DE60312910T2

DE60312910T2 - Unabhängig drehende Räder

Info

Publication number: DE60312910T2
Application number: DE60312910T
Authority: DE
Inventors: I-Chao Troy Chung
Original assignee: AxleTech International IP Holdings LLC
Current assignee: AxleTech International IP Holdings LLC
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: EP1342591B1; DE60312910D1; JP2004034960A; EP1342591A2; US6890039B2; US20030168905A1; ATE358600T1; EP1342591A3

Description

Stand der Technik
Diese Erfindung betrifft eine Achsenbaugruppe mit mehreren Rädern an jedem Ende der Achse, wobei es einem Rad an einem Achsenende gestattet ist, sich relativ zu den anderen Rädern am selben Achsenende zu drehen. Um genauer zu sein, die Erfindung betrifft Lagerelemente, die benachbarte Radnaben abstützen, um eine unabhängige Relativdrehung während des Kurvenfahrens zu erreichen.
Bei Achsbaugruppen werden typischerweise Zwillingsräder an beiden Enden der Achse eingebaut, um das Belastungsvermögen der Lager für Schwerlastfahrzeuge zu erhöhen. Typischerweise sind die Räder des Paares an jedem Ende der Achsenbaugruppe untereinander befestigt, so dass sie sich mit derselben Geschwindigkeit um eine Achse selbst beim Fahren von Kurven drehen. Die meisten Nicht-Straßen-Fahrzeuge, wie Hubwagen, Containerumschlagsfahrzeuge, Frontlader usw., weisen Arbeitsabläufe auf, die zahlreiche Kurvenfahrmanöver beinhalten, die einen erheblichen Reifenverschleiß bewirken. Der Reifenverschleiß ist ein direktes Ergebnis des Reifenradierens oder -Ziehens, das dadurch verursacht wird, dass die Räder fest aneinander zur Drehung mit derselben Geschwindigkeit befestigt sind aber unterschiedliche Strecken an der Innenseite und Außenseite des Kurvenradius zurücklegen. Reifenverschleiß und Wartung von Schwerlast-Nicht-Straßen-Fahrzeugen aufgrund von Radieren kosten Tausende Dollar jährlich pro Fahrzeug. Zusätzlich verringert Reifenradieren die Fahrzeugstabilität während der Kurvenfahrmanöver. Während sich ein Fahrzeug durch eine Kurve bewegt, vermindert das Reifen-Radieren den Netto-Boden-Koeffizienten, welcher für die Traktion, das Bremsen und Seitenkräfte in Kurven notwendig ist. Das Reifen-Radieren verursacht auch vorzeitigen Verschleiß der verschiedenen Radend-Komponenten, wie Radfelgen. Die Radfelgen können aufgrund von zusätzlichen Belastungen, welche von wiederholtem Reifen-Radieren verursacht werden, vorzeitig ausfallen. Schließlich erhöht das Reifen-Radieren den Kraftstoff-Verbrauch sowie den Verschleiß des Antriebsstrangs und den Bruch in den Antriebsachsen.
Aus den oben genannten Gründen wäre es wünschenswert, das Reifen-Radieren zu reduzieren, indem über ein Radende verfügt wird, welches es benachbarten Radnaben erlaubt, unabhängig voneinander zu drehen, um es jedem Reifen zu ermöglichen, sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch eine Kurve zu drehen. Das U.S. Patent mit der Nr. 2,576,258 von Marsh offenbart eine Radendbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 mit einer inneren 12 und äußeren 22 Radnabe und einem Wälzlager 24, das zwischen den Radnaben 12, 22 angebracht ist, um eine relative Drehung zwischen der inneren 12 und äußeren 22 Radnabe zu gestatten. Jedoch offenbart Marsh nicht oder schlägt nicht vor, eine Laufbuchse zu verwenden, die zwischen der inneren 12 und äußeren 22 Radnabe angeordnet ist, noch offenbart Marsh eine Baugruppe zur Verwendung mit mehr als zwei Radnaben.
