DE19717866C2 - Mehrachsenanordnung für ein Geländefahrzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mehrachs­ anordnung für mehrrädrige geländegängige Fahrzeuge, z. B. Forst­ maschinen, Muldenkipper und ähnliche selbstfahrende, lenkbare Radfahrzeuge, die sich sowohl im Gelände als auch auf befestig­ ten Fahrbahnen bewegen können. Es sind derartige vier-, sechs- oder achtachsige Fahrzeuge bekannt, die ihre Geländegängigkeit und verhältnismäßig gleichmäßige Lastverteilung auf die Räder durch mechanische Mittel erreichen.

Bei vierrädrigen Maschinen wird dies dadurch erreicht, daß ent­ weder eine der beiden Achsen pendelnd zum Rahmen aufgehängt wird oder daß der Rahmen ein Pendelgelenk erhält, um eine Drei-Punkt- Auflage zum Boden zu erreichen.

Bei sechsrädrigen Maschinen findet man das gleiche System, je­ doch wird eine Achse davon als sogenannte Boogie-Achse ausge­ führt, das ist eine Starr-Achse mit pendelnd aufgehängten Ge­ triebekästen.

Bei achträdrigen Maschinen werden zwei Boogie-Achsen eingesetzt, wobei eine der beiden auf einem Rahmenteil mit einem Pendel­ gelenk befestigt ist. Es ist bekannt, daß es zum Ausgleich der durch hohe Zugkräfte erzeugten Radlastverlagerung bei den Boogie-Achsen entsprechende Vorrichtungen gibt, die gegenwirken, wie beispielsweise in DE 41 20 801 C2 beschrieben.

Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten wirkt sich die fehlende Rad­ federung insbesondere bei 4-Rad-Fahrzeugen und bei 6-Rad-Fahr­ zeugen im Bereich der Einzelachse durch eine unzulängliche Straßenlage und eine unruhige Fahrt aus. Für höhere Umschlag­ leistungen sind jedoch die erzielbaren Fahrgeschwindigkeiten von entscheidender Bedeutung, die auf dem jeweiligen Untergrund maximal erreichbar sind.

Durch die Anwendung von Einzelachsen bei den vier- und sechs­ rädrigen Maschinen sind zur Erzielung einer notwendigen hohen Bodenfreiheit große Reifen oder Portalachsen erforderlich. Der notwendige Freiraum im Lastbereich für große Reifen und deren erforderliche Bewegung zur Überwindung von Geländeunebenheiten erhöhen den Gesamtschwerpunkt der Maschine. Bei 8-Rad-Maschinen mit zwei Boogie-Achsen und kleineren Reifen entfällt dieser Nachteil.

Aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten ist jedoch die vordere der beiden Boogie-Achsen meist nur mit der Hälfte der Last der Hinterachse im beladenen Zustand ausgelastet. Wegen der Gleichheit der Reifen und sonstiger Bauteile wird üblicher­ weise jedoch vorn und hinten die gleiche Achse verwendet.

Als weiteres Problem stellt sich bei 6-Rad-Maschinen mit unter­ schiedlichen Reifengrößen die Abstimmung der Übersetzung für den Synchronlauf von Vorder- und Hinterachse.

Bei Schrägfahrten am Hang gibt es keine Möglichkeit den Last­ schwerpunkt so zu beeinflussen, daß die Umkippgefahr des Fahr­ zeugs reduziert wird.

Aus der DE 31 01 194 A1 ist ein Regelsystem für eine hydraulische Aufhängungsanordnung eines Straßenfahrzeugs mit mehreren Radgruppen bekannt, von denen jede ein oder mehrere Räder aufweist, von denen jedem eine hydraulische Aufhängung zugeordnet ist und die Aufhängungen jeder Radgruppe eine gemeinsame hydraulische Verbindung aufweisen. Bei den hydraulischen Aufhängungen handelt es sich um einfach wirkende Hydraulikzylinder.

Nachteilig an diesem Regelsystem ist jedoch, daß durch die Verwendung von einfach wirkenden Hydraulik­ zylindern die Räder und die Radgruppen durch z. B. das Eigen­ gewicht bei der Bewegung in Richtung Boden ein Vakuum im Kolbenraum erzeugen, was bei üblichen Dichtungen zu einem Eindringen von Luft in den Ölraum führt. Zudem wird bei einem plötzlichen Auftreten von hohen Schubkräften am Rad trotz der vorhandenen Radlast der Druck im Kolbenraum reduziert, was zu einer unerwünschten Bewegung des Rades in Richtung Boden führt.

