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Die Erfindung betrifft ein omnidirektionales Fahrzeug, aufweisend ein Fahrgestell, mehrere am Fahrgestell gelagerte Omnidirektionalräder, die zum Fortbewegen des omnidirektionalen Fahrzeugs ausgebildet und eingerichtet sind, und wenigstens eine Einzelradaufhängung, die ausgebildet ist, eines der Omnidirektionalräder federnd an dem Fahrgestell zu lagern, und die eine Schwinge umfasst, welche eine die Schwinge schwenkbar an dem Fahrgestell anlenkende Schwingenlagerung und eine das jeweilige Omnidirektionalrad drehbar an der Schwinge lagernde Radlagerung aufweist.
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Aus der
DE 37 33 695 A1 ist ein Fahrwerk für Flurförderzeuge bekannt, das zu seiner Steuerung in jede beliebige Richtung in der Ebene mit vier, mehrere Freiheitsgrade in der Ebene aufweisenden Rädern ausgerüstet ist, wobei die Räder mit einer den jederzeitigen Bodenkontakt aller Räder gewährleistenden Lagerung versehen sind. Das dortige Fahrwerk weist vier Räder auf, die am Umfang mit Rollkörpern ausgerüstet sind, deren Achsen schräg zu den Achsen der Räder verlaufen, wobei die vier Räder in bekannter Weise zueinander angeordnet sind. Jedes Rad ist mit einem eigenen Antrieb versehen. Die Verbindung zwischen dem Rahmen des Flurförderzeuges und den Rädern stellt jeweils eine Schwingenlagerung her. Diese Schwingenlagerung besteht aus einem Lager für eine Schwinge, die mit einer Grundplatte verbunden ist. Am Ende der Grundplatte ist über ein weiteres Element das Rad drehbar angeordnet. Zusätzlich ist auf der Oberseite der Grundplatte eine fluidische Dämpfung angeordnet, die an einer Unterseite des Flurförderzeuges anliegt.
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Aus der
WO 2008/122538 A1 ist ein omnidirektionales Fahrzeug bekannt, aufweisend einen Fahrzeugkörper und mehrere drehbar am Fahrzeugkörper angeordnete omnidirektionale Räder, von denen wenigstens eines der omnidirektionalen Räder mittels einer Einzelradaufhängung am Fahrzeugkörper angeordnet ist. Die Einzelradaufhängung ist dort beispielsweise eine lineargeführte Einheit oder eine Schwinge.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes omnidirektionales Fahrzeug mit einem verbesserten Fahrverhalten, insbesondere mit einer erhöhten Tragfähigkeit zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein omnidirektionales Fahrzeug, aufweisend ein Fahrgestell, mehrere am Fahrgestell gelagerte Omnidirektionalräder, die zum Fortbewegen des omnidirektionalen Fahrzeugs ausgebildet und eingerichtet sind, und wenigstens eine Einzelradaufhängung, die ausgebildet ist, eines der Omnidirektionalräder federnd an dem Fahrgestell zu lagern, und die eine Schwinge umfasst, welche eine die Schwinge schwenkbar an dem Fahrgestell anlenkende Schwingenlagerung und eine das jeweilige Omnidirektionalrad drehbar an der Schwinge lagernde Radlagerung aufweist, wobei die Radlagerung an der Schwinge in einem Abstand von der Schwingenlagerung angeordnet ist, bei dem sich die Schwenkachse der Schwingenlagerung innerhalb der Außenumfangskontur des Omnidirektionalrades erstreckt.
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Das omnidirektionale Fahrzeug kann neben dem Fahrgestell weitere Fahrzeugkomponenten, wie Aufbauten, Traggestelle, Halter und/oder zu bewegende Vorrichtungen, wie beispielsweise Hebebühnen, Staplervorrichtungen und/oder Industrieroboter aufweisen. In einer einfachen Ausgestaltung kann das Fahrgestell aus einer Rahmenkonstruktion gebildet werden, die beispielsweise aus verbundenen, insbesondere verschweißten Stahlträgern und/oder Stahlplatten bestehen kann. An dem Fahrgestell können ein oder mehrere zum Fortbewegen des omnidirektionalen Fahrzeugs erforderliche Komponenten befestigt oder gelagert sein, wie beispielsweise Speicher für elektrische Energie, wie Batterien oder Akkumulatoren, elektrische Steuervorrichtungen, hydraulische Speicher, Pumpen und Ventile, sowie Sensoren oder Befehlseingabemittel.
