WO2022262953A1 - Bogieachse für ein fahrzeug mit einer vorzugsfahrtrichtung und fahrzeug mit wenigstens einer solchen bogieachse - Google Patents

Bogieachse für ein fahrzeug mit einer vorzugsfahrtrichtung und fahrzeug mit wenigstens einer solchen bogieachse Download PDF

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WO2022262953A1
WO2022262953A1 PCT/EP2021/066093 EP2021066093W WO2022262953A1 WO 2022262953 A1 WO2022262953 A1 WO 2022262953A1 EP 2021066093 W EP2021066093 W EP 2021066093W WO 2022262953 A1 WO2022262953 A1 WO 2022262953A1
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WO
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axle
vehicle
bogie
wheel
front wheel
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/066093
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French (fr)
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Alexander Eyring
Stefan Maier
Bernhard Schnabel
Original Assignee
Naf Neunkirchener Achsenfabrik Ag
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Publication date
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    • B60G5/02—Resilient suspensions for a set of tandem wheels or axles having interrelated movements mounted on a single pivoted arm, e.g. the arm being rigid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60G2400/61—Load distribution

Definitions

  • Bogie axle for a vehicle with a preferred direction of travel and vehicle with at least one such bogie axle
  • the invention relates to a bogie axle for a vehicle with a preferred direction of travel and a vehicle with at least one such bogie axle.
  • Bogie axles which are also called double axle units, pendulum units or tandem axles, are double axles that can be connected to a vehicle frame of a vehicle.
  • a bogie axle generally includes at least one axle rocker, also known as a tandem axle carrier, which has two spaced-apart hubs for arranging a front wheel and a rear wheel as the output, and which has an axle rocker bearing arranged between the hubs for mounting the axle rocker on a rigid axle carrier .
  • the axle swing bearing in turn has an input shaft as input, which is coupled to drive the front wheel and the rear wheel via at least one transmission.
  • a vehicle with a preferred direction of travel for example a forwarder, motor grader, combine harvester or similar self-propelled harvesting or construction machine, which is significantly more than 50%, for example 60%, 70%, 80%, 90% or more of their usual operating time in one direction of travel (usually forwards) and only for turning and maneuvering in the opposite direction of travel (usually backwards), the same, rear part of the drive of the bogie axle and the rear tire are always subjected to higher loads.
  • Previous attempts to compensate for such an erecting effect have in turn caused new disadvantages such as, for example, a considerable additional installation space requirement and poorer efficiency due to additional drive components.
  • the erection effect is also suppressed when it is desired, for example when driving over obstacles (rocks, roots, ditches, etc.).
  • the object of the present invention is to create a bogie axle for a vehicle with a preferred direction of travel, which enables improved driving characteristics at least when driving the vehicle in the preferred direction of travel.
  • a further object of the invention is to create a vehicle with a preferred direction of travel which, at least when driving in the preferred direction of travel, has improved driving characteristics and avoids the disadvantages of the conventional prior art.
  • a first aspect of the invention relates to a bogie axle for a vehicle with a preferred direction of travel, comprising at least one axle swing arm which, as output, has two spaced hubs for arranging a front wheel and a rear wheel, and which has an axle swing arm bearing arranged between the hubs for pivoting the axle swing arm on an axle carrier or vehicle frame, wherein the axle swing bearing has an input shaft as input, which is coupled to drive the front wheel and the rear wheel via at least one gear with these.
  • a geometry of the at least one axle rocker corresponds to Formula I: in which e : eccentricity of an axis of rotation of the axle swing bearing in the preferred direction of travel, starting from a central axis arranged between the hubs,
  • R static tire radius of the wheels to be mounted
  • i gear ratio of the swing arm as a ratio of an input speed of the input to an output speed of the output
  • a superelevation of the axis of rotation compared to the centers of the hubs of the swing arm
  • FT sum of the tangential wheel loads FT of the bogie axle in mounted condition during operation of the vehicle
  • FG Sum of the radial front wheel loads FR v and the radial rear wheel loads FR h of the bogie axle in the assembled state during operation of the vehicle and in which i BB is 1 if the bogie axle does not have a torque divider to even out a non-uniform impact on the front wheel and the rear wheel or in which i BB denotes a transmission ratio of the torque divider if the bogie axle has the torque divider to equalize the moment of force acting unevenly on the front wheel and the rear wheel.
  • the bogie axle is mounted eccentrically according to the invention, with the eccentricity e being influenced by the tire radius R, the elevation of the axis of rotation (D) relative to the center points of the hubs of the axle swing arm a and the gear ratios between the input and output of the axle swing arm i and iBB are agreed that the formula (I) applies.
  • the inventive eccentric displacement of the bearing of the axle rocker forward or in the preferred direction of travel of the vehicle, the static axle load is shifted towards the front wheel.
