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Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse für große
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Landfahrzeuge wie Radlader (wheel loaders), die Antriebskomponenten
innerhalb von Naben an den Achs-Außenenden aufweisen und mit Naß-Scheibenbremsen
(wet disc brakes) innerhalb der Naben ausgestattet sind, und nsbesondere das Schmier-
und Kühlsystem für die Achse bzw.
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die Scheibenbremse.
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Eine bekannte Achsenanordnung ist aus dem US-Patent 4 465 169 ersichtlich.
Dort weist das Außenende der Achsanordnung einen Hohlraum auf, der eine Planeten-Antriebsgetriebeanordnung
und eine flüssigkeitsbetätigte Bremse zum Abbremsen der Antriebswelle oder des Sonnenrades
in bezug auf die Achse aufnimmt. Diese Bremse ist eine Haß-Scheibenbremse, die durch
eine hydraulische Flüssigkeit sowohl betätigt, als auch gekühlt wird. Die Schmieren
der Antriebskomponenten, die Kühlung und Betätigung wird durch die Getriebeflüssigkeit
des Fahrzeuges besorfrt.
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In anderen Patenten, wie beispielsweise in den US-Patenten 4 037 694
und 4 142 615 erfolgt die Schmierung der Antriebskomponenten und die Kühlung der
Bremsen durch ein Schmiermittelsumpf in dem Planetenantriebshohlraum, während die
Bremsbetätigung über ein getrenntes Hydraulisystem erfolgt.
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Die Anwendung zweier getrennter Flüssigkeitskreise, einer zum Kühlen
und Betätigen der Bremse, der andere zum Schmieren der Antriebskomponenten, erfordert,
daß die Flüssigkeiten in den getrennten Kreisen voneinander getrennt bleiben.
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Wenn sich die Flüssigkeiten durchmengen, werden sie verunreinigt.
Dies ist insbesondere dann schädlich, wenn die Bremsbetätigungs- und-KUhlflüssigkeit
die Getriebeflüssigkeit des Fahrzeugs ist, wie dies bei der bevorzugten Ausführungsform
der Fall ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dafür zu sorgen,
daß sich die beiden genannten Flüssigkeiten in Antriebssystemen der eingangs genannten
Art nicht vermischen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Dichtungen und
ein Hilfsablaßsystem vorgesehen ist, welches Flüssigkeit des einen Kreises, die
die Dichtungen umgeht, zurückhält, bevor sie sich mit Flüssigkeit des anderen Kreises
vermischt.
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Dementsprechend ist die Naß-Scheibenbremsanordnung filr ein Achsaußenende
mit einem Achsengehäuse gekennzeichnet durch eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte
Radnabe, eine Vorrichtung, die die Radnabe in Drehung versetzt, eine Scheibenbremsenanordnung'mit
einem Bremsengehäuse und einem darin befindlichen Scheibensatz, welcher eine Reihe
in Axialrichtung bewegbarer erster Scheiben mit radial nach außen ragenden und in
einem Axial-Gleitsitz in Führungen am Bremsgehäuse sitzenden Ansätzen, sowie eine
Reihe in Axialrichtung bewegbarer zweiter, jeweils zwischen den ersten Scheiben
angeordneter Scheiben, die radial nach innen ragende Ansätze aufweisen, umfaßt,
wobei
die Rednabe ein Bremsnabenteil aufweist, das in dos Bremsgehäuse
hineinreicht, um den Scheibensatz mit der Radnabe über einen Axial-Gleitsitz der
radial nach innen ragenden Ansätze der zweiten Scheiben in Führungen ifl dem Bremsenteil
zu verbinden, einen ersten Flüssigkeitskreis mit einer Leitung, die mit einem Vorrat
von Kühlflüssigkeit verbunden ist und die Flüssigkeit am Einlaß eines Durchlasses
im Bremsgehäuse bereitstellt, damit die Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses zur Kühlung
des darin angeordneten Scheibensatzes zirkuliert, und mit einem Auslaß für die Kühlflüssigkeit
aus dem Bremsgehäuse verbunden ist, einen zweiten Flüssigkeitskreis zur Zirkulation
einer Schmierflüssigkeit um die Achse, um die Achsanordnung zu schmieren, Dichtungen
zwischen dem ersten und zweiten Flüssigkeitskreis, die ein Fließen der Schmierflüssigkeit
in den ersten Flüssigkeitskreis und der Kühlflüssigkeit in den zweiten Flüssigkeitskreis
verhindern, und ein Hilfsablaßsystem mit einem Hohlraum, welcher auf einem Druck
unterhalb des Druckes im ersten und zweiten Flüssigkeitskreis gehalten wird, wobei
dieser Unterdruckraum stromabwärts der Dichtungen angeordnet ist, um Kühl- oder
Schmierflüssigkeit aufzufangen, die die Dichtungen umgangen hat, um die Schmierflüssigkeit
vom ersten Flüssigkeitskreis und die Kühlflüssigkeit vom zweiten Flüssigkeitskreis
fernzuhalten.