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Das Fahrgestell weist mehrere Omnidirektionalräder auf, die zum Fortbewegen des omnidirektionalen Fahrzeugs ausgebildet und eingerichtet sind. Die Omnidirektionalräder können insbesondere an zwei gegenüberliegenden Längsseiten an einem zumindest im Wesentlichen quaderförmigen Fahrgestell angeordnet sein. Dabei können auf jeder Seite mehrere Omnidirektionalräder insbesondere auf einer Spur laufend hintereinander am Fahrgestell angeordnet sein. Die Omnidirektionalräder können von nicht omnidirektional antreibbaren Laufrädern ergänzt werden, soweit dies die omnidirektionale Manövrierfähigkeit des omnidirektionalen Fahrzeugs nicht verhindert.
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Die Omnidirektionalräder können in unterschiedlichen Kombinationen ihrer Anordnung am Fahrgestell angetrieben oder nicht angetrieben ausgebildet sein.
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Jedes Omnidirektionalrad weist in der Regel einen drehbar gelagerten Radkörper auf, der insoweit als eine Art Felge bezeichnet werden kann, an dessen Außenumfangsbereich mehrere gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilt angeordnete antriebslose Rollen drehbar gelagert sind. Die antriebslosen Rollen sind derart am Radkörper drehbar gelagert, dass ihre Rollachsen sich in einem vom rechten Winkel abweichenden Winkel, insbesondere in einem 45-Grad-Winkel zur Drehachse des Radkörpers erstrecken. Ein Beispiel eines solchen Omnidirektionalrades ist das sogenannte Mecanum-Rad, wie es unter Anderem aus der
US 3,876,255 bekannt ist.
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Die Einzelradaufhängungen, mit denen die Omnidirektionalräder aufgehängt sind, bewirken, dass der Bodenkontakt der einzelnen Omnidirektionalräder im Vergleich zu starr aufgehängten Omnidirektionalrädern, wie dies bei konventionellen omnidirektionalen Fahrzeugen der Fall ist, verbessert wird. Dadurch wird die Gefahr, dass eines der Omnidirektionalräder den Bodenkontakt verliert, zumindest verringert, wodurch alle Räder des omnidirektionalen Fahrzeugs belastet bleiben. Dadurch kann die Gefahr einer Überbelastung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs verringert, wenn nicht sogar verhindert werden. Durch die verbesserte Bodenhaftung kann sich auch ein verbessertes spurtreues Fahrverhalten des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben.
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Die Einzelradaufhängungen erlauben es, die Omnidirektionalräder federnd an dem Fahrgestell zu lagern. Jede Einzelradaufhängung verfügt dazu über eine eigene Schwinge, welche einerseits schwenkbar an dem Fahrgestell gelagert ist und an welcher andererseits das jeweils zugeordnete Omnidirektionalrad drehbar gelagert ist. Durch eine Schwenkbewegung der Schwinge wird das jeweilige Omnidirektionalrad in seiner Höhenlage bezüglich des Fahrgestells verstellt. Jede Schwinge kann sich dabei mit ihrer Längserstreckung parallel zu den Längsseiten des Fahrgestells erstrecken, wobei die Schwinge um eine senkrecht zur Längsseite des Fahrgestells ausgerichtete Drehachse schwenkbar am Fahrgestell gelagert ist. Die Schwinge kann insoweit einen Längslenker bilden.
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Indem die Radlagerung an der Schwinge in einem Abstand von der Schwingenlagerung angeordnet ist, bei dem sich die Schwenkachse der Schwingenlagerung innerhalb der Außenumfangskontur des Omnidirektionalrades erstreckt, können mehrere Omnidirektionalräder besonders nahe nebeneinander an dem Fahrwerk gelagert werden. Durch eine besonders nahe Lagerung mehrerer Omnidirektionalräder hintereinander, kann bei gegebener Fahrgestellgröße eine erhöhte Anzahl von Omnidirektionalrädern vorgesehen werden. Eine erhöhte Anzahl von Omnidirektionalrädern pro Fahrwerk kann eine größere Tragfähigkeit des omnidirektionalen Fahrzeugs und/oder ein verbessertes Fahrverhalten, insbesondere eine verbesserte Traktion bewirken. Bei vorgegebener Tragfähigkeit für das omnidirektionale Fahrzeug können durch die Möglichkeit, eine größere Anzahl von Omnidirektionalrädern am Fahrgestell anzubringen, gegenüber bisherigen Ausführungen kleinere Omnidirektionalräder verwendet werden. Durch die Verwendung kleinerer Omnidirektionalräder kann das omnidirektionale Fahrzeug insgesamt tiefer gelegt werden und/oder zusätzlicher Bauraum an und in dem Fahrgestell gewonnen werden, um andere Komponenten, wie beispielsweise Batterien und Akkumulatoren, in größerer Kapazität und/oder Anzahl am omnidirektionalen Fahrzeug unterbringen zu können.
