicht einer Lenkvorrichtung mit teilweiser Darstellung der Einzelradaufhängung;
- 6 eine perspektivische Rückansicht der Lenkvorrichtung mit teilweiser Darstellung der Einzelradaufhängung;
- 7 eine perspektivische Vorderansicht der Lenkvorrichtung; und
- 8 eine Schnittansicht durch ein Portalgetriebe der lenkbaren Einzelradaufhängung.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die 1 zeigt ein als mobile Landmaschine ausgebildetes Kraftfahrzeug 10, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden kann. Im Einzelnen ist im dargestellten Beispiel das Kraftfahrzeug 10 als eine Pflanzenschutzspritze ausgebildet, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft verwendet werden kann. Fachleute werden indes erkennen, dass auch andere mobile Landmaschinen oder Kraftfahrzeuge die erfindungsgemäße Vorrichtung verwenden können.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist eine Vorderachse 12 und eine Hinterachse 14 auf. Die Vorderachse 12 trägt zwei Räder 16 und die Hinterachse 14 trägt zwei Räder 16, von denen in der Seitenansicht von 1 jeweils nur eines sichtbar ist. Die Räder 16 sind jeweils auf eine Radnabe 18 montiert. Die Vorderachse 12 und die Hinterachse 14 können über ein Längsverteilergetriebe (nicht dargestellt) zueinander sperrbar sein. Die Vorderachse 12 und die Hinterachse 14 können als Portalachsen zur Erhöhung der Bodenfreiheit ausgebildet sein.
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Die hierin offenbarte Einzelradaufhängung, die hierin offenbarte Lenkvorrichtung und/oder das hierin offenbarte Portalgetriebe kann beispielsweise in der Vorderachse 12 des Kraftfahrzeugs 10 integriert sein.
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Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ist nachfolgend eine beispielhafte lenkbare Einzelradaufhängung 20 beschrieben. Die Einzelradaufhängung 20 weist einen mechanischen Antriebsstrang 22, einen ersten Querlenker 24 und einen zweiten Querlenker 26 auf. Zudem weist die Einzelradaufhängung 20 eine Dämpfungs- und Höhenniveauanpasseinrichtung 28 und die Radnabe 18 auf.
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Die Radnabe 18 wird von dem mechanischen Antriebsstrang 22 angetrieben. Der mechanische Antriebsstrang 22 weist ein Querdifferential 30, eine Antriebswelle 32 und ein Portalgetriebe 34 auf. Die Radnabe 18 und das Portalgetriebe 34 bilden einen Achsschenkel einer Achsschenkellenkung der Einzelradaufhängung 20, die die sogenannte Ackermanngeometrie nutzt.
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Das Querdifferential 30 verteilt die von einem Motor zur Verfügung gestellte Antriebskraft auf das linke und rechte Rad einer Achse (zum Beispiel die Vorderachse 12, siehe 1). Der Motor kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor, zum Beispiel ein Dieselverbrennungsmotor, ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor sein. Der Motor kann insbesondere als zentrale Antriebseinheit für alle angetriebenen Räder 16 (siehe 1) vorgesehen sein. Das Querdifferential 30 treibt die Antriebswelle 32 an, die wiederum über das Portalgetriebe 34 die Radnabe 18 antreibt. Die Antriebswelle 32 ist als eine Gelenkwelle, insbesondere eine Gleichlaufwelle, ausgebildet. Im Einzelnen ist die Antriebswelle 32 gelenkig mit einem Ausgangselement des Querdifferentials 30 und gelenkig mit einem Eingangselement des Portalgetriebes 34 verbunden. Das Portalgetriebe 34 weist ein Gehäuse 36 auf. Ein beispielhafter Aufbau des Portalgetriebes 34 wird hierin später unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben.
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Der mechanische Antriebsstrang 22 stellt einen robusten mechanischen Achsantrieb zur Verfügung. Bei Verwendung eines Längsverteilergetriebes können die Vorderachse 12 und die Hinterachse 14 zueinander sperrbar ausgeführt sein (siehe 1). Damit kann sichergestellt werden, dass die Antriebskraft auf die Vorderachse 12 und die Hinterachse 14 aufgeteilt wird, beispielsweise im Verhältnis 50 %: 50 % (mechanische Sperre). Bei Verwendung von einer oder mehreren hydraulischen Antriebseinheiten wäre dies nur sehr aufwendig möglich. Eine Übertragung der vollen Motorleistung wäre nur durch Verwendung von großen Motoren möglich. Mechanische Achsantriebe bieten zudem einen guten Wirkungsgrad.