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Die Erfindung wird anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert.
Sie zeigt dabei einen Horizontalschnitt eines Teils einer Achsenanordnung eines
Etades von einem großen Landfahrzeug.
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Die Zeichnung stellt die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kühl- und Schmiersystems für eine Achse mit einer Naß-Scheibenbremse dar. Eine derartige
Achsenanordnung wird in großen Landfahrzeugen wie et einem Radlader (dargestellt
bsw. in Fig. 1 der US-Patentschrift 4 465 169) verwendet. Sie umfaßt ein Planetengetriebesystem,
das entweder die Vorder- oder Hinterachse des Fahrzeuges antreibt. Die Achsenanordnung
20 enthält eine vom Motor des Fahrzeuges über ein Getriebedifferential in bekannter
Weise angetriebene Achsenantriebswelle 30. Diese ist drehbar in einem nichtdrehbaren,
teilweise dargestellten Achs- und Differentialgehäuse 32 gelagert. Eine lange Achse
(spindle) 33 mit einer Axialbohrung ist nicht-drehbar von dem Achsgehäuse nach außen
weisend mit diesem verbunden, beispielsweise durch eine Schweißung. Eine Radnabenanordnung
34'ist drehbar auf der Achse 33 mittels Innen-und Außenlager 35 bzw. 36 gelagert,
wobei das Innenlager 35 an einem Abstandsring 100 anliegt. Dieser Ring 100 legt
die Lage des Innenlagers 35 fest.
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Das Fahrzeug wird auf einer Felge mit einer großen Anzahl von Schrauben
43 an der Radnabe 34 außerhalb eines Planetenradmitnehmers (planetary carrier) 2
befestigt.
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Die Schrauben ragen durch die Felge und den Mitnehmer in Gewindebohrungen
in der Nabe, so daß sich beide Teile mit der Nabe in bezug auf die Achse 33 und
das stationäre Achsgehäuse drehen können. Der Planetenradmitnehmer ist
ein
einstückiges Gußteil, das um die Antriebswelle 3 herum angeordnet ist und eine äußere
Radialwand 44 und eine innere Radialwand 45 aufweist. Die Abdeckung /4t, mit geflanschtem
Umfang ist durch ein O-Ring 50 abgedichtet mit einer Reihe lösbarer Schrauben 48
an der äußeren Radialwand 44 des Planetenradmitnehmers 42 befestigt. Die Nabe 34
weist somit eine innenliegende Kammer 52 auf, die teilweise vom Planetenradmitnehmer
42 und der Abdeckung 46 eingeschlossen wird.
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Ein Planetenantriebsgetriebe 56 ist in der Nabenkammer 52 zwischen
der Antriebswelle 30, der stationären Achse 33 und dem Planetenradmitnehmer 42,
der die Radnabe hält, angeordnet. Das Getriebe weist ein Sonnenrad 6O, das auf die
Antriebswelle 30 aufgekeilt oder einstückig mit dieser ausgebildet ist, und einen
Zahnkranz 61 auf, der gegen Drehung auf die Umfangskanten eines Zahnkranzträgers
64 aufgekeilt ist und vor Axialbewegungen durch Schrauben 63 gesichert ist. Das
Innenteil des Trägers 64 ist durch eine Keilverzahnung (splines) 65 auf das kerbverzahnte
Ende (splined end) der Achse 33 gekeilt. Ein ringförmiges Halteplättchen 66, das
an das Ende der Achse 33 durch Schrauben 67 und Gewindebohrungen angebracht ist,
hält den Zahnkranzträger 64 auf der Achse 33. Die Nabe des Zahnkranzträgers 64 wirkt
desweiteren als Abstandshalter, der gegen den Innenkäfig des äußeren Radnabenlagers
36 anliegt, so daß das Lager 35, die Nabe 34, das Lager 36 und der Abstandsring
100 in durchgehender Anlage mit der Achsenschulter 39 liegen.
