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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Stoßdämpferanordnung
vom zylindrischen Teleskoptyp für
Fahrzeuge, im Weiteren als Federbein bezeichnet, und spezieller
ein Federbein für
einen Mobilkran, sowie eine obere Lenkanordnung hierfür. In seiner Grundkonfiguration
umfasst das Federbein gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Außenrohr,
das an einem Fahrzeugrahmen befestigbar ist, und einen Radträger, der
teleskopisch nach unten aus dem Außenrohr durch eine Kolben-Zylindereinheit
ausgefahren werden kann, sowie eine Lenkeinführung für den Radträger.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Zurzeit weitverbreitet eingesetzte
Federbeine, wie sie beispielsweise aus dem deutschen Patent 38 06
709 C2 bekannt sind, weisen Radträger auf, die über ein
Führungsrohr
nach unten austeleskopierbar sind. Diese Radträger werden am Achsschenkel
eines Rades befestigt. Eine Lenkstange ist als Lenkeinführung unten
am Federbein, nämlich
am austeleskopierbaren Radträger
befestigt. Die Lenkeinführung
befindet sich also unten an den Beinen. Der Lenkhebel und die Lenkstange
für das
gegenüberliegende
Rad müssen
unterhalb des Rahmens geführt
werden.
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Aus dem deutschen Patent 37 43 203
A1 ist ferner ein Radführungsaggregat,
wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben wird, bekannt,
das ebenfalls als Federbein ausgebildet ist. Dieses Radführungsaggregat
besitzt zwei Lenkeinführungen,
nämlich
eine im unteren Bereich des Radträgers und eine weitere am Oberteil
des Federbeins.
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Der Nachteil oben genannten Ausführungen nach
dem Stand der Technik liegt darin, dass die untere Lenkeinführung mit
einem dort befestigten Lenkhebel bzw. einer Lenkstange für das gegenüberliegende
Rad sehr viel Platz unterhalb des Fahrzeugrahmens beansprucht. Solche
am unteren Teil eines Federbeins angebrachten Lenkungen verkleinern den
für die
Rahmen konstruktion zur Verfügung
stehenden Raum, so dass der Rahmen bezüglich seiner Querschnittsgröße, Form
und Lage und damit bezüglich
seiner Steifigkeit nicht optimal ausgestaltet werden kann.
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Bei der Vorrichtung gemäß der
DE 37 43 203 A1 bildet
der Radträger
des Federbeins einen Zylinder, der zu seiner Oberseite hin offen
ist, wobei der Zylinder mit Hydraulikdruckfluid gefüllt ist.
In diesen Zylinder wird eine Welle, welche fest am Oberteil der Vorrichtung
befestigt ist, eingebracht, und durch diese Welle erfolgt die Versorgung
der Zylinderkammer über
eine Bohrung.
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Nachteiligerweise ändert sich
bei einer solchen Konstruktion der Abstand zwischen den Trägerpunkten
des Radträgers
mit dem Hub des Federbeins, so dass die Querkräfte, welche aufgenommen werden
können,
geringer sind, wenn der Radträger vollständig ausgefahren
ist. Die Trägeranordnungen für den Radträger gemäß der
DE 37 43 203 A1 machen
entweder das Ausfahren und Einfahren des Radträgers schwierig oder verrigern
den Abstand zwischen den Lagerpunkten in einem solchen Ausmaß, dass
die Aufnahmekapazität
für Querkräfte extrem
niedrig wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung
ein Federbein aufzuzeigen, welches eine vorteilhafte Lagerung des
Radträgers
zur Verfügung
stellt, speziell im Hinblick auf eingebrachte Querkräfte. Diese
Aufgabe wird durch ein Federbein bzw. ein Dämpferbein gemäß dem Anspruch
1 und speziell gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche
definieren vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Mittels der Ausgestaltung nach der
vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung geschaffen; bei welcher
der Zylinder so vorliegt, dass sein Unterteil am oberen Abschnitt
des Federbeins liegt, wobei er sich nach unten öffnet. Wegen dieser Anordnung kann
der Radträger
lediglich an seinem Führungsrohr
gelagert werden, während
die Kolbenstange, die am unteren Ende des Radträgers angesetzt ist, und ihr
Kolben, welcher wiederum in dem Zylinder läuft, praktisch keine Querkräfte abstützen müssen.