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Indem die Radlagerung an der Schwinge in einem Abstand von der Schwingenlagerung angeordnet ist, bei dem sich die Schwenkachse der Schwingenlagerung innerhalb der Außenumfangskontur des Omnidirektionalrades erstreckt, liegt die Schwingenlagerung bzw. die Schwenkachse der Schwingenlagerung insoweit in einem Abstand von der Drehachse der Radlagerung entfernt, die kleiner ist, als der Außenumfangsradius des Omnidirektionalrades. Anderes ausgedrückt liegt in einer Draufsicht auf die nach außen weisende Stirnseite des Omnidirektionalrades die Schwenkachse der Schwingenlagerung oder sogar die gesamte Schwingenlagerung zumindest weitgehend oder sogar vollständig optisch verborgen hinter dem Omnidirektionalrad.
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In einer Ausführung kann die Schwinge eine dem Fahrgestell zugewandte Schwingenrückseite aufweisen und die Schwingenlagerung einen von der Schwingenrückseite vorspringenden Lagerzapfen aufweisen, der in einem mit dem Fahrgestell verbundenen Schwingenlagersitz schwenkbar gelagert ist. Die Schwinge ist in dieser Ausführung mittels der Schwingenlagerung in Art eines Längslenkers schwenkbar am Fahrgestell gelagert. Das Schwingenlager umfasst den an der Schwinge vorgesehenen Lagerzapfen, den am Fahrgestell vorgesehenen Schwingenlagersitz, in den der Lagerzapfen der Schwinge eingreift, sowie gegebenenfalls weitere zwischen Lagerzapfen und Schwingenlagersitz angeordnete Lagerelemente, wie beispielsweise Gleitlagersitze, Wälzlager und/oder elastische Lagereinsätze. Der Schwingenlagersitz kann zumindest im Wesentlichen oder sogar vollständig innerhalb der Kontur des Fahrgestells aufgenommen sein. Insoweit steht der Schwingenlagersitz nur geringfügig oder gar nicht über die jeweilige Längsseite des Fahrgestells nach außen hinaus, wodurch eine sehr kompakte Bauform erreicht wird. Insbesondere kann durch eine solche weitgehende oder sogar vollständige Integration des Schwingenlagersitzes in das Fahrgestell, die Schwinge besonders nahe zur Längsseite des Fahrgestells, d. h. nur mit einem geringen Spalt von der Längsseite des Fahrgestells entfernt, an dem Fahrgestell schwenkbar angeordnet sein.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausführung kann die Schwinge eine vom Fahrgestell wegweisende Schwingenvorderseite, insbesondere eine der Schwingenrückseite gegenüberliegende Schwingenvorderseite aufweisen, an der das Omnidirektionalrad gelagert ist. In einer solchen Ausführung ist die Schwinge insoweit vollständig zwischen der Längsseite des Fahrgestells und der Rückseite des jeweiligen Omnidirektionalrades schwenkbar angeordnet. Der Abstand der Rückseite des jeweiligen Omnidirektionalrades von der Längsseite des Fahrgestells wird, abgesehen von geringen Spalten, die ein freies Schwingen der Einzelradaushängungen sicherstellen, nur von der Breite der Schwinge bestimmt. In allen erfindungsgemäßen Bauarten kann deshalb die Schwinge in ihrer Breite besonders schmal ausgeführt werden, wodurch die Omnidirektionalräder besonders nahe an dem Fahrgestell gelagert werden können, wodurch die Gesamtbreite des omnidirektionalen Fahrzeugs kompakt gehalten werden kann und/oder bei vorgegebener Spurbreite das Fahrgestell besonders breit ausgeführt werden kann, wodurch zusätzlicher Raum innerhalb des Fahrgestells geschaffen wird, in dem weitere Fahrzeugkomponenten untergebracht werden können.
