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Die Erfindung betrifft eine Pendelachse mit einer Kupplung zum Verriegeln der Pendelachse gegen eine Achsneigung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Gegengewichtsgabelstapler mit vier Rädern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 sowie ein Verfahren zum Verriegeln einer Pendelachse gegen eine Achsneigung mittels einer Kupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.
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Im Stand der Technik sind sog. Gegengewichtsgabelstapler bekannt, welche üblicherweise in Dreirad- oder in Vierradausführung ausgebildet sind. Die Vorderachse umfasst beim Dreiradstapler üblicherweise jeweils links und rechts ein Rad, welche beide angetrieben sein können. Die Hinterachse besteht in der Regel nur dann aus einem angetriebenen Rad bzw. Doppelrad, wenn die Vorderräder nicht angetrieben sind. Sämtliche Räder sind ungefedert und vertikal unbeweglich mit dem Dreiradstapler verbunden. Der Dreiradstapler steht somit auf drei Punkten, dem linken Vorderrad, dem rechten Vorderrad und dem hinteren Rad. Der resultierende Kraftvektor der Gewichtskraft, der als Veranschaulichung für die am Dreiradstapler angreifenden Gewichts- und Beschleunigungskräfte am Schwerpunkt des Dreiradstaplers angenommen werden kann, muss die von den Radaufstandspunkten gebildete Dreiecksfläche schneiden, damit der Dreiradstapler standsicher ist. Schneidet der resultierende Kraftvektor die durch die Radaufstandspunkte gebildete Dreiecksfläche nicht, so steht der Dreiradstapler instabil und es besteht die Gefahr des Kippens.
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Bei Vierradstaplern sind in der Regel die nicht gelenkten Vorderräder angetrieben. Die Räder der Hinterachse hingegen werden üblicherweise gelenkt, aber im Regelfall nicht angetrieben. Da auch bei Vierradstaplern die Räder ungefedert mit dem Fahrzeug und zumindest die Vorderräder außerdem in vertikaler Richtung unbeweglich mit dem Fahrzeug verbunden sind, wird die Hinterachse meist als Pendelachse ausgeführt, um einen Bodenkontakt aller vier Räder des Fahrzeuges auf dem Boden zu ermöglichen. Die Pendelachse ermöglicht einen Höhenausgleich der Hinterräder, da sie mit dem Vierradstapler um die Fahrzeuglängsachse beweglich verbunden ist. Für die Standsicherheit des Vierradstaplers bedeutet das, dass die Dreiecksfläche, die vom resultierenden Kraftvektor geschnitten werden muss, um die Standsicherheit zu gewährleisten, durch die Radaufstandspunkte der beiden Vorderräder und den Punkt, um den die Pendelachse pendeln kann, gebildet wird. Bezüglich der Standsicherheit hat ein Vierradstapler mit Pendelachse keine Vorteile gegenüber einem Dreiradstapler.
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Das sog. SAS (System of Active Stability) von Toyota bietet unter anderem die Möglichkeit, die Pendelachse automatisch zu verriegeln, wenn die Fahrsituation es erfordert. Dazu werden relevante Daten durch Sensoren erfasst und in einer Steuerung verarbeitet. Bei Bedarf wird ein Verriegelungszylinder aktiviert, der ein Pendeln der Pendelachse verhindert. Alle vier Räder des Fahrzeugs sind nun in vertikaler Richtung mit dem Fahrzeug fest verbunden. Dadurch steht das Fahrzeug jetzt mit mindestens drei Rädern auf dem Boden. Das vierte Rad kann, z.B. durch unebenen Boden, vom Boden abheben. Der oben genannte resultierende Kraftvektor muss nun, zur Gewährleistung der Standsicherheit des Fahrzeugs, die durch die Aufstandspunkte der Räder gebildete Fläche schneiden. Schneidet der resultierende Kraftvektor diese Fläche beispielsweise rechts von der Fahrzeugmitte, so werden das rechte Vorderrad und das rechte Hinterrad Bodenkontakt haben. Außerdem hat mindestens das linke Vorderrad oder das linke Hinterrad Bodenkontakt. In jedem Fall hat die durch die Aufstandspunkte gebildete Fläche eine größere Ausdehnung nach rechts. Dadurch schneidet der resultierende Kraftvektor die Fläche auch noch, wenn er die durch die Radaufstandspunkte der Vorderräder und den Pendelpunkt der Hinterachse gebildete Fläche nicht mehr schneiden würde. Die Standsicherheit kann dadurch auch dann noch gewährleistet sein, wenn ein Stapler ohne Verriegelung der Pendelachse kippen würde.