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Das Federbein gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst eine einzige Lenkeinführungskopplung,
die am oberen Ende des Beins angeordnet ist. Darüber hinaus ist ein Lenkhebel,
der mit dem Bein in Eingriff ist, oder mit einer Lenkstange für das gegenüberliegende
Rad, welches wiederum durch den Lenkhebel gelenkt wird, oberhalb
des Rahmens über dem
Rad angeordnet, so dass nunmehr Raum zum Vergrößern der Rahmenkonstruktion
zur Verfügung steht,
der vorher unterhalb des Rahmens durch herkömmliche Lenkanordnungen eingenommen
wurde. Der Rahmen kann somit einen optimal vergrößerten Querschnitt annehmen,
um so seine Steifigkeit zu verbessern.
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Durch die nach oben verlagerte Lenkung
ist es möglich,
die normalerweise zwischen Rad und Rahmen befindlichen Lenkstangen
und -hebel über den
Rädern
zu positionieren. Anders als bei der Situation bei herkömmlichen
Lenksystemen können
die Lenktrapeze der Spurstangen vor der Achse angeordnet werden,
wobei dies den Vorteil hat, dass sich bei nach außen gespreizten
Lenktrapez die Lenkhebel und Kugelköpfe der Lenkung auch beim Radeinschlag
nicht bis in den Rahmenbereich bewegen. Es ergibt sich die Möglichkeit,
die Spurstangen durch in den Rahmen eingeschweißte Rohre zu verlegen. Aus
Platzgründen
müssen
bei herkömmlichen
Lenkungen die Lenkzylinder der Achsen mit großem Lenkeinschlag unter dem
Rahmen angeordnet sein. Durch das Verlegen der Lenkung nach oben
ergeben sich bessere Möglichkeiten
der Lenkzylinderanbringung.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung liegt darin, dass das Federbein, was die Stabilität und die
Teleskopführung
des Radträgers
betrifft, optimal auf eine Lenkeinführung von oben abgestimmt werden
kann, wobei es nicht länger
notwendig ist, Lenkkräfte,
die unten am Radträger
angreifen, zu berücksichtigen
oder umzuleiten, und es ist nicht mehr notwendig, einen Ansatzpunkt
für eine
Lenkstange am unteren Radträgerbereich
vorzusehen. Die Lenkkraft wird beim erfindungsgemäßen Federbein,
also vom Einführungspunkt
am oberen Ende zum unteren Radträger
durchgeführt,
mit anderen Worten werden die Räder
"durch die Federbeine hindurch" gelenkt.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federbeins
ist der Zylinder an seinem oberen, geschlossenen Ende mittels einer
Dreh-Axiallagerung, insbesondere mittels eines Kugellagers, am Oberteil
des Außenrohres
gelagert, wobei der Lenkhebel der Lenkeinführung am Zylinder bevorzugt über eine
formschlüssige
Verbindung angebracht ist. Ein solches Dreh-Axiallager kann die
Komponenten der Radkräfte
in axialer Richtung des Federbeins, die auf den Zylinder wirken,
aufnehmen und über
das Außenrohr
an den Rahmen weitergeben.
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Das Führungsrohr des Radträgers ist
zwischen dem Außenrohr
und dem Zylinder angeordnet. Diese Anordnung des Führungsrohrs
ermöglicht
eine hervorragend stabile Führung
des Radträgers
mittels des Führungsrohres
innerhalb des Federbeins. Radialkräfte können optimal aufgenommen werden,
ohne dass die Teleskopbewegung des Radträgers behindert wird. Die Kolbenstange
des im Zylinder laufenden Kolbens ist an ihrem unteren Ende am Radträger angesetzt.