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In einer ersten Variante kann das Omnidirektionalrad antriebslos ausgeführt sein. Dabei kann die Radlagerung einen mit der Schwinge fest verbundenen Achszapfen aufweisen, auf dem das Omnidirektionalrad drehbar, insbesondere antriebsfrei drehbar gelagert ist. Dazu kann das Omnidirektionalrad einen Radkörper aufweisen, an dem eine Radnabe ausgebildet ist. Die Radnabe ist drehbar auf dem mit der Schwinge fest verbundenen Achszapfen gelagert. Für eine drehbare Lagerung des Omnidirektionalrades bzw. der Radnabe auf dem Achszapfen können dem Fachmann an sich bekannte Lagerelemente, wie beispielsweise Gleitlagersitze und/oder Wälzlager vorgesehen sein.
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In einer zweiten Variante kann das Omnidirektionalrad angetrieben ausgeführt sein. Dabei kann die Radlagerung einen mit der Schwinge fest verbundenen Flansch aufweisen, an dem ein Motor befestigt ist, der eine Motorwelle aufweist, wobei an der Motorwelle das Omnidirektionalrad drehantreibbar befestigt ist. Alternativ kann die Radlagerung einen mit der Schwinge fest verbundenen Flansch aufweisen, an dem ein Antrieb befestigt ist, der einen Motor und ein an den Motor angekoppeltes Getriebe umfasst, das eine Getriebewelle aufweist, wobei an der Getriebewelle das Omnidirektionalrad drehantreibbar befestigt ist. In beiden Alternativen kann der Motor ein elektrischer Motor oder ein Hydraulikmotor sein. In der ersten Alternative, in der das Omnidirektionalrad direkt auf der Motorwelle sitzt, wird ein Direktantrieb bereitgestellt, wo hingegen im Falle der zweiten Alternative, in der das Omnidirektionalrad auf einer Getriebeausgangswelle sitzt, die Motorwelle mit einer Getriebeeingangswelle verbunden ist, wodurch eine Übersetzung der Drehzahl des Motors in eine andere, insbesondere reduzierte Drehzahl des Omnidirektionalrades bereitgestellt wird. In der zweiten Alternative, bei der das Omnidirektionalrad auf einer Getriebeausgangswelle sitzt, kann sowohl das Omnidirektionalrad, als auch das Getriebe und der Motor auf der Schwinge sitzen, so dass auch Getriebe und Motor durch eine Bewegung der Schwinge mitgeschwenkt werden.
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In allen Ausführungen von erfindungsgemäßen omnidirektionalen Fahrzeugen kann jede Schwinge an einer der Schwingenlagerung gegenüberliegenden Seite der Radlagerung eine Stützlagerstelle aufweisen, an der eine sich gegen das Fahrgestell abstützende Federvorrichtung, insbesondere eine Feder-Dämpfer-Vorrichtung angekoppelt ist. Die Schwinge bildet in diese Ausführung einen Hebelarm, der mittels der Schwingenlagerung an dem Fahrgestell angelenkt ist. Die Schwinge weist dabei insoweit eine erste, insbesondere kurze Hebellänge auf, die durch den Abstand der Drehachse der Radlagerung von der Schwenkachse der Schwingenlagerung gebildet wird. Die Schwinge weist außerdem eine zweite, insbesondere lange Hebellänge auf, die durch den Abstand des Angriffspunktes bzw. einer Stützgelenksdrehachse der Stützlagerstelle von der Schwenkachse der Schwingenlagerung gebildet wird. Unter einer kurzen Hebellänge ist zu verstehen, dass der Abstand der Drehachse der Radlagerung von der Schwenkachse der Schwingenlagerung kleiner und insoweit kürzer ist, als der Abstand des Angriffspunktes der Stützlagerstelle von der Schwenkachse der Schwingenlagerung. Unter einer langen Hebellänge ist demgemäß zu verstehen, dass der Abstand des Angriffspunktes der Stützlagerstelle von der Schwenkachse der Schwingenlagerung größer und insoweit länger ist, als der Abstand der Drehachse der Radlagerung von der Schwenkachse der Schwingenlagerung. Die Federvorrichtung kann in einfachen Fällen beispielsweise durch eine dem Fachmann an sich bekannte Druckfederwendel, einer Blattfeder, einem Gummikörper oder einer Luftfeder gebildet werden. Im Fall, dass die Federvorrichtung eine Feder-Dämpfer-Vorrichtung ist, kann diese beispielsweise durch ein dem Fachmann aus der Kraftfahrzeugtechnik an sich bekanntes Federbein gebildet werden, das eine Druckfederwendel und einen insbesondere hydraulischen Schwingungsdämpfer umfassen kann. Die Federvorrichtung kann jedoch auch eine Gasdruckfeder oder ein Gasdruckdämpfer sein. Die Stützlagerstelle kann beispielsweise durch ein Lagerauge der Schwinge gebildet werden, in welche ein Achsstummel der Federvorrichtung drehbeweglich eingreift. Der Achsstummel der Federvorrichtung kann dabei beispielsweise mittels eines Gleitlagers in dem Lagerauge der Schwinge drehbeweglich gelagert sein.