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 698 06 693 T2 eine Vorrichtung zur Regelung der Neigung einer Achse für Industriefahrzeuge. Die Achse wird dabei durch einen Wagenkasten des Industriefahrzeugs getragen, um in einer senkrechten Richtung neigbar zu sein. Das Industriefahrzeug weist dabei Vorderräder und Hinterräder auf, welche in einem vorgegebenen Abstand in der Längsrichtung des Industriefahrzeugs angeordnet sind. Weiterhin weist das Industriefahrzeug eine bewegliche Tragevorrichtung zum Tragen eines Objekts auf sowie einen Verriegelungsmechanismus zum Verriegeln der Achse gegen Neigung, wobei die Vorderräder oder die Hinterräder durch die Achse getragen werden und wobei die Vorderräder oder die Hinterräder als Antriebsräder ausgebildet sind. Weiterhin umfasst das Industriefahrzeug eine Steuervorrichtung, die angepasst ist, den Verriegelungsmechanismus auf der Grundlage einer Position des Schwerpunkts, welcher durch eine Erfassungsvorrichtung erfasst wird, zu steuern.
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Die bekannten Verriegelungsmechanismen zum Verriegeln von Pendelachsen gegen Neigung sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, als dass diese auf ein vollständiges hydraulisches System zu ihrer Betätigung angewiesen sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Pendelachse mit einer Kupplung zum Verriegeln der Pendelachse gegen eine Achsneigung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Pendelachse mit einer Kupplung zum Verriegeln der Pendelachse gegen eine Achsneigung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft eine Pendelachse mit einer Kupplung zum Verriegeln der Pendelachse gegen eine Achsneigung, wobei die Kupplung mindestens einen ersten Reibpartner, mindestens einen zweiten Reibpartner und einen Aktuator umfasst, wobei die Kupplung mittels des Aktuators in einen geöffneten Zustand und in einen geschlossenen Zustand versetzbar ist, wobei der mindestens eine erste Reibpartner drehfest mit der Pendelachse verbunden ist und wobei der mindestens eine zweite Reibpartner drehfest mit einem externen Fixpunkt verbindbar ist. Die erfindungsgemäße Pendelachse zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktuator als elektrisch betätigbarer Aktuator ausgebildet ist.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auf hydraulische Komponenten, wie sie im Stand der Technik notwendig sind, vorteilhaft verzichtet werden kann.
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Hydraulikkomponenten sind nämlich vergleichsweise schwer, da sie einerseits hohen hydraulischen Drücken standhalten müssen, was eine massive Ausbildungsweise erfordert, und andererseits mit Hydraulikflüssigkeit befüllt sind, welche ebenfalls ein hohes Eigengewicht aufweist. Hinzu kommt der vergleichsweise umfangreichere Bauraumbedarf der Hydraulikkomponenten gegenüber der erfindungsgemäßen elektrischen Ausbildung. Eine erfindungsgemäße Pendelachse, die mittels eines elektrischen Aktuators betätigbar ist, ist also leichtgewichtiger und weniger bauraumfordernd als die bekannten hydraulischen Ausbildungsformen.
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Vorteilhafterweise ist also keine Ölversorgung für Hydraulikbauteile erforderlich. Wenn die Lenkung eines die erfindungsgemäße Pendelachse aufweisenden Fahrzeugs elektrisch ausgeführt ist, dann ist der Verriegelungszylinder der einzige hydraulische Verbraucher im hinteren Bereich des Fahrzeugs. Wird die Verriegelung jedoch wie erfindungsgemäß vorgesehen elektrisch betätigt, kann auf Hydraulikleitungen verzichtet werden. Elektrische Leitungen sind einfacher zu installieren und kostengünstiger als Hydraulikleitungen. Außerdem besteht das Risiko einer Leckage bei elektrischen Leitungen nicht.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass im geöffneten Zustand der Kupplung der mindestens eine erste Reibpartner und der mindestens eine zweite Reibpartner gegeneinander verdrehbar sind und im geschlossenen Zustand der Kupplung der mindestens eine erste Reibpartner und der mindestens eine zweite Reibpartner drehfest aneinander anliegen. Im geschlossenen Zustand ist die Pendelachse also gegen eine Achsneigung verriegelt, d.h., dass die zum Zeitpunkt des Schließens der Kupplung jeweils vorliegende Achsneigung fixiert wird.