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Der erste Querlenker 24 und der zweite Querlenker 26 sind als Dreieckslenker ausgeführt und bilden somit einen Doppeldreieckslenker.
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Der erste Querlenker 24 weist eine Bogenform auf. Die Bogenform ist asymmetrisch, d.h. beide Schenkel des Bogens sind nicht spiegelsymmetrisch ausgebildet (siehe 4). Der erste (obere) Querlenker 24 ist über ein Gelenk 38 (Kugelgelenk) gelenkig mit dem Gehäuse 36 des Portalgetriebes 34 verbunden. Das Gelenk 38 ist an einem ersten, oberen Vorsprungbereich 40 des Gehäuses 36 montiert.
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Der erste Vorsprungbereich 40 erstreckt sich von einem Hauptkörperbereich 42 des Gehäuses 36 in Richtung zu dem ersten Querlenker 24. Der erste Vorsprungbereich 40 bildet einen oberen Bereich des Gehäuses 36. Im Hauptkörperbereich 42 sind die Zahnräder des Portalgetriebes 34 aufgenommen. Der erste Vorsprungbereich 40 weist eine Stützfläche 40A auf, auf dem das Gelenk 38 montiert ist. Der erste Vorsprungbereich 40 weist einen Halsbereich 40B auf, der die Stützfläche 40A mit dem Hauptkörperbereich 42 verbindet. Der Halsbereich 40B weist in einer Horizontalebene einen U-förmigen Querschnitt auf, der in Richtung zu der Antriebswelle 32 offen ist.
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Der erste Querlenker 24 ist über zwei weitere Gelenke 44 mit einem Rahmenbauteil (nicht dargestellt) verbunden. Die weiteren Gelenke 44 können beispielsweise als Radialkugelgelenke ausgebildet sein, die über Durchgangsbohrungen in hervorstehenden Bolzen an dem Rahmenbauteil anbringbar sind.
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Der zweite Querlenker 26 weist eine Bogenform mit einem erweiterten Spitzenbereich auf. Die Bogenform ist asymmetrisch, d.h. beide Schenkel des Bogens sind nicht spiegelsymmetrisch ausgebildet (siehe 4). Der zweite (untere) Querlenker 26 ist über ein Gelenk 46 (Kugelgelenk) gelenkig mit einem zweiten Vorsprungbereich 48 des Gehäuses 36 verbunden. Der zweite Vorsprungbereich 48 erstreckt sich von dem Hauptkörperbereich 42 in Richtung zu einer Fahrzeugmittellängsachse. Der zweite Querlenker 26 ist über zwei weitere Gelenke 50 mit einem Rahmenbauteil (nicht dargestellt) verbunden. Die Gelenke 50 können beispielsweise wie die Gelenke 44 aufgebaut sein.
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Die Gelenke 38, 46 ermöglichen eine Schwenkbewegung zwischen dem jeweiligen Querlenker 24, 26 und dem Gehäuse 36 des Portalgetriebes 34 zum Lenken des Rads. Insbesondere kann das Rad um eine von den Gelenken 38, 46 definierte Lenkachse einer Achsschenkellenkung der Einzelradaufhängung 20 gelenkt werden.
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Zusätzlich ermöglichen die Gelenke 38, 46 eine Kippbewegung zwischen dem jeweiligen Querlenker 24, 26 und dem Gehäuse 36. Die Kippachse verläuft senkrecht zur Schwenkachse. Somit werden von den Gelenken 38 und 46 auch Federbewegungen des Gehäuses 36 abgedeckt.
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Die Antriebswelle 32 ist zwischen dem ersten Querlenker 24 und dem zweiten Querlenker 26 bezüglich einer Vertikalachse angeordnet. Insbesondere ist ein Ausgangselement der Antriebswelle 32 zwischen dem ersten Vorsprungbereich 40 und dem zweiten Vorsprungbereich 48 angeordnet. Der Anschluss an das Portalgetriebe 34 erfolgt im U-förmigen Halsbereich 40B des Gehäuses 36. Dies ermöglicht eine bauraumgünstige Anordnung der Komponenten der Einzelradaufhängung 20.