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Die Stützlagerstelle kann an der Schwinge in einem Abstand von der Radlagerung angeordnet sein, bei dem sich die Stützgelenksdrehachse der Stützlagerstelle innerhalb der Außenumfangskontur des Omnidirektionalrades erstreckt. Die Stützlagerstelle bzw. die Stützgelenksdrehachse liegt insoweit in einem Abstand von der Drehachse der Radlagerung entfernt, die kleiner ist, als der Außenumfangsradius des Omnidirektionalrades. Anderes ausgedrückt liegt in einer Draufsicht auf die nach außen weisende Stirnseite des Omnidirektionalrades die Stützlagerstelle zumindest weitgehend oder sogar vollständig optisch verborgen hinter dem Omnidirektionalrad.
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Indem die Stützlagerstelle an der Schwinge in einem Abstand von der Radlagerung angeordnet ist, bei dem sich die Stützgelenksdrehachse der Stützlagerstelle innerhalb der Außenumfangskontur des Omnidirektionalrades erstreckt, können mehrere Omnidirektionalräder besonders nahe nebeneinander an dem Fahrwerk gelagert werden. Durch eine besonders nahe Lagerung mehrerer Omnidirektionalräder hintereinander, kann bei gegebener Fahrgestellgröße eine erhöhte Anzahl von Omnidirektionalrädern vorgesehen werden. Eine erhöhte Anzahl von Omnidirektionalrädern pro Fahrwerk kann eine größere Tragfähigkeit des omnidirektionalen Fahrzeugs und/oder ein verbessertes Fahrverhalten, insbesondere eine verbesserte Traktion bewirken. Bei vorgegebener Tragfähigkeit für das omnidirektionale Fahrzeug können durch die Möglichkeit, eine größere Anzahl von Omnidirektionalrädern am Fahrgestell anzubringen, gegenüber bisherigen Ausführungen kleinere Omnidirektionalräder verwendet werden. Durch die Verwendung kleinerer Omnidirektionalräder kann das omnidirektionale Fahrzeug insgesamt tiefer gelegt werden und/oder zusätzlicher Bauraum an und in dem Fahrgestell gewonnen werden, um andere Komponenten, wie beispielsweise Batterien und Akkumulatoren, in größerer Kapazität und/oder Anzahl am omnidirektionalen Fahrzeug unterbringen zu können.
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Das omnidirektionale Fahrzeug kann in allen verschiedenen Ausführungen eine Stellvorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die Schwinge aktiv zu verstellen. Eine aktive Verstellung kann beispielsweise durch eine aktive Längenverstellung der abstützenden Federvorrichtung, insbesondere der Feder-Dämpfer-Vorrichtung erfolgen. Indem die Länge der Federvorrichtung bzw. der Feder-Dämpfer-Vorrichtung verstellt wird, kann die Bodenfreiheit des omnidirektionalen Fahrzeugs verändert, d. h. unterschiedlich eingestellt werden. Dazu können die Omnidirektionalräder beispielsweise durch dem Fachmann an sich bekannte Gewindefahrwerksbauteile an dem Fahrgestell gelagert sein. Jedes einzelne Omnidirektionalrad kann entweder separat, in mehreren Gruppen von wenigstens zwei Omnidirektionalrädern oder alle Omnidirektionalräder können gemeinsam aktiv verstellbar ausgebildet sein. Indem das omnidirektionale Fahrzeug eine Stellvorrichtung aufweist, die ausgebildet ist, die Schwinge aktiv zu verstellen, können Bodenunebenheiten ausgeglichen werden. Alternativ oder ergänzend kann durch eine solche Stellvorrichtung auch das Niveau des omnidirektionalen Fahrzeugs verändert werden und/oder eine von der Horizontalen abweichende Anstellung des omnidirektionalen Fahrzeugs erreicht werden.