Das Problem des Radlastausgleichs wird auch in der DE 41 25 603 C2 beschrieben, die ein Fahrwerk für eine selbstfahrende Landmaschine mit einer heckseitigen Lenkachse mit zwei Rädern und einem frontseitigen Tandemfahrwerk mit einer Achse offenbart. Die Achse trägt dabei endseitig jeweils eine Pendelschwinge an der je zwei Antriebsräder hintereinander angeordnet gelagert sind und an der ein doppelwirkender Hydraulikzylinder gelenkig angreift, der andererseits auch gelenkig am Chassis der Landmaschine angreift, so daß durch ihn die Pendelschwinge gesteuert verschwenkbar ist.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, daß hierbei die Räder der Antriebsachsen mechanisch starr gekoppelt und dadurch über den doppelwirkenden Hydraulikzylinder - zumeist in Verbindung mit einer Lageänderung des Flugzeugclassis - nur gemeinsam verschwenk­ bar sind.

Zwar kann bei dieser bekannten Anordnung ein Radlast- Ausgleich für das betreffende Achsaggregat auf ebenen Gelände erzielt werden, auf unebener, z. B. welliger Fahrbahn ist dies jedoch nicht möglich.

Hierbei treten nämlich hohe Antriebs­ momente mit entsprechenden Aufrichteffekten auf, die zu einer dynamischen Lage- und Höhenveränderung mit entsprechenden Verspannungen des Fahrzeugrahmens und bei Vielachsfahrzeugen zwangsläufig zu einer Ungleichheit der Radlasten führt.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Mehrachsanordnung für die eingangs beschriebene Fahrzeuggattung verfügbar zu machen, die einen Ausgleich der Radlasten auch bei hohen Antriebsmomenten gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß bei einer Mehrachsanordnung für ein Geländefahrzeug, z. B. eine Forstmaschine, einen Muldenkipper oder ähnliche selbstfahrende, lenkbare Radfahrzeuge, deren Räder jeweils am freien Ende einer Schwinge angeordnet und sämtlich angetrieben sind, wobei jede Schwinge an einer an einem Rahmen festen Achse gelagert und über einen doppelwirkenden Hydraulikzylinder mit dem Rahmen verbunden ist, die Arbeitsräume der Hydraulikzylinder der Räder einer Fahrzeugseite zum Ausgleich der Radlasten im Normalfall mitein­ ander verbunden sind und beim Auftreten von Niveau- und/oder Lageänderungen am Fahrzeug aufgrund von hohen antreibenden Momenten an den Rädern über ein elektronisches Steuergerät einzeln unterschiedlich beaufschlagt werden.

Dadurch ist gewährleistet, daß bei einem Aufrichteffekt beim Auftreten von hohen Antriebsmomenten die Radlasten der Räder einer Seite durch die einzelne, unterschiedliche Ansteuerung von jeweils den Rädern einzeln zugeordneten doppelwirkenden Hydraulikzylindern ausgeglichen werden.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht zudem eine Modul­ bauweise. Vier-, sechs- und achträdrige Fahrzeuge können mit dem im wesentlichen gleichen Achsmodul bestückt werden. Jedes Achs­ modul besteht aus einem Differentialgetriebe mit Kegelradüber­ setzung und sperrbarem Ausgleich und links und rechts neben dem Differentialgetriebe angeordneten, im Ölbad laufenden Bremsen. Diese Bremsen lassen sich so auslegen, daß durch einen extern angeordneten Federspeicherbremszylinder die Bremsen sowohl als Betriebs- als auch als Feststellbremsen benutzt werden können.

Am Ende eines jeden Achsgehäuses, das zum Befestigen des Diffe­ rentialgetriebes am Rahmen dient, ist über entsprechende Dreh­ lager eine Schwinge in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet. Am freien Ende der Schwinge befindet sich die Radnabe und das Einzelrad. Durch Zahnräder oder Ketten im Innern der Schwinge wird das vom Differentialgetriebe kommende Drehmoment zu den Rädern Geleitet.

Vorteilhafterweise, aber nicht notwenigerweise oberhalb der Schwinge liegt ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder, der die Radlast zum Rahmen hin abstützt. Dessen Hub ist so bemessen, daß ein möglichst großer Hub der Räder relativ zum Rahmen mög­ lich ist. Der Festpunkt des Hydraulikzylinders ist vorteilhaf­ terweise ebenfalls dem Achsgehäuse zugeordnet, so daß eine ein­ fache Rahmenkonstruktion möglich ist und viele Einzelteile dem Achsmodul angehören.

Für sechs- und achtachsige Fahrzeuge sind dabei die jeweils zur Fahrzeugmitte hin liegenden Differentialgetriebe so ausgeführt, daß über ein Längsverteilungsdifferential das vom Antriebsge­ triebe kommende Drehmoment im Verhältnis 1 : 1 auf die zum Fahr­ zeugende hin liegenden Differentialgetriebe aufgeteilt wird.