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Die integrierte Dämpfungs- und Höhenniveauanpasseinrichtung 28 ist beispielsweise als ein hydropneumatischer Zylinder ausgebildet. Die Einrichtung 28 ist über ein Gelenk 52 (siehe bspw. 3), zum Beispiel ein Kugelgelenk, an dem zweiten Querlenker 26 angebracht. Im Einzelnen ist die Einrichtung 28 an einer in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung gewandten Seitenfläche des Querlenkers 26 gelenkig angebracht. In anderen Ausführungsformen kann beispielsweise lediglich eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein und/oder eine Dämpfungseinrichtung getrennt von einer Höhenniveauanpasseinrichtung vorgesehen sein. An einem dem Gelenk 52 entgegengesetzten Ende der Einrichtung 28 kann die Einrichtung 28 gelenkig an einem Rahmenbauteil (nicht dargestellt) angebracht sein.
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Die Einrichtung 28 ist so angeordnet, dass sie sich zwischen einem ersten Schenkel 24A und einen zweiten Schenkel 24B des ersten Querlenkers 24 erstreckt. Die beiden Schenkel 24A, 24B sind an einem Ende miteinander verbunden, an einem gegenüberliegenden Ende des jeweiligen Schenkels 24A, 24B voneinander beabstandet und bilden somit die Bogenform des ersten Querlenkers 24.
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An einer in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung gewandten Seite des Hauptkörperbereichs 42 des Gehäuses 36 ist ein Gelenk 54 montiert. An dem Gelenk 54 kann eine Spurstange (nicht dargestellt in den 2 und 3) montiert werden. Die Spurstange ermöglicht eine Achsschenkellenkung um die von den Gelenken 38, 46 definierte Lenkachse. Das Gelenk 54 kann an einer in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung gewandten Seitenfläche des Hauptkörperbereichs 42 montiert sein.
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Unter Bezugnahme auf die 4, 5 und 6 ist nachfolgend eine Lenkvorrichtung 56 der Einzelradaufhängung 20 beschrieben.
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Die Lenkvorrichtung 56 weist einen Lenkzylinder 58, ein erstes Zwischenglied 60 und ein zweites Zwischenglied 62 auf. Die Lenkvorrichtung 56 weist zudem ein erstes Verbindungsbauteil 64, ein zweites Verbindungsbauteil 65, eine erste Spurstange 66 und eine zweite Spurstange 68 auf.
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Der Lenkzylinder 58 ist als ein Gleichlaufzylinder mit einer erster Kolbenstange 70 und einer zweiter Kolbenstange 72 ausgebildet. Der Lenkzylinder 58 weist ein Zylindergehäuse 73 auf. Die erste Kolbenstange 70 und die zweite Kolbenstange 72 sind ein- und ausfahrbar in dem Zylindergehäuse 73 gelagert. Im Einzelnen ist die erste Kolbenstange 70 entgegengesetzt zu der zweiten Kolbenstange 72 ein- und ausfahrbar. Insbesondere erstrecken sich die erste Kolbenstange 70 und die zweite Kolbenstange 72 von gegenüberliegenden Seiten einer Kolbenfläche im Zylindergehäuse 73. Die erste Kolbenstange 70 und die zweite Kolbenstange 72 sind miteinander über die Kolbenfläche verbunden und somit in ihren Bewegungen gekoppelt. Ein Einfahren der ersten Kolbenstange 70 führt zu einem Ausfahren der zweiten Kolbenstange 72 und umgekehrt. Die erste Kolbenstange 70 und die zweite Kolbenstange 72 können als voneinander separate Bauteile oder als integrale Einheit bspw. zusammen mit der Kolbenfläche ausgebildet sein. Der Lenkzylinder 58 kann als ein Hydraulikzylinder ausgebildet sein. Hydraulikfluid kann beispielsweise über Hydraulikanschlüsse 75 zu oder aus dem Zylindergehäuse 73 geleitet werden.