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Das Planetenantriebsgetriebe 56 enthält desweiteren eine Anzahl von
auf dem Umfang mit Abstand zueinander angeordneten Planetenrädern 68 (nur eines
ist dargestellt), die in das Sonnenrad 60 und den Zahnkranz 61 greifen, wobei jedes
Planetenrad auf einer Stummelwelle 71 durch Lager 70, die zwischen den Radialwänden
44 und 45 des Planetenradmitnehmers 42 gesichert sind, drehbar gelagert ist. Die
Drehung der Antriebswelle 30 und des Sonnenrades 60 führt somit zur Drehung des
Planetenrades *,8, sowie dazu, daß sich der Planetenradmitnehmer 42 relativ zum
stationären Zahnkranz 61 dreht. Das Untersetzungs verhältnis kann bei einer solchen
Planetenradanordnung recht hoch sein, etwa im Bereich von 8 bis 1 für die dargestellte
Anordnung, so daß sich die Radnabe 34 mit geringerer Drehzahl als die Antriebswelle
30, aber mit einem größeren Drehmoment dreht.
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Weiterhin ist ein Bremsgehäuse 37 für die Bremse der Achsanordnung
vorgesehen. Ein Hohlraum 76 ist in diesem ausgebildet. Ein Bremssatz ist in den
Hohlraum 76 eingepaßt und weist zwei Scheibensätze 80 und 82 auf, die ineinander
greifen. Die Scheiben 80 greifen in eine Innennut 84, die an der Inilenwand des
feststehenden Bremsgehäuses ausgebildet ist. Die Scheiben 80 wirken als Statoren
in der Scheibenbremsanordnung. Die Scheiben 82 greifen in Nuten 83, die in der Außenwand
der Nabe 34 ausgebildet sind, und sind somit drehbar. Eine Vorrichtung zur Betätigung
der Bremse ist im Hohlraum 76 vorgesehen. Diese besteht aus-einem Kolben mit einer
Dichtung 72
die eine rückwärtig vom Kolben 85 und von dem Bremssatz
78 entfernt liegende ringförmige Druckkammer ausbildet, und einem Zylinder 79 für
die Betätigung der Bremsscheiben mit Flilssigkeit. Die Flüssigkeit zur J3etätigung
des Zylinders 79 und damit des Kolbens 85 wird aus einem datum vorgesehenen Vorrat
an einen Einlaß (nicht dargestellt) geliefert, der in dem Abstandsrin.
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ausgebildet ist. Die Flüssigkeit wird dem Zylinder 7v zugeführt, wenn
der Fahrzeugführer das Bremspedal betü't£t.
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Eine ringförmige Scheibe 88 ist am äußeren Ende des Bremshohlraumes
76 vorgesehen und ein Schnappring 89, der in eine Ringnut in der Ringwand des Bremsgehiauses
37 eingepaßt ist, sichert die Scheibe 88 vor einer nach außen gerichteten Axialbewegung.
Optional können der Ring 89 und die Scheibe 88 einstückig mit dem Bremsgehäuse 7
ausgebildet sein. Eine Anzahl von Druckfedern 98 ist in bezug auf den Kolben 85
so angeordnet, daß sie den Bremssatz ausrückt, wenn der Bremszylinder 79 entlastet
wird.
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Wenn der Zylinder 79 mit Druck beaufschlagt wird, wird der Kolben
85 axial nach rnSen gegen den Bremssatz gedrückt, wodurch die beiden Bremssätze
80 und 82 aneinander reibend in Anlage kommen. In dieser Bremaposition wird die
Antriebswelle 30, das zusammen damit ausgebildete Sonnenrad 60 an einer Drehung
relativ zum I-lanetenradmitnehmer gehindert. Wenn beliebige zwei Komponenten eines
Dreikomponenten-Planetengetriebes relativ zueinander gestoppt werden, wird das gesamte
Planetengetriebe angehalten, so daß es sperrt. Entsprechen wird der Planetenradmitnehmer,
wenn die relativ zueinander drehenden
Teile, d.h. der Mitnehmer
und das Sonnenrad, gebremst werden, relativ zum Zahnkranz gesperrt und entsprechend
die Radnabe 34 relativ zur festen Achse 33 oder zum Fahrzeugrahmen.
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Im Bremsgehäuse ist eine zweite Öffnung vorgesehen. Der Einlaß 90
im Bremsgehäuse 37 dient dazu, Kühlflüssigkeit aus einem dafür vorgesehenen Vorrat
über einen ersten Kreis 106 zu empfangen. Der erste Kreis 106 umfaßt eine Leitung
107 und eine Pumpe 108. Die Flüssigkeitsversorgung wird vorzugsweise aus dem Getriebeflüssigkeitssystem
vorgenommen. Die durch die Leitung 107 angelieferte Flüssigkeit tritt in das Bremsgehäuse
durch den Einlaß 90 hinein, so daß sie den ringfsrmigen Hohlraum 94 fullt und sodann
die Scheiben 80 und 82 des Bremssatzes 78 im Hohlraum 76 umgibt. Die Flüssigkeit
kühlt die Scheiben während des Fahrzeugbetriebes. Eine Anzahl von Abflußlöchern
96 sind vorgesehen, um die Kühlflüssigkeit aus dem Scheibensatzhohlraum in einen
axial wegführenden Kanal 104 abzulassen. Kanal 104 wiederum führt zum Auslaß 91,
der mit der Leitung 106 in Verbindung steht, um die Kühlflüssigkeit zu ihrem Vorrat
zurückzuführen.
