DE60123010T2

DE60123010T2 - Radnabe mit integriertem Planetengetriebe und Lamellenbremse

Info

Publication number: DE60123010T2
Application number: DE60123010T
Authority: DE
Inventors: Fabrizio Panizzolo
Original assignee: Dana Italia SRL
Current assignee: Dana Italia SRL
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2021-02-24
Also published as: CY1105833T1; DK1234993T3; ATE339630T1; EP1234993A1; PT1234993E; DE60123010D1; EP1234993B1; ES2270949T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen.
Es ist bekannt, daß die Bremsvorrichtungen von Industriemaschinen im allgemeinen in einem hohen Ausmaß Schwingungen und/oder Vibrationen augesetzt sind, die zu einem schnellen Verschleiß und einer schnellen Abnutzung führen können. Insbesondere sind Bagger oder Aushubmaschinen dafür vorgesehen, Erde oder loses Material auszuheben und/oder zu befördern. Im allgemeinen ist ein Bagger ein selbstfahrendes Fahrzeug mit einem angebauten Grabwerkzeug mit eigener Betätigungseinrichtung; das Grabwerkzeug besteht normalerweise aus einem Löffel oder einer oder mehreren Schaufeln.
Das Fahrzeug stützt sich vorne und hinten auf Rädern ab, die ihrerseits an einer Vorderachse und einer Hinterachse des Fahrzeugs angebracht sind.
Im folgenden wird insbesondere die Hinterachse eines Baggers und dergleichen in Betracht gezogen, die bei normalen Ausführungen eine antreibende Achse und keine steuernde Achse ist.
In der typischen herkömmlichen Ausführung umfaßt die Achse einen lastaufnehmenden Teil, der wiederum einen hohlen Zentralkörper umfaßt, von dem sich zwei Arme, ebenfalls hohl, weg erstrecken. Mit dem Ende jedes Arms ist eine Radnabe verbunden, die einen Flansch zum Befestigen einer Radscheibe hält.
Im Hohlkörper befindet sich ein Differential, das mit einer Motorwelle und mit zwei Achswellen verbunden ist. Die Achswellen, die sich jeweils im lastaufnehmenden Teil eines der Arme befinden, weisen ein Ende auf, das über Zahnräder, die ein Planeten-Untersetzungsgetriebe bilden, mit dem Befestigungsflansch der Radscheibe verbunden ist.
Die herkömmlichen Bremsvorrichtungen mit mehreren Scheiben im Ölbad erfordern das Anbringen von Bremsscheiben über dem Planeten-Untersetzungsgetriebe; das mit dieser Lösung verbundene Kupplungsspiel ist die Ursache der störenden Schwingungen und Vibrationen in der aktiven Arbeitsphase, das heißt beim Baggern.
Wenn die Bremsen der herkömmlichen Bremsvorrichtung betätigt werden, gibt es daher unerwünschte Schwingungs- und Vibrationseffekte, die beseitigt werden sollten.
Die DE-A-19718744 beschreibt ein Planetengetriebe mit einer integrierten Bremse für Arbeitsmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dieses Planetengetriebe ist so konstruiert, daß es eine besonders geringe Größe hat, es ist jedoch nicht mit einem richtigen Schmiersystem versehen, das erst eine hohe Zuverlässigkeit der Bremsvorrichtung sichern kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die genannten technischen Probleme zu überwinden und eine Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen zu schaffen, die betätigt werden kann, ohne daß Schwingungen und/oder Vibrationen auftreten.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Bremsvorrichtung zu schaffen, die kostengünstig ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen zu schaffen, die einfach, sicher und zuverlässig ist.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden mit der Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen gelöst, die im Patentanspruch 1 genannt ist.
Andere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Jede Achsnabe trägt bei der neuen Erfindung eine Lamellen-Bremsvorrichtung, die in der Lage ist, das Fahrzeug abzubremsen und zu halten.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung auf eine besonders einfache und wirkungsvolle Weise geschmiert werden, ohne daß dazu irgendwelche zusätzlichen Einrichtungen außerhalb der Achse erforderlich sind oder ein komplizierter Aufbau zum Ausführen dieser Funktion benötigt wird.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen werden nun beispielhaft und nicht einschränkend anhand der beiliegenden schematischen Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Hinterachse für das Fahrgestell eines Baggers oder allgemein einer Industriemaschine;
2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Details einer Rückführkomponente eines Steuerkolbens der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung;
3 einen Querschnitt durch eine Achse, in die die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung eingebaut ist;
4 eine vergrößerte Schnittansicht einer automatischen Einstelleinheit für den Ausgleich irgendeines Spiels; und
5 eine Aufsicht auf eine Gegenscheibe für die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung.
