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Diese
Erfindung betrifft eine Lenkung für Fahrzeuge, im Besonderen
für Arbeitsmaschinen oder
für landwirtschaftliche
Traktoren, wie sie aus
US 5 236
059 bekannt und im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegt
sind.
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Bei
den oben erwähnten
Fahrzeugen treten üblicherweise
Lenkprobleme auf, da sie die Anforderungen bei der Herstellung von
kleinen Fahrzeugen erfüllen
müssen,
deren Reifen so groß wie
möglich sind
und bei denen das Massengleichgewicht zwischen der Vorder- und der
Hinterachse ausgeglichen ist. Die Anforderung, dass die Größe des Fahrzeugs eingeschränkt werden
muss, ist beispielsweise mit der Notwendigkeit verknüpft, dass
die Vorschriften für
den Straßenverkehr
erfüllt
werden müssen,
oder dass Bewegungen auf engstem Raum ermöglicht werden, beispielsweise
in Obstgärten.
Die Notwendigkeit, dass die Fahrzeuge mit großen Reifen ausgestattet sein
müssen,
ist mit der Tatsache verknüpft, dass
beispielsweise die Traktion, die Tragfähigkeit und die Bodenfreiheit
größer werden,
wenn die Reifen größer werden.
Was schließlich
das Sicherstellen eines ausgeglichenen Massegleichgewichts betrifft, ist
bekannt, dass ein ausgeglicheneres Massegleichgewicht des Fahrzeugs
zwischen den beiden Achsen und eine damit verbundene Erhöhung des
Leistungsvermögens
und des Komforts dadurch erreicht werden, dass der Motor und/oder
andere Bauteile des Fahrzeugs nach vorne verschoben werden. Diese Notwendigkeiten
beeinflussen jedoch das Lenkvermögen
des Fahrzeugs nachteilig, da sie den Raum, der zwischen den Reifen
und den mechanischen Bauteilen zur Verfügung steht, und damit den maximalen
Lenkwinkel verkleinern.
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Um
bei Fahrzeugen im Tiefbau oder bei landwirtschaftlichen Traktoren,
wie sie in letzter Zeit hergestellt wurden, passende Lenkwinkel
sicher zu stellen, mussten eine oder mehrere der oben erwähnten Anforderungen
von Zeit zu Zeit zu ihrem Nachteil behandelt werden, wodurch das
Leistungsvermögen des
Fahrzeugs herabgesetzt wurde.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine
Lenkachse für
ein Fahrzeug zu liefern, beispielsweise für eine Arbeitsmaschine im Tiefbau
oder für
einen landwirtschaftlichen Traktor, mit der große Lenkwinkel erreicht werden
können,
ohne dass man gezwungen ist, das Leistungsvermögen des Fahrzeugs zu benachteiligen.
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Dieser
sowie andere Gegenstände
werden erfindungsgemäß vollständig mit
einer Lenkachse erreicht, die jene Merkmale besitzt, die im kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 festgelegt sind. Weitere vorteilhafte Merkmale
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Kurz
gesagt: die Erfindung beruht auf der Idee, eine Lenkachse aufzubauen,
die enthält:
einen
ortsfesten Tragaufbau, der im Wesentlichen in Querrichtung des Fahrzeugs
verläuft
und an seinen beiden gegenüber
liegenden Querenden offen ist;
ein Paar von teleskopartigen
Bauteilen, von denen jeder im Tragaufbau so aufgenommen wird, dass
er in Querrichtung gleiten kann;
ein Paar von Radnabenträgern, von
denen jeder mit einem Gelenk an einem querliegenden Außenende des
entsprechenden teleskopartigen Bauteils gelenkig so gelagert ist,
dass er sich um eine im Wesentlichen vertikale Lenkachse drehen
kann; und
ein Paar von Verbindungselementen, die jeden entsprechenden
Radnabenträger
mit dem Tragaufbau verbinden, wobei sie so aufgebaut sind, dass
sie eine Ausfahr/Einfahr-Bewegung der teleskopartigen Bauteile relativ
zum Tragaufbau hervorrufen, wenn sich der Lenkwinkel verändert, um
während
des Lenkvorgangs die Lenkachsen der Nabenträger quer vom Aufbau des Fahrzeugs
weg zu bewegen.
