DE19935160A1 - Vorrichtung zur Erhöhung der Lenkfähigkeit getriebener Achsen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Lenkfähigkeit getriebener Achsen, bei der ein Mittengetriebe das Antriebsmoment über Antriebswellen auf gelenkte Räder überträgt, wobei das Mittengetriebe um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Lenkfähigkeit getriebener Achsen, bei der ein Mittengetriebe das Antriebsmoment über Antriebs­ wellen auf gelenkte Räder überträgt. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung bei mehrachsigen Fahrzeugen eingesetzt werden, die einzeln aufgehängte und angetriebene Räder auf gelenkten Achsen aufweisen, also beispielsweise Fahrkrane.

Im Falle solcher Fahrkrane liegt der derzeit herkömmlicherweise erreichbare maxi­ male Radeinschlag an getriebenen Achsen bei zwei- und drei-achsigen Fahrzeugen bei etwa 38,5°. Die Gelenkwellen, welche das Mittengetriebe mit den Radantrieben verbinden, würden einem maximalen Einschlagswinkel von 42° gestatten. Jedoch überlagern sich bei Einzelradaufhängungen die Lenkbewegungen mit den Ein- und Ausfederbewegungen der Stoßdämpfer, so daß insgesamt bei einem Beugewinkel von 42° bei maximaler Ein- und Ausfederung nur noch Lenkwinkel von etwa 37,5° erzielbar sind. Um die Manövrierfähigkeit solcher Fahrzeuge zu steigern, ist es jedoch anzustreben, möglichst hohe Lenkwinkel zu realisieren.

Aus der DE 36 02 400 A1 ist eine Anordnung einer Achswelle in einer Radaufhängung bekannt. Hierbei wird vorgeschlagen, das Mittengetriebe horizontal aus der Achsmitte verschoben anzuordnen, um den resultierenden Lenkwinkel zu optimieren. Durch diese Maßnahmen kann eine Erhöhung des maximalen Lenkwinkels auf ca. 39° erreicht werden. Jedoch ist auch dieser schon etwas höhere Lenkwinkel noch verbesserungsbedürftig.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereit­ zustellen, mittels der die Manövrierfähigkeit von Fahrzeugen mit angetriebenen Achsen wesentlich erhöht werden kann. Insbesondere soll die Lenkfähigkeit durch das ermöglichen sehr großer Lenkwinkel wesentlich gesteigert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mittengetriebe der jeweiligen getriebenen Achse um eine vertikale Achse drehbar gelagert wird. Vorteil­ hafterweise kann dann eine Drehung des Mittengetriebes um diese Achse bei stärkeren Lenkeinschlägen die Lage der Elemente des Antriebs zueinander noch dahingehend verbessern, daß sehr große resultierende Lenkwinkel realisierbar sind. Dadurch kann die Einbuße im maximalen Lenkwinkel, die durch das Ein- und Ausfedern der Federbeine entsteht, mehr als kompensiert werden. Mit anderen Worten wird das Mittengetriebe dazu in die Lage versetzt, eine verdrehte Position einzunehmen, die es Antriebselementen wie zum Beispiel den Gelenkwellen (die mit Universalgelenken am Mittengetriebe und am Radantrieb befestigt sind) gestatten, Positionen einzunehmen, welche einen optimal vergrößerten Lenkwinkel zulassen. Der zusätzlich geschaffene Freiheitsgrad der Drehbewegung des Mittengetriebes gestattet demnach auch bei Verwendung herkömmlicher Antriebsbauteile noch eine Optimierung des resultierenden Lenkwinkels, der beispielsweise 45° erreichen kann. Damit wird die Manövrierfähigkeit entsprechend ausgestatteter Fahrzeuge wesentlich gesteigert.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mittengetriebe unter dem Rahmen an einer fest am Rahmen angebrachten Drehlagerung gelagert. Dabei kann das Mittengetriebe so gelagert werden, daß es sich mindestens um einen Winkel von etwa 10° in beiden Richtungen um die vertikale Achse drehen kann.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittengetriebe so an der Lenkung angeschlossen, daß es sich proportional entsprechend der Achslenkung entgegengesetzt zum Radeinschlag drehen kann, bzw. in dieser Weise auslenkbar ist. Durch diese Auslenkung entgegengesetzt zum Radeinschlag wird die notwendige Anordnungsfreiheit für die Antriebs-Gelenkwellen geschaffen, um den resultierenden hohen Lenkwinkel zu erzeugen. Es ist im Rahmen der Erfindung dabei denkbar, das Mittengetriebe ein- und entkoppelbar an die Lenkung anzuschließen, um den erfindungsgemäßen Lenkmechanismus gesteuert einsetzen zu können. Beispielsweise kann dabei das Auslenken des Mittengetriebes bei schneller Geradeausfahrt abgeschaltet und im Gelände oder bei enger Kurvenfahrt zugeschaltet werden.

Bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mittengetriebe über eine am Lenkhebel eines Rades angelenkte Kopplungsstange und einen an diese angelenkten Auslenkhebel auslenkbar. Speziell kann der mit der Kopplungsstange verbundene Lenkhebel derjenige Lenkhebel einer Achse sein, auf den die Lenkbewegung über eine Spurspange von dem gegenüberliegenden Radlenkhebel übertragen wird.

Um den resultierenden Lenkwinkel noch weiter steigern zu können, besteht erfindungsgemäß weiter die Möglichkeit, das Mittengetriebe horizontal versetzt vom Mittelpunkt der Achslinie fest anzuordnen, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne versetzt, um den Lenkwinkel weiter zu optimieren. Ferner ist es auch möglich das Mittengetriebe nach oben oder unten versetzt anzuordnen, um die Gelenkwinkel beim Ein- und Ausfedern der Räder zu optimieren. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Maßnahme können dann Lenkwinkel von ca. 48° verwirklicht werden, wie sie bei konventionellen Achsen nicht realisierbar sind.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer angetriebenen Achse mit einer erfindungsgemäßen Anordnung des Mittengetriebes;

Fig. 2 eine obere Ansicht einer Achse im ursprünglichen Zustand;

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 2 bei einer Kurvenfahrt mit festem Mittengetriebe bei 38° Radeinschlag;

Fig. 4 eine Ansicht einer erfindungsgemäß ausgestalteten Achse gemäß Fig. 4 für eine Kurvenfahrt mit ausgelenktem Mittengetriebe und max. Radeinschlag;

Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Mittengetriebe nach vorne versetzt fest, jedoch drehbar angeordnet ist, mit max. Einschlag bei ausgelenktem Mittengetriebe(Radeinschlag 48°), und

Fig. 6 eine detaillierte Lagedarstellung der Lenkungs- und Antriebsteile bei Geradeausfahrt und bei maximalem Einschlag in direkter Gegenüberstellung.

Die Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer gelenkten angetriebenen Achse zwischen den beiden Rädern 4 eines Fahrzeugs, hier eines Mobilkrans. Am Rahmen 18 sind die beiden Federbeine 7 angebracht, die die Räder 4 befestigen, welche damit einzeln aufgehängt sind und Radantriebe 3 mit Planetengetrieben aufweisen. Die Räder werden über die nach unten ausragenden Teile der Federbeine 7 gelenkt, und zwar über einen Lenkmechanismus, von dem in Fig. 1 ein Lenkhebel 10 und eine Spurstange 14 zu sehen sind. Die Funktion der Lenkung wird im einzelnen noch anhand der Fig. 6 beschrieben werden.

Der Antrieb der beiden Räder 4 erfolgt über die Gelenkwellen 2, die beidseitig mit Universalgelenken versehen sind. Das Antriebsmoment kommt hierbei von dem Mittengetriebe 1, das in herkömmlicher Weise mit dem Drehmoment des Motors versorgt wird.

Das Mittengetriebe 1 ist am Rahmen 18 über die Befestigung 5 fixiert, die an ihrem unteren Ende die Drehverbindung 6 aufweist. Diese Drehverbindung 6 koppelt also das Mittengetriebe drehbar an die Befestigung 5, und zwar in der Art, daß es sich um die vertikale Achse 20 in beiden Drehrichtungen auslenken läßt.

Diese Auslegung erfolgt bei der Lenkung über eine Koppelstange 8, die mit dem Lenkhebel des rechten Rades 4 verbunden und ebenfalls am Auslenkhebel 9 angelenkt ist, der wiederum an seinem anderen Ende fest auf dem Mittengetriebe 1 sitzt.

Mit dieser Konstruktion kann das Mittengetriebe 1 bei einem Lenkeinschlag durch den Auslenkhebel 9 um die Achse 20 erfindungsgemäß verdreht werden, um die angestrebten hohen Lenkeinschläge zu realisieren. Die später folgende Beschreibung zur Fig. 6 wird detaillierteren Aufschluß über die verwendete Lenkkinematik geben.