In den genannten Figuren ist eine Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen gezeigt, wobei die Achse als Ganzes mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet wird und nur teilweise dargestellt ist.
Die Achse 11 wird durch einen lastaufnehmenden Teil 12 ausgebildet, der bei typischen Ausführungen ein zentrales Gehäuse (nicht gezeigt) umfaßt, von dem sich zwei symmetrische Arme 14 weg erstrecken, von denen nur einer mit allen relevanten Teilen beschrieben wird. Mit dem Ende jedes der Arme 14 ist eine Radnabe 16a verbunden, die bezüglich des Arms 14 feststeht und von der ein Befestigungsflansch für eine Radscheibe 16b vorsteht, die in der Lage ist, sich bezüglich der Radnabe 16a zu drehen.
Der Flansch 16b ist dazu mittels Schrauben 18 mit einer Nabe 20 verbunden, die sich in der Radnabe 16a befindet.
Die Nabe 20 hat eine längliche Form und wird an einem Ende von zwei Lagern 22 gehalten, wobei sich in der Mitte davon eine ringförmige Kammer 24 befindet. Am zweiten Ende ist sie mit der Planetengetriebehalterung eines Planeten-Untersetzungsgetriebes 26 verbunden, das seinerseits mit einer Achswelle 28 verbunden ist.
Die Nabe 20 weist einen Hohlraum auf, der in ihrer Längsachse verläuft und der eine längliche Kammer 30 festlegt. Die Kammer 30 ist an einem Ende durch eine zylindrische Erweiterung des Flansches 16b, die in die Kammer eingesetzt ist, und am anderen Ende durch einen Anlagering 32 abgegrenzt, der ein Teil der Nabe 20 ist und der mit radialen Schlitzen 33 versehen ist. Der Ring 32 befindet sich somit zwischen der Nabe 20 und der Achswelle 28. Darüberhinaus liegt ein Ende der Achswelle 28 axial an diesem Ring 32 an.
Die Nabe 20 ist mit radialen Durchgangslöchern 34 versehen, die die Kammer 30 mit der Kammer 24 verbinden, und sie ist außerdem mit radialen Durchgangslöchern 36 versehen, die in der Kammer 30 beginnen und die sich längs des Umfangs der Nabe 20 in Relation zu einer Scheibenpackung der Bremsvorrichtung 38 öffnen.
Das Planeten-Untersetzungsgetriebe 26 umfaßt drei oder vier Stifte 40, die in gleichmäßigen Abständen voneinander mit dem vorderen Abschnitt der Nabe 20 verbunden sind.
Jeder Stift 40 ist, mit einem dazwischen angeordneten Lager, mit einem freilaufenden Zahnrad 42 versehen, um ein Planetengetriebe zu bilden.
Die Zahnräder 42 stehen mit einem Zahnrad 44 der Achswelle 28 in Eingriff und gleichzeitig mit einem Hohlrad 46. Das Hohlrad 46 ist über eine Nutkupplung mit einer Platte 47 verbunden, die ihrerseits zwischen der Randnabe 16a und den Armen 14 befestigt ist.
In einer anderen Ausführung mit drei Stiften 40 weist das Planeten-Untersetzungsgetriebe 26 im wesentlichen den gleichen Aufbau auf mit den entsprechenden Modifikationen aufgrund der anderen Anzahl von Planetenrädern.
Zwischen der Nabe 20, der Platte 47 und der Radnabe 16a befindet sich eine Kammer 48, die die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 38 aufnimmt.
Die Bremsvorrichtung 38 umfaßt eine Reihe von ringförmigen Scheiben 50, die derart in einen Abschnitt der Nabe 20 mit Nuten eingesetzt sind, daß sie sich in Längsrichtung translatorisch bewegen können, wobei jedoch eine freie Drehung auf der Nabe 20 verhindert wird. Zwischen die Scheiben 50 sind Gegenscheiben 52 eingesetzt, die mit der Randnabe 16a verbunden sind und sich bezüglich der Radnabe 16a in Längsrichtung translatorisch bewegen, jedoch nicht rotieren können.