Eine Radendbaugruppe, welche eine Zwillingsrad-Konfiguration aufweist, beinhaltet sich unabhängig voneinander drehende Radnaben, um den Reifenverschleiß zu reduzieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Radendbaugruppe wie in dem beigefügten Anspruch 1 definiert, bereitgestellt. Die Radendbaugruppe beinhaltet eine Welle, die eine Drehachse festlegt, eine erste Radnabe, die auf der Welle durch ein erstes Lagerelement zur Drehung um die Achse abgestützt ist und eine zweite Radnabe, die auf der Welle durch ein zweites Lagerelement zur Drehung um die Achse abgestützt ist. Mindestens eine Laufbuchse ist zwischen der ersten und zweiten Radnabe befestigt, und ist zur Abstützung bidirektionaler axialer und radialer Lasten zwischen der ersten und zweiten Radnabe ausgelegt, wodurch es der ersten und zweiten Radnabe gestattet ist, sich unabhängig voneinander unter vorgegebenen Bedingungen zu drehen. Beim Betrieb entlang einer geraden Strecke drehen sich die Radnaben zusammen mit derselben Geschwindigkeit, aber in Kurven gestattet die Laufbuchse jeder Radnabe die Kurve in einer für die betreffende Radnabe idealen Geschwindigkeit abzufahren. Bevorzugt ist eine Befestigungsbaugruppe an einem Ende der Welle befestigt, um die Radnaben auf der Welle zurückzuhalten. Die Befestigungsbaugruppe verhindert auch die lineare Bewegung der Radnaben entlang der Achse. In einer offenbarten Ausführungsform ist die Laufbuchse zwischen dem ersten und zweiten Lagerelement entlang der Achse angeordnet. Bevorzugt ist die Laufbuchse lediglich zwischen der ersten und zweiten Radnabe abgestützt, um zu ermöglichen, dass jede Radnabe sich unabhängig von der anderen dreht. Die betreffende Erfindung bietet eine einfache und kompakte Ausgestaltung für sich unabhängig drehende Radnaben, die erheblich den Reifenverschleiß mindert, was zu weniger Ausfallzeiten des Fahrzeugs führt und die Gesamtwartungskosten verringert. Ferner wird, da das Reifenradieren eliminiert ist, die Fahrzeugstabilität verbessert und der Kraftstoffverbrauch verbessert. Die betreffende Erfindung, die zuvor für eine Zwillingsradkonfiguration beschrieben wurde, kann leicht auf mehrrädrige Konfigurationen ausgedehnt werden. Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind am besten anhand der folgenden Beschreibungen und Figuren zu verstehen, welche im Folgenden kurz beschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1A ist eine schematische Ansicht eines typischen Nicht-Straßenfahrzeug-Antriebsstrangs.
1B ist eine schematische Ansicht eines typischen Straßenfahrzeug-Antriebsstrangs.
2 ist eine Querschnittsansicht einer oberen Hälfte einer Ausführungsform einer Radendbaugruppe, bei der die betreffende Erfindung verwirklicht ist.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Laufbuchse.