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Der elektrisch betätigbare Aktuator ist bevorzugt als Elektromotor ausgebildet, z.B. in Verbindung mit einem Spindeltrieb, um den mindestens einen ersten Reibpartner und den mindestens einen zweiten Reibpartner aneinander anlegen zu können und voneinander beabstanden zu können.
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Alternativ bevorzugt kann der elektrisch betätigbare Aktuator auch als Elektromagnet ausgebildet sein, welcher eine im Ruhezustand beispielsweise durch Federkraftbeaufschlagung geschlossene Verriegelung mittels Magnetkraft öffnet und offen hält. Aber auch der umgekehrte Fall ist denkbar, d.h., die Verriegelung wird durch Federkraftbeaufschlagung offen gehalten und erst bei einer Bestromung des Elektromagneten mittels Magnetkraft geschlossen.
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Der externe Fixpunkt, mit welchem der mindestens eine zweite Reibpartner verbindbar ist, ist bevorzugt ein die Pendelachse aufweisendes Fahrzeug. Ganz besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Gegengewichtsgabelstapler mit vier Rädern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Aktuator durch eine Steuereinheit steuerbar ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den Aktuator nach Maßgabe einer Betätigung eines manuellen Eingabeelements und/oder nach Maßgabe einer Sensorik zu steuern. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Aktuator bzw. dessen Betätigung durch die Steuereinheit steuerbar ist, wobei die Steuereinheit den Aktuator bzw. dessen Betätigung nach Maßgabe manueller Eingaben bzw. nach Maßgabe von Sensorsignalen der Sensorik steuert.
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Bevorzugt steuert die Steuereinheit den Aktuator, indem sie ihn in geeigneter Weise bestromt, also z.B. in Schließrichtung bestromt, um die Kupplung mittels des Aktuators zu schließen, und in Öffnungsrichtung bestromt, um die Kupplung mittels des Aktuators zu öffnen. Sofern der Aktuator als Elektromotor ausgebildet ist, kann er mittels einer einfachen Umkehrung der Stromflussrichtung in die jeweils andere Richtung betätigt werden. Besonders bevorzugt steuert die Steuereinheit nicht nur die Stromflussrichtung sondern auch die Stromstärke. Dadurch kann eine vom Elektromotor erzeugte und auf die Kupplung wirkende Anlegekraft gesteuert werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass das manuelle Eingabeelement als Schalter oder als Taster ausgebildet ist, welches insbesondere von einem menschlichen Bediener, z.B. einem Fahrer des Fahrzeugs, betätigt werden kann.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Sensorik eine Neigungssensorik und/oder eine Geschwindigkeitssensorik und/oder eine Giersensorik umfasst. Derartige Arten von Sensorik sind besonders gut geeignet, eine mögliche Kippsituation des Fahrzeugs zu erkennen oder auch deren Bevorstehen festzustellen. Somit kann die Pendelachse mittels der genannten Sensorik durch die Steuereinheit ohne menschliches Zutun automatisiert verriegelt werden, wenn eine Kippsituation bevorsteht oder erkannt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine erste Reibpartner als eine Scheibe ausgebildet ist und der mindestens eine zweite Reibpartner als zwei an gegenüberliegenden Seiten der Scheibe anliegende Quader ausgebildet ist. Somit ist die Kupplung also ähnlich wie eine sog. Scheibenbremse ausgebildet, wobei der erste Reibpartner der Bremsscheibe entspricht und der mindestens eine zweite Reibpartner den beiden Bremsklötzen entspricht. Dies stellt eine ebenso einfache wie wirksame und dabei kostengünstige Ausbildungsform einer erfindungsgemäß geeigneten Kupplung dar.