Die Gegenscheiben 52 sind jeweils mit drei Vorsprüngen 54 versehen, die an ihrem Rand ausgebildet sind und die voneinander einen gleichen Abstand haben und die in entsprechende Kerben 56 der Radnabe 16a eingesetzt sind. Darüberhinaus weist die Radnabe 16a Längsnuten 58 für den Umlauf von Kühlöl auf. In Relation dazu ist die Platte 47 mit Durchgangslöchern 59 versehen, die zu den Nuten 58 und mit Kerben 56 ausgerichtet sind.
Die Platte 47 weist eine Schulter für die Packung von Scheiben 50 und Gegenscheiben 52 auf. An dieser liegt eine der Scheiben 50 an, die mit der Nabe 20 verbunden ist.
Das andere Ende der Packung von Scheiben 50 und Gegenscheiben 52 wird durch eine der Gegenscheiben 52 begrenzt, die mit der Radnabe 16a verbunden ist und die einem ringförmigen Kolben 60 gegenüberliegt, der die Steuerkomponente bildet. Der Kolben 60 ist in der Lage, die Scheiben 50 und Gegenscheiben 52 zusammenzudrücken, damit diese eine Bremswirkung ausüben.
Der Kolben 60 weist in Relation zu einem rechtwinkligen Abschnitt der Radnabe 16a einen rechtwinkligen Abschnitt auf, der eine weitere Kammer 62 festlegt, in die durch eine Zuführleitung 66 ein Fluid wie Öl eingeleitet werden kann. Eine zweite Entlüftungsleitung 64 ermöglicht es Luft, aus dem Kreis der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung 38 zu entweichen. Dichtungsringe zwischen dem Kolben 60 und der Radnabe 16a sichern die Abdichtung der Kammer 62.
Der Kolben 60 weist angrenzend an die Kammer 62 ein Durchgangsloch 67 auf, das damit jedoch nicht in Verbindung steht und in das eine Schraube 68 eingesetzt ist, die fest mit der Radnabe 16a verbunden ist. In diesem Loch 67 befindet sich eine Feder 70, die eine Rückführkomponente bildet und die zwischen dem Kopf der Schraube 68 und einer Schulter dieses Lochs derart eingesetzt ist, daß der Kolben 60 gegen die Radnabe 16a gedrückt wird und zu der Packung von Scheiben 50 und Gegenscheiben 52 einen Abstand aufweist.
Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 38 ist auch mit einer automatischen Einstelleinheit 72 zur Beseitigung jedwedes Spiels versehen.
Jede Einheit 72 umfaßt eine Schraube 74, die fest mit der Radnabe 16a verbunden ist und die frei in ein Durchgangsloch 76 des Kolbens 60 eingesetzt ist. Zwischen dem Kolben 60 und dem Kopf der Schraube 74 befindet sich eine elastische Komponente 78, die aus einer leicht konischen Hülse mit wenigstens einer Nut 80 besteht.
Die Hülse 78 ist derart unter Druck in das Loch 76 eingesetzt, daß sie aufgrund ihres Reibungswiderstands eine Bewegung des Kolbens 60 zur Radnabe 16a hin erschwert. Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen ist im wesentlichen die folgende.
Wenn das Fahrzeug, an dem sich die Achse 11 befindet, bewegt und die Bremsvorrichtung 38 nicht betätigt wird, überträgt die Achswelle 28 die Bewegung zur Nabe 20. Die Nabe 20 wiederum versetzt den Befestigungsflansch 16b der Radscheibe in Drehung.
Durch das Öl in den Armen 14 wird die Schmierung des Planeten-Reduktionsgetriebes 26 sichergestellt. Darüberhinaus läuft dieses Öl durch die Schlitze 33 in der Umgebung des Rings 32 in die Kammer 30. Aus der Kammer 30 wird das Öl durch den hohen Zentrifugaldruck, dem es unterliegt, durch die Löcher 34 in die Kammer 24 befördert, wo es die Lager 22 schmiert.
Aus der Kammer 24 läuft das Öl durch die Lager 22 auf der Innenseite der Radnabe 16a und schmiert die gegenüberliegenden Oberflächen des Kolbens 60 und der angrenzenden Gegenscheibe 52. Durch die Nut 58, die Kerben 56 und die Durchgangslöcher 59 kehrt das Öl zur Innenseite der Arme 14 zurück.