Anhand der Fig. 2 bis 5 soll nunmehr die prinzipielle Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden. Die Figuren sind jeweils Aufsichten auf eine Achse mit zwei einzeln aufgehängten, angetriebenen Rädern. Vereinfacht dargestellt wird gemäß den Fig. 2 bis 5 die Lenkbewegung über eine Lenkstange 13 auf einem Arm des Lenkhebels 10 des unteren Rades 4 übertragen, wie in den Fig. 3 bis 5 am deutlichsten erkennbar ist. Am anderen Arm des Lenkhebels 10 greift die Spurstange 14 an, welche die Lenkkraft auf den Lenkhebel des oberen Rades überträgt und dieses mitlenkt. Ganz allgemein gilt für die Darstellungen der Fig. 4 und 5, daß das Mittengetriebe 1 mit der Lenkung gekoppelt ist. Die Kopplung ist im einzelnen für eine Ausführungsform der Erfindung in Fig. 6 gezeigt und wird später detailliert erläutert. Anhand der Fig. 2 bis 5 wird aber im folgenden das Grundprinzip der Erfindung verständlich erläuterbar, ohne zu sehr in die Details zu gehen.

Die Fig. 2 zeigt einen Zustand, der die Achse ohne Beeinflussung durch einen besonderen Fahrzustand zeigt und den man "Urzustand" nennen könnte. Bezeichnet man die Verbindungslinie der beiden projezierten Radlenkachsen als Achslinie, so liegt die in dieser Ansicht punktförmig erscheinende vertikale Achse 20 des Mittengetriebes 1 in diesem "Urzustand" auf der Achslinie, und die Lenkstange 13, die Lenkhebel 10, die Spurstange 14 und die Gelenkwellen 2 sind bei nicht verdrehtem Mittengetriebe 1 so angeordnet, daß die Räder 4 nicht eingelenkt sind. Dies ist der Zustand dieser Achse bei der Geradeausfahrt.

Eine Achse mit Radeinschlag für eine Rechtskurve ist in der Fig. 3 dargestellt. Auch diese Rechtskurve wird noch ohne den maximal möglichen, durch Drehung des Mittengetriebes 1 unterstützten Lenkeinschlag gefahren, und es wird deutlich, daß bei einem solchen herkömmlichen "Volleinschlag" lediglich ein Lenkwinkel von 38° erzielbar wird. Der Lenkwinkel wird hier als Winkel zwischen der Drehachse des eingelenkten Rades und der Linie gemessen, die die beiden Punkte miteinander verbindet, um welche die Radlenkdrehung erfolgt. Diese liegen immer auf der jeweiligen Längsachse der Federbeine.

In den Fig. 4 und 5 wird nunmehr deutlich, wie sich der resultierende Lenkwinkel erfindungsgemäß durch ein drehbar gelagertes Mittengetriebe 1 vergrößern lässt. Die Fig. 4 zeigt hierbei einen Zustand, bei dem die vertikale Achse 20 des Mittengetriebes 1 auf der Linie liegt, die in dieser Projektion die Längsachsen der Federbeine 7, also die Rad-Lenkachsen verbindet. Auch hier ist der Zustand eines vollen Einschlages bei einer Rechtskurve dargestellt, jedoch wird hierbei ein resultierender Lenkwinkel von 45° erzielt. Dies liegt nun daran, daß das Mittengetriebe 1 erfindungsgemäß in seiner drehbaren Lagerung ausgelenkt wird, und zwar in einer Drehrichtung entgegengesetzt dem Radeinschlag. Wenn also in Fig. 4 die Räder sich entgegen dem Uhrzeigersinn drehen, wird das Mittengetriebe im Uhrzeigersinn um die vertikale Achse 20 gedreht und zwar bei der vorliegenden Ausführungsform etwa um 10°. Hierbei werden diejenigen Universalgelenke der Gelenkwellen 2, die direkt am Mittengetriebe 1 befestigt sind, in ihrer Längsposition verschoben; der obige Verbindungspunkt zwischen Mittengetriebe 1 und Gelenkwelle 2 rutscht in Fig. 4 weiter nach rechts (hinten), während der untere Verbindungspunkt zwischen Gelenkwelle 2 und Mittengetriebe 1 sich etwas nach links (vorne) bewegt. Diese Positionsverschiebung und die damit einhergehende Drehung der Gelenkwellen schaffen am jeweiligen Verbindungspunkt der Gelenkwellen mit dem Radantrieb jeweils einen gewissen Freiwinkel, der zu einem noch weiteren Einschlag der Räder genutzt werden kann. Die Universalgelenke an den Radantrieben erhalten also durch die Verdrehung des Mittengetriebes 1 einen zusätzlichen Bewegungsspielraum zum stärkeren Einschlagen der Räder 4.

