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Die Erfindung betrifft eine Tandemachse und ein Fahrzeug, insbesondere ein Forstfahrzeug mit einer solchen Tandemachse.
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Tandemachsen, auch Bogie-Achsen genannt, werden in mehrachsigen Fahrzeugen, insbesondere in schweren selbstfahrenden Maschinen eingesetzt. Sie weisen einen zum Fahrzeugrahmen festen Achskörper und auf jeder Fahrzeugseite jeweils eine in Fahrzeuglängsrichtung gerichtete Achsschwinge mit der Geometrie eines Waagebalkens auf. Jede Achsschwinge ist um eine horizontale, quer zur Fahrzeuglängsachse gerichtete Achse frei schwenkbar am Achskörper angelenkt. Die Anlenkung befindet sich etwa in der Mitte der Achsschwinge, so dass diese ausgehend von der Anlenkung ein vorderes und ein hinteres freies Ende aufweist. Am vorderen und am hinteren freien Ende ist je ein Rad gelagert.
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Dieser Aufbau sorgt für eine Verteilung der Achslast auf typischerweise vier Räder und für einen gewissen Ausgleich von Bodenunebenheiten auch bei einer ungefederten Achse. Dies macht sie insbesondere auch für Forstfahrzeuge wie Harvester (Vollernter) und Forwarder (Rückefahrzeuge) geeignet.
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Die Radschwinge kann auch einen hydraulischen Aktor aufweisen, der sie verschwenkt halten kann, so dass ein Rad an einem Ende der Radschwinge angehoben ist, um den Reifenverschleiß auf Fahrten zu verringern, auf denen die volle Tragfähigkeit nicht benötigt wird. Die Fähigkeit der Tandemachse, in gewissem Maße Bodenunebenheiten auszugleichen, geht dann jedoch verloren.
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Bekannte Tandemachsen eignen sich vor allem für langsamfahrende Fahrzeuge und solche, die nur kurze Strecken zurücklegen. Denn die Fahrstabilität und den Komfort gefederter Achsen bieten sie nicht.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Technik mit verbessertem Fahrkomfort und erhöhter Stabilität zu schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Tandemachse und einem damit ausgestatteten Fahrzeug nach den beiliegenden Ansprüchen.
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Die beanspruchten Merkmale integrieren in eine wie oben erläutert aufgebaute Tandemachse eine Federung, vorzugsweise eine hydropneumatische, steuerbare Federung, mittels der sich Fahrkomfort, Fahrstabilität und insbesondere Wankstabilität nach Wunsch an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen lassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt:
- 1 ein Forstfahrzeug mit Tandemachsen,
- 2 eine Tandemachse, und
- 3 eine Hydraulikschaltung zur Steuerung einer Federung der Tandemachse nach 2.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen, gegebenenfalls ergänzt um die Buchstaben L, R, V und/oder H zur Kennzeichnung der entsprechenden Einbauposition links, rechts, vorne und/oder hinten an der Tandemachse. In der Beschreibung von Merkmalen, die für diese Teile an jeder Einbauposition gelten, sind die jeweiligen Bezugszeichen der leichteren Lesbarkeit wegen ohne Ergänzung der Buchstaben L, R, V, H genannt.
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Bezeichnungen von Richtungen wie „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“, „horizontal“, „vertikal“, „längs“ und „quer“ zur Fahrtrichtung beziehen sich auf die Orientierung des Fahrzeugs mit der Tandemachse bei bestimmungsgemäßer Verwendung, beispielsweise bei der Verwendung des Forstfahrzeugs beim Holzrücken.
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1 zeigt ein Forstfahrzeug 1, im vorliegenden Beispiel einen Forwarder mit Motor 2, Fahrerkabine 3, Kran 4 und Rungenkorb 5. Das Fahrzeug 1 weist einen Fahrzeugrahmen 6 auf, der in bekannter Weise mit einer Rahmenverwindung 7 und einer Knicklenkung 8 versehen ist. Der vordere Teil des Fahrzeugrahmens 6, vor der Rahmenverwindung 7 und Knicklenkung 8, trägt den Motor 2 und die Fahrerkabine 3. Der hintere Teil des Fahrzeugrahmens 6, hinter der Rahmenverwindung 7 und Knicklenkung 8, trägt den Kran 4 und den Rungenkorb 5. An jedem dieser Teile des Fahrzeugrahmens 6 ist jeweils eine Tandemachse 9, 10 montiert.
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Die vordere Tandemachse 10 ist in 2 im Detail gezeigt. Sie umfasst einen zum Fahrzeugrahmen 6 festen Achskörper 11 und auf jeder Fahrzeugseite, links und rechts, jeweils eine in Fahrzeuglängsrichtung (Fahrtrichtung der Achse und es Fahrzeugs) gerichtete Achsschwinge 12 mit der Geometrie eines Waagebalkens. Beide Achsschwingen 12 sind um eine gemeinsame, horizontale, quer zur Fahrzeuglängsrichtung gerichtete Schwenkachse 13 frei schwenkbar am Achskörper 11 angelenkt. Die Anlenkung an der Schwenkachse 13 befindet sich etwa in der Mitte der Achsschwinge 12, so dass diese ausgehend von der Schwenkachse 13 ein vorderes und ein hinteres freies Ende aufweist, an dem jeweils eine Radnabe 14 zur Montage eines Rads 15 gelagert ist.