Aus der Kammer 30 läuft das Öl darüberhinaus in die Durchgangslöcher 36 und schmiert die gegenüberliegenden Oberflächen der Scheiben 50 und der Gegenscheiben 52, so daß die Reibung minimal ist, wenn die Vorrichtung 38 nicht betätigt wird. Das Öl kehrt durch die Nuten 58, die Kerben 56 und die Durchgangslöcher 59 zur Innenseite der Arme 14 zurück.
Die Bremsvorrichtung 38 wird dadurch betätigt, daß mittels einer Pumpe, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist, Öl in die Kammer 62 geleitet wird.
Wenn die Bremsvorrichtung 38 betätigt wird, wird durch die Zuführleitung 66 Öl unter Druck in die Kammer 62 geleitet. Dieses Öl überwindet die elastische Wirkung der einen oder mehreren Federn 70 und ermöglicht eine translatorische Bewegung des Kolbens 60, bis er an der Gegenscheibe 52 anliegt, die ihm gegenüberliegt. Die Packung aus den Scheiben 50 und Gegenscheiben 52 wird dadurch zusammengedrückt, die Nabe 20 abgebremst und schließlich angehalten. Auf diese Weise wird auf die Nabe 20 eine Bremswirkung ausgeübt.
Wenn die Bremsvorrichtung 38 freigegeben wird, wird das Öl aus der Kammer 62 abgeleitet, und die Federn 70 bewegen den Kolben 60 von der Packung von Scheiben 50 und Gegenscheiben 52 weg. Auf diese Weise wird keine Bremswirkung mehr auf die Nabe 20 ausgeübt.
Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen besonders vorteilhaft ist, weil zusätzlich zu der Möglichkeit der Ausübung einer sehr intensiven Bremswirkung damit Probleme mit Torsionsschwingungen vermieden werden, da zwischen der Halterung der Bremse und den sich drehenden Teilen der Radnabe jedes mechanische Spiel vermieden wird. Auch ist die Schmierung der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung extrem einfach und besonders wirkungsvoll, was zur Verringerung der unerwünschten Reibung beiträgt, wenn die Bremsvorrichtung nicht betätigt wird.
Die beschriebene Bremsvorrichtung für die Achsen von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen kann in vielen Modifikationen und Varianten ausgeführt werden, die alle der Erfindung unterliegen; darüberhinaus können alle Teile durch technisch gleichwertige Teile ersetzt werden. In der Praxis können entsprechend den technischen Anforderungen alle Materialien und Abmessungen eingesetzt werden.

Claims

Bremsvorrichtung (38) für die Achsen (11) von Industriemaschinen im allgemeinen und Baggern im besonderen, wobei die Achse (11) einen lastaufnehmenden Teil (12) mit einem Paar von Armen (14) umfaßt, von denen jeder an einer Radnabe (16a) endet, die bezüglich der Arme (14) feststeht und an der ein Befestigungsflansch für eine Radscheibe (16b) vorsteht, die bezüglich der Radnabe (16a) rotieren kann, wobei der Flansch (16b) mit einer Nabe (20) verbunden ist, die von der Radnabe (16a) gestützt wird und die durch eine Achswelle (28) in Drehung versetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung (38) auf dem Rand der Nabe (20) angeordnet ist, wobei die Nabe (20) eine längliche Form hat, an dem einen Ende von Lagern (22) gestützt wird und am zweiten Ende eine Planetengetriebehalterung für ein mit der Achswelle (28) verbundenes Planeten-Untersetzungsgetriebes (26) beinhaltet, wobei die Anzahl der Lager (22) zwei ist und zwischen den Lagern (22) eine erste ringförmige Kammer (24) ausgebildet ist, wobei die Nabe (20) einen Hohlraum aufweist, der entlang ihrer Längsachse verläuft und eine zweite längliche Kammer (30) bildet, und wobei die Nabe (20) ferner mit ersten radialen Durchgangslöchern (34) versehen ist, die die erste Kammer (24) mit einer zweiten Kammer (30) verbinden, die durch einen Hohlraum der Nabe (20) gebildet wird.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (30) an dem einen Ende durch eine zylindrische Verlängerung des Flansches (16b), die in sie hinein paßt, und an dem anderen Ende durch einen Ring (32), an dem das Ende der Achswelle (28) anliegt, begrenzt ist.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (20) mit zweiten radialen Durchgangslöchern (36) versehen ist, die an der zweiten Kammer (30) beginnen und die sich entlang des Randes der Nabe (20) in Relation zu der Bremsvorrichtung (38) öffnen.