Dadurch kann der resultierende hohe Lenkwinkel von 45° erzielt werden.

Noch weiter optimieren läßt sich der Lenkeinschlag bei einer Konstruktion, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Bei dieser Achse ist das Mittengetriebe so fixiert, daß die vertikale Achse 20 etwas vor der Verbindungslinie der projezierten Radlenkachsen 7 liegt. Dadurch wird eine weitere Verschiebung der Kinematik erreicht, die darin resultiert, daß das untere Rad 4 bis zu einem resultierenden Lenkwinkel von 48° ausgelenkt werden kann. Auch dies erfolgt bei einer Auslenkung des Mittengetriebes 1 von lediglich 10°.

Mit Hilfe der Fig. 6 wird nunmehr detailliert dargestellt, wie eine erfindungsgemäße Lenkung im einzelnen erfolgt. In dieser Fig. 6 sind zwei Zustände dargestellt, nämlich der eingelenkte Zustand in durchgezogenen Linien und der Zustand für Geradeausfahrt in unterbrochenen Linien, um die Positionsveränderungen der Bauteile sichtbar zu machen. Ausgehend von der hydraulischen Lenkung 17 wird über die Lenkstange 13 die Kraft auf den unteren Lenkhebel 10 auf dessen linken Arm übertragen. Ebenfalls an diesem linken Arm des Lenkhebels 10 ist der Lenkzylinder 11 angelenkt, der an seinem anderen Ende an einer festen Stelle im Fahrzeug gelenkig befestigt ist.

Über den rechten Arm des Lenkhebels 10 wird mittels der Spurstange 14 die Lenktätigkeit auf den oben dargestellten Lenkhebel 10' des anderen Rades übertragen. Hierdurch erfolgt die gleichsinnige Lenkung der beiden Räder 4.

Der Lenkhebel 10' weist ferner eine gelenkige Befestigungsstelle für die Koppelstange 12 auf, die wiederum an ihrem anderen Ende an dem Auslenkhebel 16 angelenkt ist. Dieser Auslenkhebel 16 ist dann an seinem anderen Ende fest mit dem Mittengetriebe 1 verbunden, so daß über die Drehung des Lenkhebels 10', die Koppelstange 12 und den Auslenkhebel 16 bei der Lenktätigkeit eine Verdrehung des drehbar gelagerten Mittengetriebes 1 erfolgt, und zwar in Drehrichtung immer gegensinnig zur Einschlagsrichtung der Räder. Durch die Verdrehung des Mittengetriebes wird erfindungsgemäß der erhöhte und optimierte maximale Radeinschlagswinkel erreicht, und zwar in der Weise, wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben wurde. Mit diesem erhöhten Einschlagswinkel der Räder wird eine entsprechende Verbesserung der Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs erreicht.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erhöhung der Lenkfähigkeit getriebener Achsen, bei der ein Mittengetriebe (1) das Antriebsmoment über Antriebswellen (2) auf gelenkte Räder (4) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittengetriebe (1) um eine vertikale Achse (20) drehbar gelagert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittengetriebe (1) unter dem Rahmen (18) an einer fest am Rahmen (18) angebrachten Drehlagerung (6) gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittengetriebe (20) so gelagert ist, daß es sich mindestens um einen Winkel von etwa 10° in beiden Richtungen um die vertikale Achse (20) drehen kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittengetriebe (1) an der Lenkung angeschlossen, insbesondere ein- und entkoppelbar angeschlossen, und proportional entsprechend der Achslenkung entgegengesetzt zum Radeinschlag auslenkbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittengetriebe (1) über eine am Lenkhebel (10, 10') eines Rades (4) angelenkte Kopplungsstange (12) und einen an diese angelenkten Auslenkhebel (16) auslenkbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Kopplungsstange (12) verbundene Lenkhebel (10') derjenige Lenkhebel einer Achse ist, auf den die Lenkbewegung über eine Spurstange (14) von dem gegenüberliegenden Radlenkhebel (10) übertragen wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittengetriebe (1) horizontal oder vertikal versetzt vom Mittelpunkt der Achslinie fest angeordnet ist, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne versetzt, um den Lenkwinkel weiter zu optimieren.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittengetriebe (1) derart auslenkbar ist, daß ein Lenkwinkel der Räder (4) von 45°, und bei optimierter Anordnung des Mittengetriebes (1) nach Anspruch 7 ein Lenkwinkel von 48° gegenüber der Achslinie erzielt wird.