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Wenn wenigstens drei Omnidirektionalräder mittels einer Einzelradaufhängung an dem Fahrgestell über jeweils eine Schwinge federnd gelagert sind und eine Stellvorrichtung, wie beschrieben, jeweils eine der jeweiligen Schwinge zugeordnete Hubeinrichtung oder eine sich gegen das Fahrgestell abstützende Federvorrichtung, insbesondere eine Feder-Dämpfer-Vorrichtung und eine insbesondere gemeinsame Steuervorrichtung umfasst, kann die Steuervorrichtung ausgebildet sein, die wenigstens drei Schwingen unabhängig voneinander zu verstellen, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, die wenigstens drei Schwingen durch Ansteuern der Hubeinrichtung oder der sich gegen das Fahrgestell abstützende Federvorrichtung, insbesondere Feder-Dämpfer-Vorrichtung derart aufeinander abgestimmt aktiv zu verstellen, so dass die Radlasten zumindest annähernd oder vollständig gleichmäßig auf die wenigstens drei Omnidirektionalräder, insbesondere auf alle Omnidirektionalräder verteilt sind. Durch eine solche frei wählbare Verschaltungsmöglichkeit der einzeln aufgehängten Omnidirektionalräder beispielsweise mittels Hydraulikzylindern oder Gasdruckfedern können immer drei Gruppen von Omnidirektionalrädern zu einem Dreibein zusammengefasst werden und so die Toleranz gegenüber Bodenunebenheiten erhöht werden.
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In allen beschriebenen Ausführungen kann das Omnidirektionalrad einen um eine Radachse drehbaren Radkörper aufweisen, an dessen Außenumfangsbereich mehrere gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilt angeordnete Rollen drehbar gelagert sind, deren Rollenachsen sich in einem vom rechten Winkel abweichenden Winkel, insbesondere in einem 45-Grad-Winkel zur Radachse erstrecken. Jedes Omnidirektionalrad weist dabei in der Regel einen drehbar gelagerten Radkörper auf, der insoweit als eine Art Felge bezeichnet werden kann, an dessen Außenumfangsbereich mehrere gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilt angeordnete antriebslose Rollen drehbar gelagert sind. Die antriebslosen Rollen sind derart am Radkörper drehbar gelagert, dass ihre Rollachsen sich in einem 45-Grad-Winkel zur Drehachse des Radkörpers erstrecken. Ein Beispiel eines solchen Omnidirektionalrades ist das sogenannte Mecanum-Rad, wie es unter anderem aus der
US 3,876,255 bekannt ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können unabgängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in Kombination betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein beispielhaftes omnidirektionales Fahrzeug mit erfindungsgemäßen Omnidirektionalrädern,
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2 eine perspektivische Teilschnittdarstellung des omnidirektionalen Fahrzeugs gemäß 1 im Bereich zweiter beispielhafter Omnidirektionalräder, die mittels jeweils einer erfindungsgemäßen Schwinge an dem Fahrgestell gelagert sind,
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3 eine Horizontalschnittansicht auf die Lagerung der Schwingen der beiden Omnidirektionalräder gemäß 2 an dem Fahrgestell mit den beiden geschnitten dargestellten Omnidirektionalrädern, und
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4 eine Seitenansicht auf die Lagerung der Schwingen der beiden Omnidirektionalräder gemäß 2 an dem Fahrgestell.
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Die 1 zeigt ein beispielhaftes omnidirektionales Fahrzeug 1 in einer Ansicht von oben. Das omnidirektionale Fahrzeug 1 weist ein Fahrgestell 2 auf. Das Fahrgestell 2 weist einen aus Stahlhalbzeugen gefertigten Rahmen auf. An dem Rahmen bzw. innerhalb des Rahmens sind neben anderen Komponenten insbesondere Lastaufnahmemittel 3, eine Steuerungsvorrichtung 4, sowie für eine automatisierte Navigation eingerichtete Sensoren 5, insbesondere Abstandssensoren und/oder Lasersensoren angeordnet. Das Fahrgestell 2 weist zwei gegenüberliegende Längsseiten 6a, 6b auf. An jeder Längsseiten 6a, 6b des Fahrgestells 2 sind mehrere Omnidirektionalräder 7 auf einer Spur laufend hintereinander am Fahrgestell angeordnet. Die Omnidirektionalräder 7 sind zum Fortbewegen des omnidirektionalen Fahrzeugs 1 ausgebildet und eingerichtet. Die