Das Außenrohr
eines erfindungsgemäßen Federbeins
kann an seiner Innenseite mehrere, vorzugsweise zwei Lagerungsabsätze für die Außenwandung
des Führungsrohrs
des Radträgers
aufweisen. Diese Lagerungsabsätze
können
als Gleitlager ausgebildet werden und bilden speziell die Stellen
in der Federbeinkonstruktion, welche die in radialer Richtung auftretenden
Kräfte
auf die Räder
aufnehmen; es handelt sich also um die "Radiallagerung" des Federbeins.
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Zur Übertragung der Lenkkraft vom
Zylinder auf das Führungsrohr
ist bei einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Federbeins
zwischen der Innenseite des Führungsrohres
und der Außenseite
des Zylinders eine axial verschiebliche, radial formschlüssige Verbindung
vorgesehen. Diese Verbindung kann insbesondere ein Keilverzahnung aufweisen.
Des Weiteren ist am offenen Zylinder eine Buchse für die Kolbenstange
vorgesehen, um so die Abdichtung des Zylinderinnenraumes sicherzustellen.
Die Zu- und Abführung
des Hydraulikfluids für den
Zylinderinnenraum wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung durch eine am geschlossenen Zylinderende angeordnete Öffnung bewirkt,
wobei sich diese Öffnung
insbesondere durch den Lenkhebel erstreckt, der am oberen Zylinderende
formschlüssig
befestigt ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird besser
aus der folgenden detaillierten Beschreibung und durch die beiliegenden
Zeichnungen verständlich.
Es zeigen:
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1 einen
vorderen Aufriss für
ein Federbein gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Rahmen-Fahrwerkskonstruktion;
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2 einen
vorderen Aufriss, der eine Rahmen-Fahrwerkskonstruktion nach dem
Stand der Technik zeigt;
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3 einen
vorderen Aufriss zweier verschiedener Halbschnitte, die einander
zugewandt sind, zur direkten Gegenüberstellung einer Rahmen-Fahrwerkskonstruktion
nach dem Stand der Technik und einer solchen gemäß der Erfindung;
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4 einen
vorderen Aufriss für
eine Rahmen-Fahrwerkskonstruktion mit erfindungsgemäßen Federbeinen
und mit einem innerhalb des Rahmens befestigten Mitten- bzw. Differentialgetriebe;
und
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5 eine
geteilte Längsquerschnitt-Ansicht durch
ein erfindungsgemäßes Federbein,
wobei die linke Seite einen ausgefahrenen Zustand des Federbeins
und die rechte Seite einen eingefahren Zustand darstellt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die 1 zeigt
eine Rahmen-Fahrwerkskonstruktion mit einem Federbein 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Hier ist insbesondere eine Ausgestaltung für einen
Mobilkran dargestellt. Es sollte jedoch an dieser Stelle bemerkt
werden, dass das erfindungsgemäße Federbein
bei allen entsprechenden Rahmen-Fahrwerkskonstruktionen einsetzbar ist.
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Das Federbein 10 ist mit
seinem Außenrohr 12 am
Rahmen 20 befestigt. Es überträgt Axialkräfte (Kräfte in Richtung der Federbeinachse)
sowie Quer- oder Radialkräfte
(Kräfte
senkrecht zur Federbeinachse), die über das jeweilige Rad aufgebracht
werden, auf den Rahmen 20. Aus dem Außenrohr 12 ist ein
Radträger 14 nach
unten austeleskopierbar, der über
ein Führungsrohr 15 im
Außenrohr 12 gelagert ist.
Der Radträger 14 ist
am Achsschenkel des Rades befestigt.
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Gelenkt wird das Rad "durch das Federbein 10 hindurch" über die
oben am Federbein 10 vorgesehene Lenkeinführung 16,
an der ein Lenkhebel 18 vorgesehen ist. Die vom Lenkhebel 18 ausgeübte Lenkkraft
wird dabei über
eine Kolben-Zylindereinheit des Federbeins 10, die im weiteren
anhand der 5 detaillierter
beschrieben wird, auf das Führungsrohr 15 und
den Radträger 14 übertragen.