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An gegenüberliegenden Enden der Kolbenstangen 70, 72 sind die Zwischenglieder 60, 62 befestigt. Damit bewegen sich die Zwischenglieder 60, 62 zusammen mit der Bewegung der Kolbenstangen 70, 72. Die Zwischenglieder 60, 62 sind über die Verbindungsbauteile 64, 65 miteinander verbunden. Das erste Zwischenglied 60, die Verbindungsbauteile 64, 65 und das zweite Zwischenglied 62 umgreifen die Enden der ersten und zweiten Kolbenstange 70, 72 U-förmig.
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Die erste Spurstange 66 ist über das Gelenk 54 gelenkig mit dem Gehäuse 36 des Portalgetriebes 34 verbunden. Die zweite Spurstange 68 ist entsprechend mit einem Gehäuse eines Portalgetriebes auf der anderen Längsseite des Kraftfahrzeugs verbunden (nicht dargestellt).
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Die erste Spurstange 66 ist gelenkig an dem ersten Zwischenglied 60 über ein Gelenk 74, insbesondere ein Radialkugelgelenk, angebracht. Die zweite Spurstange 68 ist gelenkig an dem zweiten Zwischenglied 62 über ein Gelenk 76, insbesondere ein Radialkugelgelenk, angebracht. Im Einzelnen ist die erste Spurstange 66 an dem ersten Zwischenglied 60 an einer Position angebracht, die bezüglich des Endes der ersten Kolbenstange 70 versetzt ist. Ebenso ist die zweite Spurstange 68 an dem zweiten Zwischenglied 62 an einer Position angebracht, die bezüglich des Endes der zweiten Kolbenstange 72 versetzt ist.
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Insbesondere sind die Zwischenglieder 60, 62 so ausgebildet, dass ein Abstand zwischen den gegenüberliegenden Enden der Kolbenstangen 70, 72 größer ist als ein Abstand zwischen den Gelenken 74, 76. Dazu sind die Gelenke 74, 76 in einer Radialrichtung bezüglich einer Längsachse der der Kolbenstangen 70, 72 versetzt zu den Kolbenstangen 70, 72. Zusätzlich sind die Gelenke 74, 76 in einer Richtung parallel zu der Längsachse der Kolbenstangen 70, 72 bezüglich der jeweiligen Enden der Kolbenstangen 70, 72 zueinander versetzt. In anderen Worten, die Gelenke 74, 76 sind bezüglich einer Vertikalachse unter den Kolbenstangen 70, 72 angeordnet und bezüglich einer Fahrzeugquerachse (Vorderachsenlängsrichtung) hin zu einer Fahrzeugmittelachse (Achsmitte) versetzt.
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Zum Ermöglichen der versetzten Anordnung der Gelenke 74, 76 erstreckt sich das erste Zwischenglied 60 von dem Ende der ersten Kolbenstange 70 in einer Richtung zu der zweiten Spurstange 68. Gleichermaßen erstreckt sich das zweite Zwischenglied 62 von dem Ende der zweiten Kolbenstange 72 in einer Richtung zu der ersten Spurstange 66.
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Die Anordnung der Gelenke 74, 76 ermöglicht in Verbindung mit den Querlenkern 24, 26 einen platzsparenden Aufbau einer Ackermanngeometrie (Achsschenkellenkung). Insbesondere ergeben die Anordnung und Dimensionierung der Querlenker 24, 26 und der Spurstange 66 jeweils ein Parallelogramm, damit bei einer Federbewegung der Einzelradaufhängung 20 keine Lenkbewegung entsteht. Somit ergibt sich keine Spuränderung bei einer Federbewegung.
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Fachleute werden indes erkennen, dass die versetzte Anordnung eines Gelenks einer Spurstange bezüglich eines Endes einer Kolbenstange eines Lenkzylinders auch bei als Differentialzylinder ausgebildeten Lenkzylindern mit nur einer Kolbenstange eingesetzt werden kann. Somit können beispielsweise vergleichbare Vorteile erzielt werden.