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Jeweils ein Aktor 16, hier in Form eines Hydraulikzylinders 16 zwischen Fahrzeugrahmen 6 und Achsschwinge 12 steuert den Schwenkwinkel der jeweiligen Achsschwinge 12 um die Schwenkachse 13.
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3 zeigt eine Hydraulikschaltung zum Steuern des entsprechenderweise mit der linken und der rechten Achschwinge 12L, 12R mechanisch verbundenen linken und rechten Aktors 16L, 16R. Im Folgenden werden die hydraulischen Verbindungen zwischen den Bestandteilen der Hydraulikschaltung beschrieben.
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Die Hydraulikschaltung weist eine Hydraulikpumpe P und einen Tank T als Niederdruckreservoir für Hydraulikflüssigkeit auf. Die beiden Aktoren 16L und 16R auf der linken und rechten Fahrzeugseite sind doppelt wirkende, differenzial angeschlossene Hydraulikzylinder, deren beide Wirkflächen, d.h. eine Ringfläche und eine Kolbenfläche über entsprechende Wegeventile 21L und 21R mit Pumpe P und Tank T verbunden sind. Die Wegeventile 21L und 21R weisen jeweils vier Stellungen auf:
- eine Stellung, in der die beiden Wirkflächen des jeweiligen Aktors 16L und 16R überbrückt (kurzgeschlossen) und die entsprechende Achsschwinge 12L und 12R daher frei beweglich ist (Schwimmstellung),
- eine Stellung, in der eine Wirkfläche (hier die Ringfläche) des jeweiligen Aktors 16L und 16R mit der Pumpe P und die andere (hier die Kolbenfläche) mit dem Tank T verbunden ist und die entsprechende Achsschwinge 12L und 12R daher so geschwenkt wird, dass die vordere Radnabe 14LV, 14RV abgesenkt und die hintere Radnabe 14LH, 14RH angehoben wird, damit die Tandemachse nur auf den beiden vorderen Rädern 15LV, 15RV rollt,
- eine Stellung, in der, wie in 3 gezeichnet, alle Wirkflächen der Aktoren 16L und 16R von Pumpe und Tank getrennt sind und die Achsschwingen 12L, 12R daher in der erreichten Schwenkstellung gehalten werden (Sperrstellung), und
- eine Stellung, in der die andere Wirkfläche (hier die Kolbenfläche) des jeweiligen Aktors 16L und 16R mit der Pumpe P und die eine (hier die Ringfläche) mit dem Tank T verbunden ist und die entsprechende Achsschwinge 12L und 12R daher so geschwenkt wird, dass die hintere Radnabe 14LH, 14RH abgesenkt und die vordere Radnabe 14LV, 14RV angehoben wird, damit die Tandemachse nur auf den beiden hinteren Rädern 15LH, 15RH rollt, wie dies auch in 1 gezeigt ist.
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Außerdem sind die beiden Wirkflächen der Aktoren 16L, 16R über entsprechende weitere Wegeventile 22L, 22R mit dem Tank T und mit entsprechenden Hydraulikspeichern 23L, 23R verbunden. Vorteilhafterweise sind in die Verbindung zu den Hydraulikspeichern 23L, 23R Dämpfungsblöcke 24L, 24R eingefügt. Die Hydraulikspeicher 23L, 23R sind Druckspeicher, vorteilhafterweise Hydropneumatische Druckspeicher. Die Wegeventile 22L, 22R weisen jeweils zwei Stellungen auf:
- eine Stellung, in der sie, wie in 3 gezeichnet, keine Verbindung zwischen den Wirkflächen der Aktoren 16L, 16R und den Hydraulikspeichern 23L, 23R und dem Tank T herstellen und die Aktoren 16L, 16R daher ausschließlich wie oben beschrieben von den Wegeventilen 21L, 21R gesteuert werden (ausgeschaltete Federung), und
- eine Stellung, in der eine Wirkfläche (hier die Ringfläche) des jeweiligen Aktors 16L und 16R mit dem Tank T und die andere Wirkfläche (hier die Kolbenfläche) mit dem entsprechenden Hydraulikspeicher 23L bzw. 23R verbunden ist und die Hydraulikspeicher 23L und 23R der Tandemachse 1 eine hydropneumatische Federung verleihen (eingeschaltete Federung).