Am Lenkhebel 18 ist auch die Lenkstange 22 vorgesehen,
die die Lenkkraft zum Federbein der gegenüberliegenden Radaufhängung überträgt.
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Unterhalb des Rahmens 20 ist
ein Mittengetriebe 30 befestigt, das über Antriebswellen 32 den Antrieb
der Räder
dieser Achsanordnung am jeweiligen Achsschenkel besorgt. Der Rahmen 20 kann
wegen der erfindungsgemäßen "oberen
Lenkung" an den Federbeinen 10 in seinem unteren Bereich
vergrößert ausgebildet
werden, d. h. er erstreckt sich soweit nach untern, dass das Mittengetriebe 30 an
ihm befestigt werden kann. Die Steifigkeit und Stabilität des Rahmens 20 kann
durch diese Vergrößerung erhöht werden,
was insbesondere für
Mobilkrankonstruktionen, die größere Lasten
heben müssen,
sehr vorteilhaft ist.
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Es ist weiterhin zu bemerken, dass
ein Rahmen einer herkömmlichen
Baugröße durch
die erfindungsgemäße Konstruktion
weiter nach unten gelegt werden kann, so dass die Gesamthöhe (beispielsweise
eines Mobilkrans) verringert werden kann. Dies ist insbesondere
für Straßenfahrten
vorteilhaft, speziell beim Durchfahren von niedrigen Tunneln. Auch
die Drehverbindungen des Kranaufsatzes, die oben am Rahmen angeordnet
und mitentscheidend für
die Kranhöhe
sind, können
dabei weiter unten, insbesondere um die Federbeinoberteile herum,
positioniert werden, so dass der Kranschwerpunkt insgesamt abgesenkt
werden kann.
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Um den Unterschied der erfindungsgemäßen Konstruktion
zu einer Konstruktion nach dem Stand der Technik klarzulegen ist
in 2 eine Rahmen-Fahrwerkskonstruktion
dargestellt, wie sie gemäß dem Stand
der Technik üblicherweise
verwendet wird, nämlich
mit einer Lenkeinführung
an der Unterseite des Federbeins. In 2 entsprechen
diejenigen Bauteile mit den beiden gleichen Endziffern den Bauteilen
aus 1; zur Unterscheidung
wurde lediglich jeweils 100 dazuaddiert.
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In
2 ist
nunmehr klar ersichtlich, dass die Lenkkonstruktion bestehend aus
dem Lenkhebel
118, der an dem unteren Teil des Außenrohres
112 angebracht
ist, und der Lenkstange
122 einen großen Platzbedarf unterhalb des
Rahmens
120 und oberhalb des Mittengetriebes
130 erfordert.
Der Rahmen
120 muss deshalb im Querschnitt erheblich kleiner
konstruiert werden als der Rahmen
20, der in
1 mit einem erfindungsgemäßen Federbein
zur Ver fügung
gestellt werden kann. Die Lenkeinführung im unteren Bereich des
Außenrohrs
112 gemäß
2 ist mit der Lenkeinführung vergleichbar, wie sie in
der
DE 37 43 203 C2 beschrieben
wird.
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Einen direkten Vergleich möglicher
Rahmenquerschnitte gemäß der Stand
der Technik und bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Federbeins zeigt
die 3. Hier ist linksseitig
eine Konstruktion gemäß dem Stand
der Technik (2) dargestellt, während auf
der rechten Seite eine Rahmen-Fahrwerkskonstruktion mit einem Federbein 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt ist.
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Der erfindungsgemäße Teil in 3 (rechts) unterscheidet sich dahingehend
von der in 1 dargestellten
Ausführungsform,
dass das Mittengetriebe 30 innerhalb des Rahmens 20 angeordnet
und dort befestigt ist. Die Antriebswelle 32 des Mittengetriebes 30 wird
durch eine Rahmenöffnung
zum Achsschenkel geführt.