4 ist eine Querschnittsansicht einer oberen Hälfte einer alternativen Ausführungsform einer Radendbaugruppe, bei der die betreffende Erfindung verwirklicht ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1A zeigt eine schematische Aufsicht einer typischen Fahrzeug-Antriebslinie 10 für ein Schwerlast-Nicht-Straßenfahrzeug. 1B zeigt eine typische Straßenfahrzeug-Antriebslinie 110. Die Antriebslinien 10, 110 beinhalten einen mit einem Getriebe 14 gekoppelten Motor 12, welche zusammen ein antreibendes Eingangsdrehmoment für eine Antriebswelle 16 bereitstellen, welche sich zu einer Antriebswelle 18 erstreckt. Die Antriebsachse 18 kann eine einzelne Antriebsachse oder eine hintereinander gekoppelte Antriebsachse sein. Das Fahrzeug beinhaltet auch typischerweise nicht-antreibende Achsen, wie eine vordere nicht-antreibende Lenkachse 20 und in der straßengebundenen Konfiguration Anhängerachsen 22. Typischerweise beinhaltet jede Achse 18, 20, 22 eine Radendbaugruppe mit Zwillingsrädern 24a, 24b an jedem Ende der jeweiligen Achse, um die Last-Tragfähigkeit des Schwerlastfahrzeugs zu erhöhen. Wenn das Fahrzeug durch eine Kurve manövriert wird, hat das äußere Rad 24b am Radende an der Außenseite der Kurve eine größere Strecke zurückzulegen als das innere Rad 24a. Umgekehrt läuft an der Innenseite der Kurve das innere Rad 24a weiter als das äußere Rad 24b. Typischerweise sind die Zwillingsräder starr miteinander verbunden, so dass sich jedes Rad 24a, 24b mit derselben Geschwindigkeit durch die Kurve dreht. Dies verursacht Reifen-Radieren, was in vorzeitigem Reifenverschleiß und Verschleiß der Radendkomponenten resultiert.
Die betreffende Erfindung gestattet es jedem der Räder 24a, 24b, sich unabhängig voneinander zu drehen, so dass das Reifen-Radieren während Kurvenfahr-Vorgängen eliminiert wird. Es versteht sich, dass diese Erfindung bei irgendeiner Art von Achse verwendet werden kann, bei der Zwillingsräder verwirklicht sind, und dass, während die Erfindung besonders bei Schwerlast-Nicht-Straßenfahrzeuge betreffenden Anwendungen nützlich ist, wie sie in 1A gezeigt sind, die Erfindung auch in einer in 1B gezeigten Straßen-Konfiguration verwendet werden kann. Eine bevorzugte Anwendung ist ein Hochleistungshubwagen, welcher eine einzelne vordere Antriebsachse 18 verwendet, wie sie in 1A gezeigt ist, mit Zwillingsrädern 24a, 24b an jedem Ende.
Eine Radendbaugruppe ist in 2 gezeigt. Die Radendbaugruppe 28 beinhaltet eine Welle 32 oder ein anderes Abstützwellenelement, die eine Raddrehachse 30 definieren. Wie zuvor erörtert, kann die Radendbaugruppe 28 entweder an einer Antriebs- oder einer Nichtantriebsachse verwendet werden. Die Radendbaugruppe 28 beinhaltet ferner eine erste Radnabe 38 und eine zweite Radnabe 40, die aneinander angrenzend an der Welle 32 mittels eines ersten und zweiten Lagerelements, ferner definiert als Lager 34a, 34b, abgestützt sind. Typischerweise werden Kegelwalzenlager für Schwerlastanwendungen verwendet. Ferner sollte verstanden werden, dass die Lager 34a, 34b gleichartig sein können, aber nicht identisch zueinander sein müssen. Ein drittes Lagerelement 50 ist zwischen den Naben 38, 40 montiert, um es den Naben 38, 40 zu gestatten, sich relativ zueinander um die Achse 30 zu drehen. Bevorzugt ist das dritte Lagerelement 50 lediglich zwischen den Naben 38, 40 abgestützt, d.h. das dritte Lagerelement 50 ist nicht an der Welle 32 abgestützt. Das dritte Lagerelement 50 ist an sich gegenüberliegenden Flächen 42, 44 der Naben 38, 40 montiert und wird nicht durch die Welle 32 abgestützt. Radfelgen 46 sind an jeder Nabe 38, 40 montiert und Reifen 24a, 24b sind auf die entsprechenden Felgen 46 montiert. Eine Befestigungsbaugruppe wird verwendet, die Baugruppe auf der Welle 32 zusammenzuhalten. Bevorzugt hält eine Mutter 48, die auf das äußere Ende der Welle 32 montiert ist, die Naben 38, 40 an der geeigneten Axialstelle und verhindert jegliche Linearbewegung entlang der Achse 30. Obwohl die Mutter 48 bevorzugt ist, könnten andere Befestigungselemente ebenso verwendet werden.