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Insbesondere ist es bevorzugt, dass die zwei Quader, also die zwei zweiten Reibpartner, in einer gemeinsamen Einfassung, welche die Scheibe, also den ersten Reibpartner, umgreift, angeordnet sind. Die gemeinsame Einfassung entspricht dabei einem sog. Bremssattel einer Scheibenbremse.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass mehr als nur eine gemeinsame Einfassung mit jeweils zwei zweiten Reibpartnern vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise ist es außerdem vorgesehen, dass der mindestens eine erste Reibpartner bzw. der mindestens eine zweite Reibpartner metallisch ausgebildet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der mindestens eine erste Reibpartner als eine Vielzahl von ersten Lamellen ausgebildet ist und der mindestens eine zweite Reibpartner als eine Vielzahl von zweiten Lamellen ausgebildet ist, wobei die ersten Lamellen und die zweiten Lamellen abwechselnd in Reihe angeordnet sind. Somit ist die Kupplung also als sog. Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse ausgebildet. Eine derartige Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse ist vergleichsweise verschleißarm und ermöglicht ein vergleichsweise feines Dosieren der Anpresskraft bzw. Haftkraft zwischen den ersten Reibpartnern und den zweiten Reibpartnern.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gegengewichtsgabelstapler mit vier Rädern, wobei mindestens zwei der vier Räder einer Pendelachse zugeordnet sind. Der erfindungsgemäße Gegengewichtsgabelstapler zeichnet sich dadurch aus, dass die Pendelachse als erfindungsgemäße Pendelachse ausgebildet ist. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pendelachse beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Gegengewichtsgabelstapler.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Gegengewichtsgabelstapler einen elektrischen Fahrantrieb und/oder eine elektrische Lenkung aufweist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auf eine ohnehin vorhandene Elektrifizierung des Gegengewichtsgabelstaplers, insbesondere z.B. auf dessen Stromspeicher, auch für die erfindungsgemäße Pendelachse zurückgegriffen werden kann. Somit ist die erfindungsgemäße Pendelachse besonders leicht und unaufwändig in den Gegengewichtsgabelstapler implementierbar.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Verriegeln einer Pendelachse gegen eine Achsneigung mittels einer Kupplung, wobei die Kupplung mindestens einen ersten Reibpartner, mindestens einen zweiten Reibpartner und einen Aktuator umfasst, wobei die Kupplung mittels des Aktuators nach Maßgabe einer Betätigung eines manuellen Eingabeelements und/oder nach Maßgabe einer Sensorik in einen geöffneten Zustand und in einen geschlossenen Zustand versetzt wird, wobei der mindestens eine erste Reibpartner drehfest mit der Pendelachse verbunden ist und wobei der mindestens eine zweite Reibpartner drehfest mit einem externen Fixpunkt verbindbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktuator elektrisch betätigt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren führt somit zu den bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pendelachse beschriebenen Vorteilen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigt:
- 1 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pendelachse,
- 2 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform einer Kupplung für eine erfindungsgemäße Pendelachse und
- 3 schematisch eine Fahrwerkskonfiguration eines Gegengewichtsgabelstaplers mit vier Rädern.