Solche Rahmenöffnungen
schwächen
naturgemäß die Struktur
des Rahmens 20. Die Konstruktion gemäß der rechten Seite in 3 ist jedoch möglich, da
lediglich eine Öffnung,
nämlich
diejenige zur Durchführung
der Antriebswelle 32 benötigt wird. Wollte man bei einer
Konstruktion nach dem Stand der Technik, wie sie auf der linken
Seite in 3 gezeigt ist,
das Mittengetriebe 130 ebenfalls in den Rahmen 120 integrieren,
müsste
man entweder zwei Öffnungen
für das
Lenkgestänge 118, 120 und die
Antriebswelle 132 vorsehen oder eine Öffnung so groß ausgestalten,
dass beide Baugruppen hindurchgeführt werden könnten. Eine
solche Öffnung
würde die
Struktur eines herkömmlichen
Rahmens 120 jedoch zu stark schwächen.
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In 3 ist
jeweils der halbe Rahmenquerschnitt beidseitig schraffiert. Durch
die Verwendung des Federbeins 10 gemäß der vorliegenden Erfindung,
bei dem die Lenkeinfügung
auf der Oberseite durchgeführt
wird, wird zunächst
die Integration des Mittengetriebes 30 erst ermöglicht und
ferner kann aufgrund der Raumersparnis wegen der nach oben verlegten
Lenkeinführung
ein Rahmenquerschnitt zur Verfügung
gestellt werden, der wesentlich größer ist (rechte Seite) als
der links dargestellte Querschnitt des Rahmens 120, der
an eine Konstruktion des Federbeins gemäß dem Stand der Technik angepasst wurde.
Die Steifigkeit der rechts in 3 dargestellten
erfindungsgemäßen Konstruktion
ist demgemäß höher; außer dem wird
ersichtlich, dass der Rahmen insgesamt tiefer gelegt werden kann,
was eine vorteilhaft niedrige Schwerpunktlage, sowie insgesamt eine
niedrigere Konstruktion ermöglicht.
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Die 4 zeigt
nunmehr eine weitere Ausführungsform
einer Rahmen-Fahrwerkskonstruktion mit
erfindungsgemäß ausgestalteten
Federbeinen 10 und einem im Rahmen 20 integrierten
Mittengetriebe 30. Auf der linken Seite der 4 ist der Radträger austeleskopiert
dargestellt, während
auf der rechten Seite ein zusammengeschobenes Federbein gezeigt ist.
Rechts ist in 4 die
Ausnehmung für
den Durchgang der Antriebswelle 32, die im Rahmen 20 vorgesehen
ist, mit dem Bezugszeichen 24 angedeutet. Die Antriebswellen 32 bewegen
sich in verschiedenen Fahrzuständen
zwischen den links- und rechtsseitig in 4 dargestellten Extremstellungen hin
und her. Weil die Lenkeinführungen 16 am
Federbein 10 an der oberen Seite angeordnet ist, beansprucht
die Lenkung keinen Platz im unteren Bereich des Fahrzeugrahmens,
welcher demgemäß im Querschnitt
nach unten vergrößert werden
kann. Die hierdurch gewonnene Steifigkeitserhöhung lässt durchaus die Einbringung
der Durchführungen 24 für die Antriebswellen 32 zu.
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In 5 ist
nunmehr der detaillierte Aufbau eines erfindungsgemäßen Federbeins
im Längsschnitt
gezeigt, wobei auf der linken Seite der austeleskopierte Zustand
und auf der rechten Seite ein einteleskopiertes Federbein dargestellt
ist. Die Hauptkomponenten des dargestellten Federbeins sind das Außenrohr 12,
der Radträger 14 mit
seinem. Führungsrohr 15,
der Zylinder 4, der Kolben 6 mit Kolbenstange 8,
sowie die oben am Zylinder befestigte Lenkeinführung 16 mit dem Lenkhebel 18.