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Die Gelenke 74, 76 sind an den Verbindungsbauteilen 64, 65 befestigt. Im Einzelnen sind Schrauben (nicht dargestellt), die sich durch Durchgangslöcher in den Zwischengliedern 60, 62 erstrecken, in Gewinde der Verbindungsbauteile 64, 65 eingeschraubt. Zum Beispiel ist eine erste Schraube (nicht dargestellt) durch ein Durchgangsloch 74A eines Verbindungsendes 74B des Gelenks 74 und ein Durchgangsloch des ersten Zwischenglieds 60 in ein Innengewinde des ersten Verbindungsbauteils 64 eingeschraubt (siehe 7). Damit sind die Spurstangen 66, 68 über die Gelenke 74, 76 und (nicht dargestellte) Schrauben, die sich durch Durchgangslöcher in den Zwischengliedern 60, 62 erstrecken, an den Zwischengliedern 60, 62 angebracht.
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Das erste Verbindungsbauteil 64 ist als eine Führungsstange ausgebildet. Das zweite Verbindungsbauteil ist als eine Stange ausgebildet. Eine Längsführung 78 führt das erste Verbindungsbauteil 64 während einer Bewegung, die durch ein Ausfahren der Kolbenstange 70 oder 72 bewirkt wird. Die Längsführung 78 weist dazu ein Rohrelement 80 auf, in dem das erste Verbindungsbauteil 64 verschiebbar gelagert ist. Die Längsführung 78 führt das erste Verbindungsbauteil 64 in einer Richtung parallel zu einer Längsachse des Lenkzylinders 58. Die Längsführung 78 ist an dem Zylindergehäuse 73 befestigt.
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In anderen Ausführungsformen kann beispielsweise statt zweier Verbindungsbauteile nur ein längsgeführtes Verbindungsbauteil vorgesehen sein.
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Um eine möglichst große Verfahrstrecke der Kolbenstangen 70, 72 zu ermöglichen, weisen die Zwischenglieder 60, 62 jeweils eine Ausnehmung 60A, 62A auf. Die Ausnehmungen 60A, 62A sind an eine Außenform des Zylindergehäuses 73 angepasst. Somit kann das Zylindergehäuse 73 beim vollständigen Einfahren der ersten Kolbenstange 70 teilweise in der Ausnehmung 60A des ersten Zwischenglieds 60 aufgenommen werden. Andererseits kann das Zylindergehäuse 73 beim vollständigen Einfahren der zweiten Kolbenstange 72 teilweise in der Ausnehmung 62A des zweiten Zwischenglieds 62 aufgenommen werden.
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Der Lenkzylinder 58 bringt die benötigte Lenkkraft zum Lenken des Gehäuses 36 des Portalgetriebes 34 und der Radnabe 18 auf. Zusätzlich stützt der Lenkzylinder 58 die ungleichmäßig über die Räder eingebrachten Kräfte ab. Die Lenkkräfte werden über die Spurstangen 66, 68 übertragen. Über die Räder eingebrachte Kräfte werden über die Spurstangen 66, 68 in die Verbindungsbauteile 64, 65 eingeleitet. Durch die Längsführung (Linearführung) 78 können zusätzlich Querkräfte aufgenommen und eine Verdrehsicherung des Lenkzylinders 58 ermöglicht werden. Über die Zwischenglieder 60, 62 werden die Kräfte in den Lenkzylinder 58 übertragen.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist nachfolgend das Portalgetriebe 34 näher beschrieben. Das Portalgetriebe 34 weist eine Eingangswelle 82, eine Zwischenwelle 84 und eine Ausgangswelle 86 auf. Das Portalgetriebe 34 weist zusätzlich eine erste (eingangsseitige) Stirnradstufe 88 und eine zweite (ausgangsseitige) Stirnradstufe 90 auf.
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Die Eingangswelle 82, die Zwischenwelle 84 und die Ausgangswelle 86 sind drehbar im Gehäuse 36 gelagert. Ein Eingangselement 92 des Portalgetriebes 34 ist gelenkig mit der Antriebswelle 32 (nicht in 8 dargestellt; siehe 2) verbindbar. Das Eingangselement 92 ist drehfest mit der Eingangswelle 82 verbunden. Die Antriebswelle 32 treibt das Eingangselement 92 an, das wiederum die Eingangswelle 82 antreibt (dreht).