Omnidirektionalräder 7 sind insoweit an den zwei gegenüberliegenden Längsseiten 6a, 6b des im Wesentlichen quaderförmigen Fahrgestells 2 angeordnet. Durch eine erste Verbindungslinie L1 ist schematisch eine Zusammenschaltung einer ersten Gruppe von mehreren Omnidirektionalrädern 7 aufgezeigt. Diese erste Gruppe von mehreren Omnidirektionalrädern 7 umfasst drei Omnidirektionalräder 7 auf der einen Längsseite 6a und drei Omnidirektionalräder 7 auf der anderen Längsseite 6b, wobei ein einzelnes jeweils randseitiges Omnidirektionalrad 7 in einem deutlichen Achsabstand von den anderen beiden, ein Räderpaar bildenden Omnidirektionalrädern 7 an dem Fahrgestell 2 gelagert sind. Eine zweite Gruppe von Omnidirektionalrädern 7 wird im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels durch fünf auf einer Spur angeordneten auf der einen Längsseite 6a in einer Spur eng aneinander stehend an dem Fahrgestell 2 gelagerten Omnidirektionalrädern 7 gebildet. Eine dritte Gruppe von Omnidirektionalrädern 7 wird im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels durch fünf auf einer Spur angeordneten auf der anderen Längsseite 6b in einer Spur eng aneinander stehend an dem Fahrgestell 2 gelagerten Omnidirektionalrädern 7 gebildet. Zur gleichmäßigen Aufteilung der Last auf die Omnidirektionalräder 7 können bei unebenem Untergrund so alle Omnidirektionalräder 7 in drei Gruppen zu einem Dreibein zusammengefasst werden. Durch eine solche Verschaltungsmöglichkeit der einzeln aufgehängten Omnidirektionalräder 7 können beispielsweise mittels Hydraulikzylindern oder Gasdruckfedern immer drei Gruppen zu einem Dreibein zusammengefasst werden und so die Toleranz gegenüber Bodenunebenheiten erhöht werden.
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In der 2 ist das omnidirektionale Fahrzeug 1 gemäß 1 im Bereich zweiter beispielhafter Omnidirektionalräder 7 ausschnittsweise gezeigt. Das in der 2 links dargestellte Omnidirektionalrad 7 ist als ein angetriebenes Omnidirektionalrad 7 ausgebildet. Das in der 2 rechts dargestellte Omnidirektionalrad 7 ist antriebslos ausgebildet.
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Jedes Omnidirektionalrad 7 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen um eine Radachse R drehbaren Radkörper 8 auf. An einem Außenumfangsbereich des Radkörpers 8 sind jeweils mehrere gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilt Rollen 9 angeordnet. Die Rollen 9 sind drehbar am jeweiligen Radkörper 8 gelagert. Dazu weist jede Rolle 9 an ihren beiden gegenüberliegenden Stirnenden jeweils ein Drehlager 10 auf, durch welche Drehlager 10 die Rollen 9 um ihre Rollenachsen A frei drehbar an dem jeweiligen Radkörper 8 gelagert sind. Jede Rollenachse A erstreckt sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eines Mecanumrades in einem vom rechten Winkel abweichenden Winkel, nämlich in einem 45-Grad-Winkel zur Radachse R.
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Jedes Omnidirektionalrad 7 ist mittels jeweils einer erfindungsgemäßen Schwinge 11 an dem Fahrgestell 2 gelagert. Die Schwinge 11 ist mittels einer Schwingenlagerung 12 schwenkbar an dem Fahrgestell 2 anlenkt. Die Schwinge 11 weist eine dem Fahrgestell 2 zugewandte Schwingenrückseite 11a auf. Von dieser Schwingenrückseite 11a springt ein Lagerzapfen 16 vor, der in einem mit dem Fahrgestell 2 verbundenen Schwingenlagersitz 17 schwenkbar gelagert ist.
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Außerdem ist die Schwinge 11 an einer der Schwingenlagerung 12 gegenüberliegenden Seite einer Radlagerung 13 mittels einer Stützlagerstelle 14 abgestützt, an der eine sich gegen das Fahrgestell 2 abstützende Federvorrichtung 15, insbesondere eine Feder-Dämpfer-Vorrichtung 15a angekoppelt ist.
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In der 3 sind die Lagerung der Schwingen 11 der beiden Omnidirektionalräder 7 gemäß 2 an dem Fahrgestell 2 nochmals dargestellt und zwar mit den beiden geschnitten dargestellten Omnidirektionalrädern 7 in einer abgeflanschten Position. Das in der 3 links dargestellte Omnidirektionalrad 7 ist als ein angetriebenes Omnidirektionalrad 7 ausgebildet. Das in der 3 rechts dargestellte Omnidirektionalrad 7 ist antriebslos ausgebildet.