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Vorzugsweise
enthält
die Lenkachse weiters eine Querstange, die an ihren einander gegenüber liegenden
Enden an den beiden Verbindungselementen so gelagert ist, dass während des
Lenkvorgangs die Drehung der beiden Nabenträger koordiniert wird.
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Vorzugsweise
können
die beiden Verbindungselemente als einfache Stangen ausgebildet sein,
von denen jede an ihren Enden in einem entsprechenden Nabenträger sowie
im Tragaufbau gelenkig gelagert ist. In diesem Fall muss die Längsachse
einer jeden Stange, d.h. jene Achse, die die Gelenksmittelpunkte
der Stange verbindet, durch die Lenkachse des entsprechenden Nabenträgers verlaufen.
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Gemäß einer
Variante des Aufbaus können die
beiden Verbindungselemente als Platten ausgebildet sein, von denen
jede am entsprechenden Nabenträger
angebracht ist und einen Schlitz besitzt, in den ein entsprechender
Zapfen gleitend eingreift, der am Tragaufbau befestigt ist, wobei
der Schlitz so ausgebildet ist, dass er die Ausfahr/Einfahr-Bewegung des
entsprechenden teleskopartigen Bauteils nach einem vorgegebenen
Gesetz hervorruft, wenn sich der Lenkwinkel ändert.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden
ausführlichen
Beschreibung eines nicht einschränkenden
Beispiels sowie im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen
klar ersichtlich, in denen zeigt:
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1 den
Schrägriss
von einer Hälfte
einer lenkbaren Vorderachse für
Fahrzeuge, im Besonderen für
Fahrzeuge im Tiefbau oder für
landwirtschaftliche Traktoren, gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 den
Grundriss der Achse von 1 in einem Zustand, in dem der
Lenkwinkel gleich Null ist;
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3 und 4 Grundrisse
der Achse von 1 in einem Zustand, in dem der
Lenkwinkel gleich +α bzw. –α ist;
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5A und 5B den
Lenkvorgang nach rechts bei einer lenkbaren Vorderachse gemäß dem Stand
der Technik bzw. bei der lenkbaren Vorderachse von 1;
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6A und 6B den
Lenkvorgang nach links bei einer lenkbaren Vorderachse gemäß dem Stand
der Technik bzw. bei der lenkbaren Vorderachse von 1;
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7 den
Grundriss von einer Hälfte
einer lenkbaren Vorderachse für
Fahrzeuge, im Besonderen für
Fahrzeuge im Tiefbau oder für
landwirtschaftliche Traktoren, gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 und 9 die
Grundrisse der Achse von 7 in einem Zustand, in dem der
Lenkwinkel gleich +α bzw. –α ist.
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In
der nun folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen sind Ausdrücke wie
etwa "vorne" und "hinten", "oben" und "unten", "längs" und "quer" so
zu verstehen, dass sie sich auf den montierten Zustand am Fahrzeug
beziehen. Um die Beschreibung zu vereinfachen soll nur einer der
beiden symmetrischen Bauteile beschrieben werden, aus denen die Lenkachse
der Erfindung besteht, wobei klar ersichtlich ist, dass der nicht
beschriebene Bauteil so anzusehen ist, dass er mit dem beschriebenen
Bauteil identisch ist. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit
einer angetriebenen Vorderachse beschrieben wird, ist ersichtlich,
dass sie weiters auch auf eine nicht angetriebene Achse oder auf
eine Hinterachse angewandt werden kann.