  • the bogie axle comprises two swingarms and accordingly a total of four hubs for mounting four tires, the two swingarms being located on each side of the associated vehicle.
  • the parameters mentioned in formula (I) can be selected within the limit values 0.05 and 0.4 according to the formula so that for each typical tractive force/axle load ratio FT/FG of different vehicles with the preferred direction of travel results in extensive or complete or at least almost complete compensation of the erection effect, at least during forward travel or in typical work situations.
  • the ratio FT/FG can be 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.10, 0.11,
  • the upper limit of 0.4 defines a ratio FT/FG that is usually particularly useful for heavy-duty applications, such as forest machines.
  • the lower limit of 0.05 ensures that even a comparatively small erection effect can still be reliably compensated for in less severe applications.
  • a maximum traction ratio or a medium or low traction ratio in typical work situations can be responsible for the degree of eccentricity of the bogie axle.
  • the axle load and thus FG increase continuously as the load increases. At the same time, however, this also increases the required tractive force, so that given ground conditions over longer time intervals, a similar, approximately the same tractive force ratio FT/FG is also set in such vehicles.
  • the front wheel which is normally less loaded during operation, is initially subjected to a higher load when stationary. However, the front wheel is then relieved during operation due to the vertical effect of the bogie axle according to the invention, as a result of which the wheel contact forces at the front and rear are evened out.
  • the wheel contact forces can be largely or even completely or at least almost completely compensated for at the typical operating point of the associated vehicle.
  • the load on the front wheel is then advantageously further relieved and the axle load is shifted to the rear wheel, so that there is a certain standing effect again, which makes it easier to drive over the obstacle.
  • the maximum load on the rear wheel is still lower than with a conventional, symmetrically mounted bogie axle.
  • the drive components of at least the rear wheel can thus be designed to be lighter and more economical.
  • the eccentric mounting of the bogie axle according to the invention does not require any additional installation space or any additional drive components and can therefore be implemented almost cost-neutrally.
  • existing vehicles can also be easily retrofitted and equipped with the bogie axle according to the invention.
  • the term “front” (v) generally refers to elements of the bogie axle that are in the preferred direction of travel when installed on the associated vehicle, while the term “rear” (h) conversely refers to elements of the bogie axle that are opposite to the preferred direction of travel.
  • tangential refers to a vector parallel to a flat ground surface on which the bogie axle with mounted (preferably the same size) tires is placed.
  • radial designates a vector that is perpendicular to this level ground surface.
  • “a/an” in the context of this disclosure should generally be read as an indefinite article, i.e. always as “at least one/at least one” unless expressly stated otherwise. Conversely, “a/an” can also be understood as "only one/only one”.
  • the static tire radius R is selected to be smaller than in a similar associated vehicle with a two-wheel rigid axle instead of the bogie axle.
  • tires are mounted on the hubs of the bogie axle, the radius R of which is smaller than the radius R' of those tires that would normally be mounted on the associated vehicle if this did not have the bogie axle according to the invention, but would have a conventional, two-wheeled rigid axle.
  • two-wheeled rigid axles can be exchanged particularly easily for the bogie axle according to the invention, so that existing ones Vehicles can be retrofitted easily and without additional conversion measures.
  • the gear ratio i is selected in such a way that the tire radius R, which is smaller than that of the rigid axle, is compensated for at least 90%, preferably at least 98%, in particular 100% and/or that the superelevation a of the axis of rotation relative to the centers of the hubs of the axle rocker is selected in such a way that a height difference that occurs due to the smaller tire radii R compared to the rigid axle is compensated for at least 90%, preferably at least 98%, in particular 100%.
  • two-wheel rigid axles can be exchanged for the bogie axle according to the invention in a particularly simple manner with the same or at least substantially the same traction and/or maximum speed.
  • the input shaft has a stub shaft for connecting a vehicle-side drive shaft.
  • a bearing is provided, by means of which the stub shaft is rotatably mounted on the axle rocker.
  • Such an independent bearing of the input shaft also enables a "separate" design, in which separate assemblies can be fastened in the vehicle frame and connected to the wheel output or the axle swing arm, which is also separately fastened, by means of a shaft that may be open, as is common in combine harvesters, for example is.
  • the bearing is arranged centered in a ring of the axle swing bearing that is stationary with respect to a vehicle frame of the vehicle, which advantageously ensures optimum alignment of the shafts.
  • Conventional storage in In contrast, tandem axle supports are disadvantageous because the stub shaft for connecting a drive shaft coming from the differential would then be offset to the connection of the slewing ring on the vehicle frame due to tolerances. This would require flexible couplings, articulated shafts or other such components for connecting the drive shaft, which can advantageously be dispensed with with the present embodiment according to the invention.