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Sowohl in der Ausführung als angetriebenes Omnidirektionalrad 7 als auch in der antriebslosen Ausführung umfasst die jeweilige Schwinge 11 eine Schwingenlagerung 12 und eine Radlagerung 13. Die Radlagerung 13 lagert das jeweilige Omnidirektionalrad 7 drehbar an der Schwinge 11. Die Radlagerung 13 ist dabei an der Schwinge 11 in einem Abstand A von der Schwingenlagerung 12 angeordnet, bei dem sich die Schwenkachse S der Schwingenlagerung 12 innerhalb der Außenumfangskontur U des Omnidirektionalrades 7 erstreckt. Dies bedeutet, dass die Schwingenlagerung 12 bzw. die Schwenkachse S der Schwingenlagerung 12 insoweit in einem Abstand A von der Drehachse R der Radlagerung 13 entfernt liegt, die kleiner ist, als der Außenumfangsradius V des Omnidirektionalrades 7.
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Jedes Omnidirektionalrad 7 ist an einer vom Fahrgestell 2 wegweisende Schwingenvorderseite 11b, die der Schwingenrückseite 11a der Schwinge 11 gegenüberliegt, gelagert.
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In der antriebslosen Ausführung, wie in 3 rechter Hand dargestellt, weist die Radlagerung 13 einen mit der Schwinge 11 fest verbundenen Achszapfen 18 auf, auf dem das Omnidirektionalrad 7 mittels einer Wälzlageranordnung 19 frei drehbar gelagert ist. Die Wälzlageranordnung 19 besteht im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels aus zwei Kegelrollenlagern 20a, 20b, die in einer X-Anordnung angestellt verbaut sind. Die beiden Kegelrollenlager 20a, 20b weisen einen gemeinsamen Außenring 21 auf, der gleichzeitig auch eine Aufnahme 22 zur Befestigung des Omnidirektionalrades 7 mittels Radschrauben 23 bildet.
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In der angetriebenen Ausführung, wie in 3 linker Hand dargestellt, weist die Radlagerung 13 einen mit der Schwinge 11 fest verbundenen Flansch 24 auf, an dem im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels ein Getriebe 25 befestigt ist. An einer Eingangswelle 26 des Getriebes 25 ist eine Motorwelle 26 eines Motors 27 angekoppelt. Das Getriebe 25 bildet zusammen mit dem Motor 27 einen Antrieb 28 für das angetriebene Omnidirektionalrad 7. An einer Getriebewelle 29, die eine Ausgangswelle des Getriebes 25 bildet, ist das Omnidirektionalrad 7 drehantreibbar befestigt.
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In der 4 sind in einer Seitenansicht die Stützlagerstellen 14 dargestellt, die an der Schwinge 11 in einem Abstand von der Radlagerung 13 angeordnet sind. Die Stützgelenksdrehachse D der Stützlagerstelle 14 erstrecken sich innerhalb der Außenumfangskontur U des Omnidirektionalrades 7.
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Das omnidirektionale Fahrzeug 1 gemäß der dargestellten Ausführungsbeispiel weist außerdem eine Stellvorrichtung auf, die ausgebildet ist, die Schwinge 11 aktiv zu verstellen.
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Dazu sind die Omnidirektionalräder 7 mittels einer Einzelradaufhängung an dem Fahrgestell 2 über jeweils eine Schwinge 11 federnd gelagert. Die Stellvorrichtung umfasst jeweils eine der jeweiligen Schwinge 11 zugeordnete Hubeinrichtung oder eine sich gegen das Fahrgestell 2 abstützende Federvorrichtung 15, insbesondere eine Feder-Dämpfer-Vorrichtung 15a und eine insbesondere gemeinsame Steuervorrichtung 4. Die Steuervorrichtung 4 ist dabei ausgebildet, die wenigstens drei Schwingen 11 unabhängig voneinander zu verstellen und sie ist eingerichtet, die wenigstens drei Schwingen 11 durch Ansteuern der Hubeinrichtung oder der sich gegen das Fahrgestell 2 abstützende Federvorrichtung 15, insbesondere Feder-Dämpfer-Vorrichtung 15a derart aufeinander abgestimmt aktiv zu verstellen, dass die Radlasten zumindest annähernd oder vollständig gleichmäßig auf die wenigstens drei Omnidirektionalräder 7, insbesondere auf alle Omnidirektionalräder 7 verteilt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3733695 A1 [0002]
- WO 2008/122538 A1 [0003]
- US 3876255 [0009, 0023]