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Die Kühlflüssigkeit ist dieselbe Flüssigkeit, die zur Betätigung des
Bremskolbens 85 verwendet wird.
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Zusätzlich zu dem Kühlflüssigkeitskreis für die Scheibenbremse ist
ein zweiter Flüssigkeitskreis vorgesehen, der zur Leitung von Schmierflüssigkeit
zu den Lagern und anderen rotierenden Komponenten der Achsanordnung dient.
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Die Schmierflüssigkeit ist normalerweise in dem unteren Teil der Achsanordnung
enthalten. Während des Betriebes werden die sich drehenden Elemente wie Lager etc.
durch die Schmierflüssigkei-t hindurch bewegt, wodurch sie geschmiert werden und
die inneren Durchlässe, die den zweiten Flüssigkeitskreis bilden, mit der Flüssigkeit
gefüllt werden. Der zweite Flüssigkeitskreis für die Schmierflüssigkeit weist einen
axial verlaufenden Durchlaß 99 um die Welle 30 herum, einen vertikalen Durchlaß
103, einen axial verlaufenden Durchlaß 107 und einen Durchlaß 109 auf, der den Lagern
Schmier 76 und 35 zuführt.
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Der erste Flüssigkeitskreis für die Bremskühlflüssigkeit und der zweite
Flüssigkeitskreis für die Schmierflfissigkeit sind durch Dichtungen 86, 87 und 102
voneinander getrennt. Die Dichtungen 86 und 87 drehen sich, wenn die Nabe 34 sich
dreht. Die Dichtung 102 hält die Schmierflüssigkeit zurück. Die Dichtungen liegen
auf IJnterlager 93, 100 und 103 auf, die im wesentlichen zylindrische Plättchen
sind.
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Die Dichtungen sind vorgesehen, um sicherzustellen, daß die Kühlflüssigkeit
im ersten Flüssigkeitskreis von der Flüssigkeit im zweiten Flüssigkeitskreis und
die Schmierflüssigkeit im zweiten Kreis von der Flüssigkeit im ersten Kreis ferngehalten
wird. Diese Trennung der Kühl-und Schmierflüssigkeit ist extrem wichtig, um Verunreinigungen
zu vermeiden. Es ist von absoluter Wichtigkeit
daß eine Vermischung
der Flüssigkeiten unterbleibt, insbesondere dann, wenn die Kühlflfissigkeit die
Transmissionsflüssigkeit ist, mit der das Fahrzeug angetrieben wird.
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Für den Fall, in dem die Dichtung 86 oder 102 leckt, wodurch eine
gewisse Menge der Schmierflüssigkeit oder Kuhlflüssigkeit um die Dichtungen herumfließt,
ist ein Hilfsablaßsystem vorgesehen, um ein Vermischten der Flüssigkeiten zu verhindern.
Dieses System besteht aus einem ringförmigen Hohlraum 95 und einem Kanal 97.
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Der Hohlraum 95 ist zwischen den Dichtungen 86 und 102 angeordnet.
Der Druck im Hohlraum 95 ist niedriger als der Druck in jedem der beiden Flüssigkeitskreise.
Jede durch die Dichtungen 86 oder 102 sickernde Flüssigkeit wird in dem Hohlraum
95 gesammelt und, da der dort herrschende Druck niedriger als der Druck in jedem
der beiden Flüssigkeitskreise ist, fließt die Flüssigkeit nicht aus dem Hohlraum
95 hinaus in einen der beiden Flüssigkeitskreise.
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In der bevorzugten Ausführungsform herrscht im Hohlra'im 95 Umgebungsdruck,
indem dieser über einen Kanal 97 mit der Außenluft verbunden ist. Dadurch wird nicht
nur fr Umgebungsdruck im Hohlraum 95 gesorgt, sondern auch erreicht, daß jede die
Dichtungen 86 und 102 umgehende Flüssigkeit aus dem Hohlraum hinaus nach außen fließt.
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Die Anordnung der Dichtungen 102 und 86 in Verbindung mit dem Hohlraum
95 stellt sicher, daq die Kühlflüssigkeit im ersten Kreis von der Schmierfliissigkeit
im zweiten Kreis und entsprechend die Schmierflüssifkeit im zweiten Kreis von der
Kühlflüssigkeit im ersten rei ferngehalten wird.
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Zusammenfassung
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