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Auf der Eingangswelle 82 ist ein Antriebszahnrad 94 der eingangsseitigen Stirnradstufe 88 drehfest angeordnet. Auf der Zwischenwelle 84 ist ein Abtriebszahnrad 96 der eingangsseitigen Stirnradstufe 88 drehfest angeordnet. Das Antriebszahnrad (Ritzel) 94 und das Abtriebszahnrad 96 kämmen miteinander. Die Eingangswelle 82 treibt das Antriebszahnrad 94 an, das wiederum das Abtriebszahnrad 96 antreibt (dreht). Das Abtriebszahnrad 96 treibt die Zwischenwelle 84 an.
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Auf der Zwischenwelle 84 ist ein Antriebszahnrad 98 der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 drehfest angeordnet. Auf der Ausgangswelle 86 ist ein Abtriebszahnrad 100 der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 drehfest angeordnet. Das Antriebszahnrad (Ritzel) 98 und das Abtriebszahnrad 100 kämmen miteinander. Die Zwischenwelle 84 dreht das Antriebszahnrad 98, das wiederum die Ausgangswelle 86 über das Abtriebszahnrad 100 antreibt (dreht).
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Die Ausgangswelle 86 treibt die Radnabe 18 an, die wiederum das Rad 16 (nicht dargestellt in 8; siehe 1) dreht. Mit der Radnabe 18 sind ein Bremstopf 102 und eine Bremsscheibe 104 verbunden, die sich mit der Radnabe 18 drehen.
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Im Einzelnen sind somit das Querdifferential 30, die Antriebswelle 32, das Eingangselement 92, die Eingangswelle 82, die eingangsseitige Stirnradstufe 88, die Zwischenwelle 84, die ausgangsseitige Stirnradstufe 90, die Ausgangswelle 86 und die Radnabe 18 in dieser Reihenfolge trieblich miteinander verbunden.
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Die eingangsseitige Stirnradstufe 88 und die ausgangsseitige Stirnradstufe 90 können beispielsweise eine gemeinsame Übersetzung von i ≥ 7 aufweisen. Eine große Übersetzung im Portalgetriebe ermöglicht es, dass die Antriebswelle nur ein geringes Drehmoment bei einer hohen Drehzahl übertragen muss, sodass die Antriebswelle nicht zur Übertragung großer Drehmomente ausgelegt werden muss.
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Die eingangsseitige Stirnradstufe 88 ist bezüglich der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 nach außen (d.h., in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Fahrzeugmittellängsachse) versetzt. Mit anderen Worten gesagt, ist die eingangsseitige Stirnradstufe 88 versetzt zu der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 auf einer dem Rad 16 (siehe 1) zugewandten Seite der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 angeordnet. Dadurch kann das Eingangselement 92 vergleichsweise weit außen positioniert sein, sodass mehr Platz für die als Gelenkwelle ausgebildete Antriebswelle 32 (nicht dargestellt in 8; siehe 2) zur Verfügung steht.
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Die Anordnung der Komponenten (Zahnräder, Wellen) des Portalgetriebes 34 umfasst zudem, dass das Abtriebszahnrad 96 in einer Richtung senkrecht zu einer Längsachse der Ausgangswelle 86 betrachtet zumindest teilweise überlappend mit der Ausgangswelle 86 angeordnet ist. Ebenso ist die Eingangswelle 82 in eine Richtung senkrecht zu einer Längsachse der Zwischenwelle 84 betrachtet zumindest teilweise überlappend mit der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 angeordnet. Die Eingangswelle 82 ist auch in einer Richtung senkrecht einer Längsachse der Ausgangswelle 86 betrachtet überlappend mit der Ausgangswelle 86 angeordnet. Das Eingangselement 92 ist außerdem in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse der Zwischenwelle 84 betrachtet teilweise überlappend mit der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 und der Ausgangswelle 86 angeordnet. Zusätzlich ist das Abtriebszahnrad 96 zwischen der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 einerseits und der Bremsscheibe 104, dem Bremstopf 102, der Radnabe 18 und dem Rad 16 (siehe 1) andererseits angeordnet.