Die Hydraulikzylinder jedes einzelnen Rades sind mit einem Hydrospeicher verbunden, dessen Kennlinie so ausgelegt werden kann, daß beim Einfedern der Schwinge eine nur geringfügige Druckerhöhung im Speicher stattfindet. Durch entsprechende Sensoren, die die Position der Schwinge relativ zum Rahmen anzeigen, kann durch Druckerhöhung in den Speichern mit Hilfe einer Hydropumpe die Position der Schwingen dem jeweiligen Beladezustand des Fahrzeugs angepaßt werden. Es ist deshalb entweder die gewünschte Bodenfreiheit oder eine gewünschte Bewegungsfreiheit der Schwinge einstellbar.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf das Fahrzeug gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Hinterachspaar auf einer Seite des in Fig. 1 abgebildeten Fahrzeugs und

Fig. 3 wiederum eine Seitenansicht ähnlich Fig. 1, jedoch mit möglichen Ausschwingpositionen der Räder.

Ein geländegängiges Fahrzeug 10 mit einzeln angetriebenen Rädern 12 dient dazu, schwere Beladungen sowohl im Gelände langsam und sicher zu bewegen als auch auf festen Fahrbahnen annehmbare Ge­ schwindigkeiten zu entwickeln.

Das Fahrzeug 10 hat einen Rahmen 14, der im dargestellten Bei­ spiel einen Gelenkrahmen mit einem Gelenk 16 und einem Vorder­ rahmen 18 und einem Hinterrahmen 20 hat. Der Vorderrahmen 18 trägt in üblicher Weise ein Fahrerhaus 22 und die nicht näher dargestellten Antriebsaggregate. Lediglich ein Getriebe mit einem Differential 24 ist angedeutet, von dem sich Antriebs­ wellen 26 nach vorn und Antriebswellen 28 nach hinten er­ strecken. Diese Wellen 26, 28 können für jede Fahrzeugseite einzeln ausgelegt sein oder jeweils eine Welle 26, 28 sein, die zentral im Fahrzeugrahmen 14 angeordnet ist. Die Aufhängung der Räder 12 ist modular aufgebaut, d. h. die Aufhängung jedes einzelnen Rades 12 gleicht dem der anderen Räder 12, was eine erhebliche Fertigungsvereinfachung bedeutet. Deshalb braucht auch hier nur die Aufhängung eines Rades im Detail beschrieben zu werden.

Jedes Rad sitzt auf einer Achse 30. Diese Achse 30 ist am freien Ende einer Schwinge 32 gelagert. Die Schwinge 32 ist am Rahmen 14 gelenkig (34) gelagert. Durch diese Lagerung 34 wird auch der Antrieb für das Rad 12 über eine Welle 36 aus einem Getriebe 38 eingeleitet. Die Schwinge 32 ist gekapselt und im Innern befin­ det sich eine mechanische Drehmomentenübertragung von der Welle 36 zur Achse 30 in Form einer Kette oder anderer geeigneter Übertragungsmittel, beispielsweise eine Reihe von Zahnrädern, wie sie anhand der Fig. 3 in DE 41 20 801 (Spalte 3, Zeilen 40- 45) beschrieben sind.

Das Getriebe 38 erhält das Drehmoment über eine der Wellen 26, 28.

Jede Schwinge 32 ist bei 42 über einen doppelt wirkenden Hydrau­ likzylinder 40 am Rahmen 14 bei 44 verbunden, der die Radlast zum Rahmen 14 über einen möglichst großen Hub abstützt.

Jeder Hydraulikzylinder 40 jedes einzelnen Rades ist über ein Leitungspaar 46 mit einem eigenen Hydraulikspeicher 48 verbun­ den, dessen Kennlinie so ausgelegt ist, daß beim Einfedern der Schwinge 32 nur eine geringfügige Druckerhöhung im Speicher 48 stattfindet. Durch nicht dargestellte Sensoren wird die jewei­ lige Position der Schwinge 32 zum Rahmen 14 angezeigt. Eine ebenfalls nicht eingezeichnete Hydropumpe kann dazu dienen, den Druck so einzustellen, daß die Position der Schwinge 32 dem je­ weiligen Beladungszustand angepaßt werden kann. Zwischen einer gewünschten Bodenfreiheit oder einer gewünschten Bewegungsfrei­ heit der Schwinge 32 kann dann gewählt werden.

In Fig. 3 ist mit Pfeilen 50 dieser Bewegungsspielraum ange­ deutet.