Typischerweise wird jede Nabe 38, 40 auf der Welle 32 mit einem Lagerpaar abgestützt, da jedoch das dritte Lagerelement 50 zwischen den Naben 38, 40 eingearbeitet ist, wird lediglich ein einzelnes Lager 34a, 34b benötigt, um jede Nabe 38, 40 auf der Welle 32 zu lagern. Dies verringert die Anzahl der benötigten Lager und erleichtert den Lagervorspannprozess für das Rad, was wiederum die Zusammenbauzeit und -Kosten verringert.
Bevorzugt ist das dritte Lagerelement 50 zwischen den Lagern 34a, 34b angeordnet und weist einen Durchmesser auf, der sich um eine größere radiale Strecke weg von der Achse 30 erstreckt als die Durchmesser der Lager 34a, 34b, die durch die Welle 32 abgestützt werden. Erfindungsgemäß ist das dritte Lagerelement 50 eine Laufbuchse 52, zum Beispiel wie in 3 gezeigt. Die Laufbuchse 52 ist zwischen der ersten 38 und zweiten 40 Radnabe montiert, um bidirektionale axiale und radiale Lasten abzustützen. Die Laufbuchse 52 kann aus einer einzigen Materialart hergestellt sein oder kann eine Beschichtung beinhalten. Zum Beispiel kann die Laufbuchse 52 eine typische Bronze-Laufbuchse, wie eine solche, die bei herkömmlichen Planetenradwellen zu finden ist, oder eine Nylon-beschichtete Stahl-Laufbuchse sein. Das dritte Lagerelement 50 kann eine geringere Tragfähigkeit als typische Radlagerelemente aufweisen, da die Anzahl der Umdrehungen signifikant verringert ist, da es sich nur während des Fahrens von Kurven dreht.
Eine alternative Ausführungsform einer Radendbaugruppe 80 ist in 4 gezeigt, welche veranschaulicht, dass das Konzept auf mehr als zwei Räder ausgedehnt werden kann. Diese Radendbaugruppe 80 beinhaltet eine äußere Radnabe 82, eine mittlere Radnabe 84 und eine innere Radnabe 86. Die innere 86 und äußere 82 Nabe sind auf der Welle 32 über ein erstes und zweites Lagerelement, z.B. die Lager 86a, 86b, zur Drehung um die Achse 30 abgestützt. Es sollte verstanden werden, dass die Lager 86a, 86b gleichartig sein können, aber nicht identisch sein müssen. Die Befestigungsbaugruppe hält die Naben 82, 84, 86 auf der Welle 32 zurück. Die Radfelgen 46 sind auf jeder Nabe 82, 84, 86 montiert, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Dritte und vierte Lagerelemente 88a, 88b sind zwischen den Naben 82, 84, 86 angeordnet, um eine unabhängige Drehung der Naben 82, 84, 86 relativ zueinander zu gestatten. Das dritte Lagerelement 88a ist zwischen der inneren 86 und der mittleren 84 Nabe, und das vierte Lagerelement 88b ist zwischen der äußeren 82 und der mittleren Nabe 84 angeordnet. Die Lagerelemente 88a, 88b sind ähnlich denen, die in Zusammenhang mit 2 erörtert wurden.
Die betreffende Erfindung stellt eine mehrrädrige Radendbaugruppe mit sich unabhängig drehenden Radnaben bereit, die in erheblichem Umfang den Reifenverschleiß mindert, den Kraftstoffverbrauch verbessert, die Fahrzeugstabilität steigert, und den frühzeitigen Verschleiß der Radendkomponente verringert. Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung offenbart wurde, würde ein Fachmann dieses Gebiets erkennen, dass gewisse Modifikationen in den Umfang dieser Erfindung fallen würden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und den Gehalt dieser Erfindung zu ermitteln.