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Nunmehr
soll zuerst auf 1 Bezug genommen werden. Eine
lenkbare Vorderachse für
ein Fahrzeug, im Besonderen für
ein Fahrzeug im Tiefbau oder für
einen landwirtschaftlichen Traktor, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist allgemein mit der Bezugsziffer 10 versehen.
Die Achse 10 enthält
grundsätzlich:
einen
Tragaufbau 12, der so vorgesehen ist, dass er am Fahrzeugaufbau
befestigt werden kann und einen gehäuseartigen Mittelteil 14 (von
dem in den Fig. nur eine Hälfte
dargestellt ist), der so aufgebaut ist, dass er eine Differenzialeinheit
aufnehmen kann, die für
sich bekannt und nicht dargestellt ist, sowie einen hohlen Seitenteil 16 aufweist,
der im Wesentlichen in Querrichtung des Fahrzeugs (die in 2 bis 4 als
Achse Y festgelegt ist) verläuft
und an seinem querliegenden Außenende
offen ist;
einen teleskopartigen Bauteil 18, der vorzugsweise ebenfalls
einen hohlen Aufbau besitzt und im hohlen Seitenteil 16 des
Tragaufbaus 12 gleitend so aufgenommen wird, dass er sich
zwischen einer eingefahrenen Stellung (2), in der
der teleskopartige Bauteil 18 im Wesentlichen vollständig im
hohlen Seitenteil 16 aufgenommen wird, und einer ausgefahrenen Stellung
(3) bewegt werden kann, in der der teleskopartige
Bauteil 18 teilweise aus dem hohlen Seitenteil 16 hervorragt;
und
einen Nabenträger 20,
um eine Nabe drehbar zu lagern, wobei der Nabenträger auf
bekannte Art ein Drehgehäuse 22 enthält, in dem
ein Planeten-Reduziergetriebe sowie eine Bremseinrichtung (nicht
dargestellt) untergebracht sind, und mit einer Scheibe 24 versehen
ist, die mit dem Gehäuse 22 für eine Drehung
fest verbunden ist und eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 25 besitzt,
um mit Hilfe von Schrauben oder anderen Verbindungselementen, die
ein Gewinde besitzen, eine Radfelge (nicht dargestellt) zu befestigen.
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Ein
gewisses Spiel, eine passende Rauheit der Gleitflächen sowie
ein leistungsfähiges
Schmiersystem sind zwischen dem teleskopartigen Bauteil 18 und
dem hohlen Seitenteil 16 des Tragaufbaus 12 vorgesehen,
um die Reibung zwischen den Bauteilen und damit die Abnutzung auf
ein Minimum herabzusetzen.
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Der
Nabenträger 20 ist
am Ende des teleskopartigen Bauteils 18 in einem Paar von
Zapfen 26 (von denen nur der obere in 1 sichtbar
ist) gelenkig so gelagert, dass er sich um eine normalerweise vertikale
Lenkachse Z drehen kann. Die Drehbewegung des Nabenträgers 20 um
die Lenkachse Z wird mit einer Stellgliedeinrichtung gesteuert,
die für
sich bekannt ist, beispielsweise mit einer Hydraulikeinrichtung,
die einen Zylinder 28, der an seinem querliegenden inneren
Ende am Tragaufbau 12 der Achse 10 oder an einem
anderen ortsfesten Bauteil des Fahrzeugs in einem Gelenkskopf 30 gelenkig
gelagert ist, sowie einen Kolben besitzt, der mit einer Stange 32 versehen
ist, die an ihrem querliegenden äußeren Ende
an einer Konsole 34 gelenkig gelagert ist, die mit einem
Gelenkskopf 36 versehen ist und auf dem Nabenträger 20 sitzt.