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Die zuletzt genannte Stellung der Wegeventile 22L, 22R mit eingeschalteter hydropneumatischer Federung wird vorteilhafterweise dann gewählt, wenn die Wegeventile 21L, 21R die Aktoren 16L, 16R zunächst so angesteuert hatten, dass die hinteren Räder 15LH, 15RH angehoben wurden und die Tandemachse nur auf den vorderen Rädern 15LV, 15RV rollt oder -wie in 1 dargestellt- die vorderen Räder 15LV, 15RV angehoben wurden und die Tandemachse nur auf den hinteren Rädern 15LH, 15RH rollt, und wenn die Wegeventile 21L, 21R dann in Sperrstellung gestellt wurden und die Achsschwingen 12L, 12R in dieser Schwenkstellung halten. Denn obwohl die Wegeventile 21L, 21R in Sperrstellung von sich aus keine weitere Bewegung der Achsschwingen 12L, 12R zulassen, erlauben die Hydraulikspeicher 23L, 23R verbunden über die Wegeventile 22L, 22R mit den Aktoren 16L, 16R eine federnde Bewegung der Achsschwingen 12L, 12R. In dieser Betriebsart ist ein Radpaar der Tandemachse angehoben und der Reifenverschleiß daher reduziert. Dabei erlaubt die Federung eine komfortable Fahrt über Bodenunebenheiten auch bei hoher Geschwindigkeit.
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Die Dämpfungsblöcke 24L, 24R drosseln den Strom von Hydraulikflüssigkeit zwischen den Wegeventilen 22L, 22R und den Hydraulikspeichern 23L, 23R und dämpfen so die hydropneumatische Federung. Sie können entfallen und die Wegeventile 22L, 22R direkt mit den Hydraulikspeichern 23L, 23R verbunden sein, wenn die Dämpfung nicht benötigt ist.
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In einer Abwandlung des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels können die Aktoren 16L und 16R bei eingeschalteter Federung auch in Kreuzschaltung miteinander verbunden sein, um die Wankstabilität des Fahrzeugs 1 zu erhöhen. Dazu ist der in 3 mit dem Tank T verbunden eingezeichnete Anschluss des rechten Wegeventils 22R stattdessen mit dem linken Hydraulikspeicher 23L zu verbinden (gegebenenfalls über den Dämpfungsblock 24L) und der in 3 mit dem Tank T verbunden eingezeichnete Anschluss des linken Wegeventils 22L stattdessen mit dem rechten Hydraulikspeicher 23R zu verbinden (gegebenenfalls über den Dämpfungsblock 24R). Jeder Hydraulikspeicher 23L, 23R ist auf diese Weise bei eingeschalteter Federung über die Wegeventile 22L, 22R mit der Kolbenfläche des jeweils einen und der Ringfläche des jeweils anderen Aktors 16L, 16R verbunden.
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In einer anderen Abwandlung des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels kann anstelle von zwei Hydraulikspeichern 23L und 23R auch ein einziger gemeinsamer Hydraulikspeicher vorhanden sein, mit dem beide Wegeventile 22L, 22R - gegebenenfalls über einen Dämpfungsblock- verbunden sind. In diesem Fall sollte, um das Fahrzeug wankstabil zu halten, die Bewegung der Verwindung 7 gesperrt werden, sobald die Wegeventile 22L, 22R die Federung einschalten.
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Das Forstfahrzeug weist eine (nicht gezeigte) automatische Steuerung auf, die bei Fahrbetrieb in Sperrstellung der Wegeventile 21L, 21R die Wegeventile 22L, 22R automatisch auf Verbindung zwischen den Aktoren 16L, 16R und den Hydraulikspeichern 23L, 23R schalten und damit die Federung automatisch einschalten und gegebenenfalls die Verwindung 7 automatisch sperren kann.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist lediglich die vordere Tandemachse 10 unter der Fahrerkabine 3 mit den Aktoren 16 versehen, um die Schwenkbewegung der Achsschwingen 12 wie oben beschrieben zu steuern. Dadurch wird dem Fahrer des Fahrzeugs ein komfortables und stabiles Fahrgefühl geboten. Die Achsschwingen der hinteren Tandemachse 9 unter dem Kran 4 und dem Rungenkorb 5 sind demgegenüber konventionell gelagert und können frei schwingen.
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Offenbart ist also eine Tandemachse 10 mit einem Achskörper 11 und einer Achsschwinge 12L; 12R, die gegenüber dem Achskörper 11 um eine Schwenkachse 13 schwenkbar ist und an ihren beiden Enden jeweils eine Radnabe 14LV, 14LH; 14RV, 14RH zur Montage eines Rads 15 trägt. Ein hydraulischer Aktor 16L; 16R dient dem Steuern des Schwenkwinkels der Achsschwinge 12L; 12R um die Schwenkachse 13. Mit dem Aktor 16L; 16R ist ein hydraulischer Druckspeicher gekoppelt, der mit dem Aktor 16L; 16R zusammenwirkt, um die Achsschwinge 12L; 12R in ihrer Schwenkbewegung um die Schwenkachse 13 federnd zu lagern.