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Das Portalgetriebe 34 weist das Gehäuse 36 mit dem Hauptkörperbereich 42 und den Vorsprungbereichen 40, 48 auf. Zusätzlich weist das Gehäuse 36 einen sich verjüngenden Bereich 106 auf. Der sich verjüngende Bereich 106 verjüngt sich in einer Richtung zu der Radnabe 18. Der sich verjüngende Bereich 106 umgibt die Ausgangswelle 86. Der sich verjüngende Bereich 106 erstreckt sich ausgehend von einer Radnabenseite (rechte Seite in 8) des Abtriebszahnrads 96 und einer Radnabenseite (rechte Seite in 8) des Abtriebszahnrads 100 in Richtung zu der Radnabe 18. Der sich verjüngende Bereich 106 wird durch die bezüglich der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 nach außen versetzte eingangsseitige Stirnradstufe 88 ermöglicht. Der sich verjüngende Bereich 106 ermöglicht eine platzsparende Anordnung der Bremsscheibe 104 und des Bremstopfes 102, die den sich verjüngenden Bereich 106 in einer Umfangsrichtung um die Ausgangswelle 86 umgeben. Der Bremstopf 102 verjüngt sich ebenfalls zwischen der Bremsscheibe 104 und der Radnabe 18 in einer Richtung zu der Radnabe 18.
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Durch die Anordnung der ausgangsseitigen Stirnradstufe 90 auf einer Innenseite des Portalgetriebes 34 wird ein schlankes Gehäuse 36 ermöglicht. Dadurch wird ausreichender Platz für die Bremsscheibe 104 geschaffen und eine einfache Aufnahme der Lagerung der Ausgangswelle 86 außen ermöglicht.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Erste Achse (Vorderachse)
- 14
- Zweite Achse (Hinterachse)
- 16
- Rad
- 18
- Radnabe
- 20
- Einzelradaufhängung
- 22
- Mechanischer Antriebsstrang
- 24
- Oberer (erster) Querlenker
- 24A
- Erster Schenkel
- 24B
- Zweiter Schenkel
- 26
- Unterer (zweiter) Querlenker
- 28
- Dämpfungs- und Höhenniveauanpasseinrichtung (hydropneumatischer Zylinder)
- 30
- Querdifferential
- 32
- Antriebswelle
- 34
- Portalgetriebe
- 36
- Gehäuse des Portalgetriebes
- 38
- Gelenk (Kugelgelenk)
- 40
- Erster Vorsprungbereich
- 40A
- Stützfläche
- 40B
- Halsbereich
- 42
- Hauptkörperbereich
- 44
- Gelenk (Radialkugelgelenk)
- 46
- Gelenk (Kugelgelenk)
- 48
- Zweiter Vorsprungbereich
- 50
- Gelenk (Radialkugelgelenk)
- 52
- Gelenk (Kugelgelenk)
- 54
- Gelenk (Kugelgelenk)
- 56
- Lenkvorrichtung
- 58
- Lenkzylinder
- 60
- Erstes Zwischenglied
- 60A
- Ausnehmung
- 62
- Zweites Zwischenglied
- 62A
- Ausnehmung
- 64
- Erstes Verbindungsbauteil
- 65
- Zweites Verbindungsbauteil
- 66
- Erste Spurstange
- 68
- Zweite Spurstange
- 70
- Erste Kolbenstange
- 72
- Zweite Kolbenstange
- 73
- Zylindergehäuse
- 74
- Gelenk (Radialkugelgelenk)
- 74A
- Durchgangsloch
- 74B
- Verbindungsende
- 75
- Hydraulikanschluss
- 76
- Gelenk (Radialkugelgelenk)
- 78
- Längsführung
- 80
- Rohrelement
- 82
- Eingangswelle
- 84
- Zwischenwelle
- 86
- Ausgangswelle
- 88
- Eingangsseitige Stirnradstufe
- 90
- Ausgangsseitige Stirnradstufe
- 92
- Eingangselement
- 94
- Antriebszahnrad (Ritzel)
- 96
- Abtriebszahnrad
- 98
- Antriebszahnrad (Ritzel)
- 100
- Abtriebszahnrad
- 102
- Bremstopf
- 104
- Bremsscheibe
- 106
- Sich verjüngender Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2965928 A1 [0003]
- EP 3061640 A1 [0004]
- EP 3061332 A1 [0004]