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung (38) in einer dritten Kammer (48) angeordnet ist, die zwischen der Nabe (20), der Radnabe (16a) und einer Platte (47) ausgebildet ist, die an der Radnabe (16a) befestigt ist und die mit dem Hohlrad (46) des Planeten-Untersetzungsgetriebes (26) mittels Rillenverbindungen verbunden ist.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Reihe von ringförmigen Scheiben (50) umfaßt, die in einen Rillenabschnitt der Nabe (20) in solch einer Weise eingepaßt sind, daß sie sich in Längsrichtung translatorisch bewegen können, auch wenn eine freie Drehung auf der Nabe (20) verhindert wird, wobei zwischen die Scheiben (50) Gegenscheiben (52) eingesetzt sind, die mit der Radnabe (16a) verbunden sind, welche sich in Bezug auf die Radnabe (16a) in Längsrichtung translatorisch bewegen können, sich in Bezug auf diese aber nicht drehen können, wobei die Scheiben (50) und die Gegenscheiben (52) unter der Einwirkung einer Steuerkomponente (60) derart zusammengedrückt werden können, daß diese eine Bremswirkung ausüben.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenscheiben (52) mit Vorsprüngen (54) versehen sind, die auf ihrem Rand ausgebildet sind und die in entsprechende Kerben (56) in der Radnabe (16a) passen.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Radnabe (16a) zu den Durchgangslöchern (59) der Platte (47) ausgerichtete Längsnuten (58) für den Umlauf von Kühlöl aufweist.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (47) eine Schulter für eine Gruppe der Scheiben (50) und Gegenscheiben (52) aufweist, an der eine der Scheiben (50) anliegt, die mit der Nabe (20) verbunden sind.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Scheiben (50) und Gegenscheiben (52) auf einer Seite von einer der Gegenscheiben (52) begrenzt wird, die mit der Radnabe (16a) verbunden ist und der Steuerkomponente (60) gegenüberliegt.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkomponente (60) von einem Kolben gebildet wird, wobei der Kolben (60) in Bezug auf einen rechtwinkligen Abschnitt der Radnabe (16a) einen rechtwinkligen Abschnitt aufweist, der eine vierte Kammer (62) bildet, in die durch eine Zuleitung (66) Fluid geleitet werden kann.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (60) mit zumindest einer Rückführkomponente (68, 70) versehen ist, die in der Lage ist, ihn in einen Abstand von der Gruppe der Scheiben (50) und Gegenscheiben (52) zu halten.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkomponente (68, 70) ein in dem Kolben (60) ausgebildetes Durchgangsloch (67) umfaßt, in das eine Schraube (68) eingesetzt ist, die fest mit der Radnabe (16a) verbunden ist, wobei in das Durchgangsloch (67) eine Feder (70) eingesetzt ist, die derart zwischen dem Kopf der Schraube (68) und einer Schulter des Durchgangslochs (67) liegt, daß der Kolben (60) gegen die Radnabe (16a) gedrückt wird und einen Abstand zu der Gruppe von Scheiben (50) und Gegenscheiben (52) aufweist.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine automatische Anpassungseinheit (72) zum Ausgleichen jeglichen Spiels umfaßt.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Anpassungseinheit (72) zumindest eine fest mit der Radnabe (16a) verbundene und frei in ein Durchgangsloch (76) des Kolbens (60) eingesetzte Schraube (74) umfaßt, wobei zwischen dem Kolben (60) und dem Kopf der Schraube (74) zumindest eine leicht kegelförmige Hülse (78) eingepaßt ist, die mit mindestens einer Nut (80) versehen ist und die unter Druck so in das Loch (76) eingepaßt ist, daß sie mit ihrem Reibungswiderstand eine Bewegung des Kolbens (60) zur Radnabe (16a) hin hemmt.
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es unterhalb des Planeten-Untersetzungsgetriebes (26) angeordnet ist, und zwar direkt zwischen der Achsnabe (16a) und der Nabe (20).
Bremsvorrichtung (38) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (32) zwischen der Nabe (20) und der Achswelle (28) angeordnet ist.