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Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pendelachse 1 mit einer Kupplung 12 zum Verriegeln der Pendelachse 1 gegen eine Achsneigung. An einem Achskörper 2 sind die Räder 8 und 9 angeordnet, welche auf einem Untergrund 11 stehen. Der Achskörper 2 ist über ein Gelenk 4 mit einem Fahrzeugrahmen 3 eines Gegengewichtsgabelstaplers mit vier Rädern verbunden. Die Kupplung 12 ist ähnlich einer Scheibenbremse ausgebildet und besteht beispielsgemäß aus einem als Scheibe 5 ausgebildeten ersten Reibpartner 5, aus als Quadern 10 (siehe 2) ausgebildeten zweiten Reibpartnern 10, einer als Bremssattel 6 ausgebildeten gemeinsamen Einfassung 6 und einem Aktuator 7, der elektrisch betätigbar ist. Der erste Reibpartner 5 ist fest mit dem Achskörper 2 verbunden. Bewegt sich der Achskörper 2 im Gelenk 4 um eine Achse 13, so folgt der erste Reibpartner 5 dieser Drehbewegung. Der Bremssattel 6 fasst die zweiten Reibpartner 10 ein und ist seinerseits fest mit dem Fahrzeugrahmen 3 verbunden. Die zweiten Reibpartner 10 sind im Bremssattel 6 derart angeordnet, dass sie von diesem gegen den ersten Reibpartner 5 gepresst werden, wenn der Bremssattel 6 durch den elektrischen Aktuator 7 betätigt wird. Die Pressung zwischen dem ersten Reibpartner 5 und den zweiten Reibpartnern 10 kann, da die Reibflächen in einem definierten Abstand zur Achse 13 angeordnet sind, ein Reibmoment erzeugen, welches so groß ist, das der Achskörper 2 sich nicht mehr um die Achse 13 bewegen kann. Das Gelenk 4 ist dann verriegelt und die Pendelachse 1 wirkt wie eine starre Achse.
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3 zeigt schematisch eine Fahrwerkskonfiguration eines Gegengewichtsgabelstaplers (nicht dargestellt) mit vier Rädern. Bei unverriegelter Pendelachse 1 bilden Aufstandspunkte 17 und 18 von Vorderrädern 14 und 15 sowie ein Gelenkpunkt 16 des Gelenks 4 ein Stabilitätsdreieck. Der resultierende Kraftvektor, der alle Masse- und Beschleunigungskräfte, die auf den Gegengewichts-gabelstapler wirken, im Schwerpunkt des Gegengewichts-gabelstaplers zusammenfasst, muss dieses Stabilitätsdreieck schneiden - zum Beispiel in Punkt 21 - damit der Gegengewichtsgabelstapler standsicher ist. Liegt der resultierende Kraftvektor außerhalb - zum Beispiel in Punkt 21' - kippt der Gegengewichts-gabelstapler mit unverriegelter Pendelachse 1. Ist die Pendelachse 1 jedoch verriegelt, so wird die Pendelachse 1 zu einer starren Achse. Ein Höhenausgleich der Räder 8 und 9 ist nicht mehr möglich. Verläuft der resultierende Kraftvektor nun durch den Punkt 21', so bildet sich ein neues Stabilitätsdreieck bzw. Stabilitätsviereck, welches aus mindestens drei Radaufstandspunkten gebildet wird, nämlich den Punkten 18, 20 und 17 bzw. 19. Der Punkt 21' liegt bei verriegelter Pendelachse 1 also innerhalb des Stabilitätsdreiecks bzw. Stabilitätsvierecks. Der Gegengewichtsgabelstapler ist also noch standsicher. Erst wenn der resultierende Kraftvektor außerhalb dieses neuen Stabilitätsdreiecks bzw. Stabilitätsvierecks liegt - z. B. bei Punkt 21" - kippt der Gegengewichtsgabelstapler auch bei verriegelter Pendelachse 1. Betätigt der elektrische Aktuator 7 den Bremssattel 6 nicht, so werden die zweiten Reibpartner 10 nicht gegen das erste Reibpartner 5 gepresst und es kann kein Reibmoment wirken. Der Achskörper 2 kann dann im Gelenk 4 weiterhin um die Achse 12 pendeln und Bodenunebenheiten ausgleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pendelachse
- 2
- Achskörper
- 3
- Fahrzeugrahmen
- 4
- Gelenk
- 5
- erster Reibpartner, Scheibe, Bremsscheibe
- 6
- gemeinsame Einfassung, Bremssattel
- 7
- Aktuator
- 8
- Rad
- 9
- Rad
- 10
- zweiter Reibpartner, Quader, Bremsklotz
- 11
- Untergrund
- 12
- Kupplung
- 13
- Achse
- 14
- Vorderrad
- 15
- Vorderrad
- 16
- Gelenkpunkt
- 17
- Radaufstandspunkt
- 18
- Radaufstandspunkt
- 19
- Radaufstandspunkt
- 20
- Radaufstandspunkt
- 21
- resultierender Kraftvektor
- 21'
- resultierender Kraftvektor
- 21"
- resultierender Kraftvektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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