Die Anordnung der Hydraulikeinrichtung kann selbstverständlich umgekehrt
werden, d.h. so ausgeführt
sein, dass der Zylinder 28 am Nabenträger 20 und die Stange 32 am
Tragaufbau 12 gelenkig gelagert sind. Weiters kann gemäß einer
Variante des Aufbaus (nicht dargestellt) die Hydraulikeinrichtung
an ihrem querliegenden inneren Ende statt am Tragaufbau 12 am
teleskopartigen Bauteil 18 der Achse 10 gelenkig
gelagert sein. Dadurch können
die axialen Abmessungen der Hydraulikeinrichtung und damit auch
deren Kosten herabgesetzt werden.
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Eine
teleskopartige Achswelle, die nicht dargestellt ist, ist innerhalb
des teleskopartigen Bauteils 18 drehbar angebracht und über ein
Kardangelenk 38 oder über
eine andere geeignete Verbindungseinrichtung mit einer Eingangswelle
des Planeten-Reduziergetriebes
verbunden, das im Drehgehäuse 22 untergebracht
ist, um ein Drehmoment vom Differenzial zur Radnabe zu übertragen.
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Die
Lenkachse 10 enthält
erfindungsgemäß weiters
ein Verbindungselement 40, das den Nabenträger 20 mit
dem Tragaufbau 12 verbindet, im Besonderen mit dem hohlen
Seitenteil 16. In diesem Fall ist das Verbindungselement 40 als
Stange ausgebildet, die an ihrem querliegenden äußeren Ende am Nabenträger 20 in
einem vertikalen Zapfen 42 gelenkig gelagert ist, der auf
einer Konsole 44 sitzt, die am Nabenträger 20 befestigt ist,
und die an ihrem querliegenden inneren Ende am hohlen Seitenteil 16 in
einem vertikalen Zapfen 46 gelenkig gelagert ist, der am
hohlen Seitenteil befestigt ist.
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Weiters
ist eine dritte Querstange oder Querstab 48 vorgesehen,
die an ihren Enden an den Verbindungsstangen 40 der beiden
Räder (von
denen in den Fig. nur eines sichtbar ist) gelenkig gelagert ist, um
die Drehung der beiden Nabenträger 20 zu
koordinieren. Es können
jedoch andere Einrichtungen vorgesehen sein, um die Drehung der
beiden Nabenträger 20 zu
koordinieren.
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Wie
man aus dem Grundriss von 2 erkennen
kann, ist die Lenkachse 10 so aufgebaut, dass dann, wenn
das Fahrzeug geradeaus fährt,
d.h. dann, wenn die Räder
parallel zu einer Längsachse X
des Fahrzeugs ausgerichtet sind, die Längsachse der Verbindungsstange 40,
die das Bezugszeichen L trägt,
anders ausgedrückt
jene Achse, die die Gelenksmittelpunkte der Stange verbindet, durch
den Mittelpunkt der vertikalen Zapfen 26 verläuft, um
die sich der Nabenträger 20 zum
teleskopartigen Bauteil 18 verdreht. In diesem Zustand
ist der teleskopartige Bauteil 18 in den hohlen Seitenteil 16 des Tragaufbaus 12 vollständig eingefahren.
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Wenn
der Nabenträger 20 von
der Hydraulikeinrichtung 28 nunmehr z.B. gegen den Uhrzeigersinn
(3) gedreht wird, beispielsweise infolge einer
zusätzlichen
Einspannung, die durch die Verbindungsstange 40 festgelegt
ist, kommt der teleskopartige Bauteil 18 aus dem hohlen
Seitenteil 18 des Tragaufbaus 12 um einen Abstand
heraus, der größer wird,
wenn der Lenkwinkel (in 3 mit dem Bezugszeichen α versehen)
größer wird.
Damit wird die Drehachse Z des Nabenträgers von der Längsachse X
des Fahrzeugs weg bewegt, wodurch die Gefahr herabgesetzt wird,
dass das Rad auf die mechanischen Bauteile des Fahrzeugs auftrifft.
Dies gilt auch dann, wenn der Nabenträger 20 im Uhrzeigersinn
gedreht wird, wie dies 4 zeigt.