Durch Verbinden von jeweils zwei Zylindern 40 an zwei hinter­ einanderliegenden Rädern 12 wird eine gleichmäßige Lastver­ teilung auf diese beiden Räder erzielt und gleichzeitig eine Federungseigenschaft bedingt durch die Federkennlinie des Hydro­ speichers erzielt. Durch eine Querverbindung von zwei Zylindern 40 wird eine gleichmäßige Lastverteilung von links nach rechts erzielt, was die gleiche Wirkung wie ein Pendelgelenk oder eine Pendelachse ergibt.

Dadurch ist eine starre Rahmenkonstruktion möglich, ein Pendel­ gelenk bzw. eine Pendelachsaufhängung ist nicht erforderlich. Dies gilt auch für achträdrige Fahrzeuge. Bei sechsrädrigen Fahrzeugen kann der gleiche Reifen und das gleiche Achsmodul für die Hinterachse als auch für die Vorderachse verwendet werden, da diese aufgrund der üblichen Konstruktionsweise nur die Hälfte der Achslast der Hinterachse im beladenen Zustand zu übernehmen hat.

Durch entsprechende Wegsensoren zwischen Fahrzeugrahmen 14 und Achsschwinge 32 und einem elektronischen Steuergerät kann durch Veränderung der Zylinderfüllmenge mit einer Hilfspumpe und durch Veränderung des Druckes eine unterschiedliche Einfederung bei gleicher Achslast zwischen der linken und rechten Seite des Fahrzeugs erzielt werden. Dadurch sind z. B. Schrägfahrten am Hang mit günstiger Schwerpunktlage der Last und damit reduzier­ ter Kippneigung des Fahrzeuges möglich. Weiterhin ist durch diesen gleichen Effekt die Bodenfreiheit variierbar, z. B. niedrige Bodenfreiheit bei schneller Straßenfahrt und großer Bodenfreiheit bei unwegsamem Gelände.

Durch diese Möglichkeit der gleichmäßigen Lastverteilung auf alle Räder wird die Gefahr des Durchdrehens von einzelnen Rädern vermindert und es kann ein Zentralgetriebe mit Längsdifferential mit entsprechendem Verteilverhältnis eingesetzt werden. Dies führt zu einem besseren Abrollen der Räder, da sich diese nicht verspannen, und damit zu einem besseren Lenkverhalten um die Gelenkachse 16 des Fahrzeuges. Die insbesondere bei Boogie- Achsen vorhandene Verspannung des ersten und zweiten Rades am Boogie wird vermieden, was zur Bodenschonung bei engen Kurvenfahrten beiträgt.

Die Entstehung eines Aufrichteeffekts bei hohen Zugkräften an den üblichen Boogie-Achsen, der nur durch Einsatz zusätzlicher Mittel reduziert oder vermieden werden kann, wird hier durch diese Art der Aufhängung und durch den Druckausgleich von Zylin­ der 40 zu Zylinder 40 ohne zusätzliche Mittel kompensiert.

Konstruktiv haben die Achsmodule insbesondere bei 6-Rad-Maschi­ nen den Vorteil, daß die Motor- und Getriebeposition günstiger gewählt werden kann.

Claims (3)

1. Mehrachsanordnung für ein Geländefahrzeug, z. B. eine Forstmaschine, einen Muldenkipper oder ähnliche selbst­ fahrende, lenkbare Radfahrzeuge, deren Räder (12) jeweils am freien Ende einer Schwinge (32) angeordnet und sämtlich angetrieben sind, wobei jede Schwinge (32) an einer an einem Rahmen (20; 18) festen Achse (34) gelagert und über einen doppelwirkenden Hydraulikzylinder (40) mit dem Rahmen (20; 18) verbunden ist und die Arbeitsräume der Hydraulikzylinder (40) der Räder (12) einer Fahrzeugseite zum Ausgleich der Radlasten im Normalfall miteinander verbunden sind und beim Auftreten von Niveau- und/oder Lageänderungen am Fahrzeug aufgrund von hohen antreibenden Momenten an den Rädern (12) über ein elektronisches Steuergerät einzeln unterschiedlich beauf­ schlagt werden.

2. Mehrachsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der doppelwirkenden Hydraulikzylinder (40) über ein Leitungspaar (46) mit jeweils einem Hydrospeicher (48) verbunden ist und die Kennlinie der Hydrospeicher (48) so ausgelegt ist, daß beim Einfedern der Schwinge (32) nur eine geringfügige Druckerhöhung im Speicher stattfindet.

3. Mehrachsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Hydropumpe der Druck im Speicher (48) erhöht und durch Ableiten in andere Speicher (48) erniedrigt werden kann, so daß die durch Sensoren erfaßbare Position der Schwinge (32) einstellbar ist.