Das Außenrohr 12 wird
mit Hilfe der Befestigungen 11 am (hier nicht dargestellten)
Rahmen des Fahrzeugs unbeweglich befestigt. An der Oberseite des
Außenrohrs 12 wird
in diesem der Zylinder 4 mit seinem oberen geschlossenen
Ende 40 über
ein Kugellager 2 drehbar aber axialfest gelagert. Die obere
geschlossene Zylinderseite 40 ist an ihrem oberen Stirnende über eine
formschlüssige
Verbindung 19 sowie über
nicht bezeichnete Schrauben drehfest mit dem über ein Zwischenstück aufgesetzten
Lenkhebel 18 verbunden. Der Lenkhebel 18 bildet
zusammen mit der drehfesten Befestigung am Zylinderende 40 die
Lenkeinführung 16.
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Eine durch das Zylinderende 40 sowie
den Lenkhebel 18 hindurchgehende Öffnung 1 versorgt den
Zylinderinnenraum mit Hydraulikflüssigkeit. Im Zylinder 4 läuft der
Kolben 6 zwi schen den beiden links und rechts dargestellten
Extrempositionen. Das untere offenen Zylinderende 40 ist
mit einer Buchse 9 versehen, in der die Kolbenstange 8 des
Zylinders gleitet. Die Buchse 9 weist auch die erforderlichen Abdichtungseinrichtungen
auf.
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An ihrem unteren Ende ist die Kolbenstange 8 im
mittleren Bereich des Radträgers 14 fixiert,
beispielsweise über
eine Schraubverbindung (nicht dargestellt). Der Radträger 14 ist
dasjenige Bauteil, das zusammen mit der Kolbenstange 8 austeleskopiert wird
und welches über
eine Flanschverbindung 14a an einem Achsschenkel des jeweiligen
Rades befestigt wird. Der Radträger 14 ist
einstückig
mit seinem Führungsrohr 15 ausgebildet,
welches im weiteren Verlauf nach oben zwischen der Außenwand
des Zylinders 4 und der Innenwand des Außenrohres 12 axial
verschieblich aufgenommen wird. Hierbei stützt sich das Führungsrohr 15 außen an Gleitlagern 3 ab, die
an Absätzen
im Außenrohr 12 vorgesehen
sind. Der Hauptanteil der Quer- bzw: Radialkräfte wird durch die Gleitlagerungen 3 aufgenommen.
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Die über den Lenkhebel 18 auf
den Zylinder 4 wirkende Lenkkraft (Lenkmoment) wird über eine Keilverzahnung
als Drehmoment auf das Führungsrohr 15 und
damit auf den Radträger 14 weitergegeben.
Die Keilverzahnung besteht aus dem kurzen Keilprofilabschnitt 5 im
unteren Bereich der Außenwandung
des Zylinders 4, sowie dem längeren Keilverzahnungsabschnitt
innen im oberen und mittleren Bereich des Führungsrohres 15. An
dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass hier grundsätzlich jedwede
radial formschlüssige
axial verschiebliche Kraftübertragüngseinrichtung
gewählt
werden kann. So könnten
beispielsweise Gleitfedern, Vielnutprofile, Kerbzahnprofile oder
Polygonprofile verwendet werden. Der gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 5 verwendete Keilverzahnungsabschnitt 5 an der
Außenwandung
des Zylinders 4 ist vorzugsweise im Bereich des oberen
Gleitlagers 3 angeordnet, damit bei einem Verschleiß der Radiallagerung
keine Radkräfte
aufgenommen werden.
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Mit der dargestellten Konstruktion
kann ein Federbein gemäß der vorliegenden
Erfindung in vorteilhafter Weise an eine Lenkeinführung am
Oberteil angepasst werden. Die Lenkkräfte werden vom Lenkhebel 18 über den
Zylinder 4, die Keilverzahnung 5, 7 und
das Führungsrohr 15 "durch
das Federbein hindurch" auf den Radträger 14 übertragen. Mit
einer solcher maßen
nach oben verlegten Lenkeinführung
wird die Platzersparnis im unteren Fahrwerksbereich und damit die
Rahmenquerschnittsvergrößerung ermöglicht.