Claims

Radendbaugruppe (28), die umfasst: eine Welle (32), die eine Drehachse (30) festlegt; eine erste Radnabe (38), die für die Drehung um die Achse (30) abgestützt wird; mindestens ein erstes Lagerelement (34a), das die erste Radnabe (38) auf der Welle (32) für die Drehung um die Achse (30) abstützt; eine zweite Radnabe (40), die für die Drehung um die Achse (39), angrenzend an die erste Radnabe (38), abgestützt wird; und mindestens ein zweites Lagerelement (34b), das die zweite Radnabe (40) auf der Welle (32) für die Drehung um die Achse (30) abstützt; die Baugruppe ist durch mindestens eine Laufbuchse (52) gekennzeichnet, die zwischen der ersten Radnabe (38) und der zweiten Radnabe (40) befestigt ist und für das Abstützen bidirektionaler axialer und radialer Lasten zwischen der ersten Radnabe (38) und der zweiten Radnabe (40) geeignet ist, wobei sie der ersten Radnabe (38) und der zweiten Radnabe (40) ermöglicht, sich unabhängig voneinander zu drehen.
Baugruppe, wie in Anspruch 1 dargelegt, die ein Befestigungselement (48) beinhaltet, das an einem Ende der Welle (32) befestigt ist, um eine lineare Bewegung der ersten Radnabe (38) und der zweiten Radnabe (40) entlang der Achse (30) zu verhindern.
Baugruppe, wie in Anspruch 1 dargelegt, worin das mindestens eine erste Lagerelement (34a) ein einzelnes Lager (34a) ist und das mindestens eine zweite Lagerelement (34b) ein einzelnes Lager 34(b) ist.
Baugruppe, wie in Anspruch 1 dargelegt, worin die Laufbuchse (52) eine Bronze-Laufbuchse (52) ist.
Baugruppe, wie in Anspruch 1 dargelegt, worin die Laufbuchse (52) eine nylonbeschichtete Stahl-laufbuchse (52) ist.
Baugruppe, wie in Anspruch 1 dargelegt, worin die Laufbuchse (52) lediglich zwischen der ersten Radnabe (38) und der zweiten Radnabe (40) abgestützt wird, um zu ermöglichen, dass sich die erste Radnabe (38) und die zweite Radnabe (40) unter vorbestimmten Bedingungen unabhängig voneinander drehen.
Baugruppe, wie in Anspruch 1 dargelegt, worin die Laufbuchse (52) mit einem größeren radialen Abstand von der Achse (30) angeordnet ist als das erste Lagerelement (34a) und das zweite Lagerelement (34b).
Baugruppe, wie in den vorhergehenden Ansprüchen dargelegt, worin die zweite Radnabe (40) von einem inneren Nabenelement (84) und einem äußeren Nabenelement (82) umschlossen ist, wobei das äußere Nabenelement (82) mittels dem zweiten Lagerelement (86b) auf der Welle (32) abgestützt wird, und mindestens eine Laufbuchse (88a) lediglich zwischen der ersten Radnabe (86) und dem inneren Nabenelement (84) abgestützt wird; die Baugruppe beinhaltet eine weitere Laufbuchse (88b), die lediglich zwischen dem inneren Nabenelement (84) und dem äußeren Nabenelement (82) abgestützt wird, und ist für das Abstützen bidirektionaler axialer und radialer Lasten zwischen dem inneren Nabenelement (84) und dem äußeren Nabenelement (82) geeignet, so dass sich die erste Radnabe (86) und das innere Nabenelement (84) unabhängig voneinander drehen können, und dass sich das innere Nabenelement (84) und das äußere Nabenelement (82) unabhängig voneinander drehen können.
Baugruppe, wie in Anspruch 8 dargelegt, worin das das innere Nabenelement (84) für die Drehung um die Achse (30) lediglich von der mindestens einen Laufbuchse (88a) und der weiteren Laufbuchse (88b) abgestützt wird.