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Wenn
der teleskopartige Bauteil 18 der Vorderachse aus dem Tragaufbau 12 heraustritt,
wird die Übertragung
des Drehmoments zwischen dem Differenzial und dem Planeten-Reduziergetriebe
des Vorderrads dadurch sichergestellt, dass die oben erwähnte teleskopartige
Achswelle Verwendung findet.
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Der
Vorteil, der mit Hilfe einer Lenkachse gemäß der Erfindung hinsichtlich
einer Zunahme des maximalen Lenkwinkels erreicht werden kann, ist
aus den 5A, 6A und 5B, 6B leicht
ersichtlich, die den Lenkvorgang nach links und rechts bei einer
lenkbaren Vorderachse gemäß dem Stand der
Technik bzw. gemäß der Erfindung
zeigen. Tatsächlich
ist ersichtlich, dass beim selben Lenkwinkel der minimale Abstand
zwischen dem Rad, das die Bezugsziffer 100 trägt, und
der Längsachse
X des Fahrzeugs bei einer Achse gemäß der Erfindung größer als
bei einer herkömmlichen
Achse ist. Bei der Achse gemäß der Erfindung
wird der Abstand zwischen der Lenkachse Z des Rads und der Längsachse
X des Fahrzeugs tatsächlich
dadurch größer, dass der
teleskopartige Bauteil 18 aus dem Tragaufbau 12 heraustritt.
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Aus
der obigen Beschreibung geht klar hervor, dass es mit einer Lenkachse
gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich
wird:
- – den
Raum kleiner zu machen, der für
den Lenkvorgang erforderlich ist, wodurch bei derselben Breite des
Fahrzeugs größere Reifen
verwendet werden können;
- – die
Manövrierfähigkeit
des Fahrzeugs zu vergrößern, da
es möglich
wird, den maximalen Lenkwinkel zu vergrößern;
- – die
Planungskosten für
das Fahrzeug zu senken, die mit der Analyse der richtigen Anordnung de
Motors und/oder der anderen mechanischen Bauteile verknüpft sind,
um ein Auftreffen der Vorderreifen während des Lenkvorgangs zu verhindern.
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Eine
zweite Ausführungsform
einer Lenkachse gemäß der Erfindung
ist in den 7 bis 9 dargestellt,
in denen Teile und Bauteile, die mit jenen von 1 bis 4 identisch
sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Diese
zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Wesentlichen
dadurch, dass das Verbindungselement 40 ein Plattenelement
ist, das auf einer Seite am Nabenträger 20 angebracht
ist und auf der anderen Seite einen Schlitz 50 besitzt,
in den ein Zapfen 46 gleitend eingreift, der am hohlen
Seitenteil 16 des Tragaufbaus 12 befestigt ist.
Die Form des Schlitzes wird durch das Bewegungsgesetz des teleskopartigen Bauteils 18 bestimmt,
der im Hinblick auf den hohlen Seitenteil 16 des Tragaufbaus 12 ausgefahren
oder eingefahren wird, wenn sich der Lenkwinkel verändert.
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Diese
zweite Ausführungsform
liefert eine größere Vielseitigkeit
in der Verwendung, da sie ermöglicht,
dass man Bewegungsgesetze erhält,
die an die bestimmten Anforderungen des Fahrzeugs angepasst sind,
bei denen diese Achse vorgesehen ist. Weiters ist es möglich, die
Anzahl der Bauteils der Achse kleiner zu machen, da weder eine Gelenksverbindung
zwischen dem Verbindungselement 40 und dem Nabenträger 20 noch
eine Verbindungsstange oder Verbindungsstab zwischen den beiden
Nabenträgern 20 erforderlich
sind, um deren Lenkbewegung zu koordinieren.
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Selbstverständlich bleibt
die Grundlage der Erfindung unverändert, wobei Ausführungsformen und
Details der Herstellung gegenüber
der Beschreibung eines nicht einschränkenden Beispiels und den Zeichnungen
weit verändert
werden können.