  • the bearing comprises a flange which has a thread for fastening the axle swing arm to the vehicle, in particular to its vehicle frame. Since the flange for this bearing is designed in such a way that it simultaneously provides the thread for attachment to the vehicle frame, a cost- and space-optimized design of the bogie axle according to the invention can be implemented.
  • a second aspect of the invention relates to a vehicle with a preferred direction of travel, comprising at least one bogie axle according to the first aspect of the invention.
  • the vehicle according to the invention has improved driving characteristics, at least when driving in the preferred direction of travel.
  • the bogie axle preferably has at least two axle rockers which are arranged on the respective sides of the vehicle. Provision can furthermore be made for the vehicle to have exactly one bogie axle, which is preferably fastened to a vehicle frame in a front half of the vehicle or is pivotably fixed thereto. Further features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, with advantageous configurations of the first aspect of the invention being to be regarded as advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
  • the vehicle has at least one bogie stopper, by means of which a relative movement, in particular a rotational movement, of the axle rocker relative to the vehicle frame is limited.
  • a bogie stopper is generally together with an associated stop a structurally simple way to limit the relative movement of the axle rocker relative to the vehicle frame and thus a tire collision with the vehicle frame, a rollover of the To prevent axle swing and the like particularly reliable.
  • the bogie stopper can optionally be arranged stationary relative to the vehicle frame or stationary relative to the axle swing arm and interact with a corresponding stop which is accordingly arranged on the axle swing arm or on the vehicle frame.
  • the bogie stopper and/or the vehicle frame to have at least one stop element, which is preferably fastened in a detachable manner.
  • a stop element represents a stop point on the vehicle frame and/or on the axle rocker, which can be easily exchanged and thus easily replaced in the event of damage. It is also possible to easily adjust the attachment points and dimensions to different vehicle/axle swing arm combinations.
  • this comprises at least one actuator, by means of which an adjusting force can be exerted on the axle swing arm in order to load and/or relieve the load on the rear wheel and/or the front wheel.
  • an actuator or several actuators e.g. hydraulic cylinders
  • the rear wheel can be pushed down or pulled up if necessary. to load the rear wheel and relieve the front wheel.
  • the front wheel can also be loaded and the rear wheel can be relieved.
  • the "Bogielift” can be used to advantage when driving forwards to relieve the load on the front wheel and thus support turning maneuvers (e.g. at the end of the field).
  • the turning circle is also reduced, which is an advantage, for example, when maneuvering in narrow courtyards.
  • the actuator can be actuated manually and/or is coupled to a first control device of the vehicle, the first control device being designed to control and/or regulate the actuator depending on a driving situation.
  • the control device can, for example, use position data, sensor data, camera data, user inputs or the like to control and/or regulate the at least one actuator.
  • the “bogie lift” can therefore be actuated manually, for example when turning, or by means of the control device, for example when braking.
  • the bogie axle to have the torque divider for equalizing a force moment acting unevenly on the front wheel and the rear wheel, with the torque divider preferably comprising a double planetary gear.
  • a torque divider can also be referred to as a “balancing system” and can advantageously be used to compensate for the weight shift of the bogie axle according to the invention to the front wheel when braking.
  • the torque divider can also be used to advantage if the traction force ratio of the vehicle is particularly high during operation, so that the mathematically required eccentricity of the bearing would be too large for practical use and would violate the limits specified in formula (I).
  • the torque divider is coupled to a second control device of the vehicle, the second control device being designed to control and/or regulate the torque divider as a function of a driving situation. In this way, the torque divider can also be “actively” controlled or regulated.
  • the second control device can be embodied independently of the first control device and optionally coupled with it for data exchange. Alternatively, the second control device can be part of the first control device.
  • This also represents a structurally advantageous option for balancing the front and rear wheel forces of the bogie axle according to the invention and for improving the driving characteristics of the vehicle.
  • this is designed as an agricultural machine, in particular as a combine harvester, and/or as a forestry machine, in particular as a forwarder, and/or as a construction machine, in particular as a motor grader.
  • FIG. 1 shows a side view of a bogie axle according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the bogie axle according to the invention with dimensions and force vectors
  • FIG. 3 shows a diagram of the wheel contact forces of a combine harvester with different loading conditions and axle loads
  • Fig. 4 is a schematic diagram of the combine harvester, in which a two-wheeled
  • FIG. 5 shows a schematic cross section through an axle swing bearing of the bogie axle according to the invention according to a further embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic cross section through an axle swing bearing of a further exemplary embodiment of the bogie axle according to the invention with a torque divider;
  • FIG. 7 is a schematic and perspective view of a bogie stopper attached to the axle swing arm
  • FIG. 8 shows a schematic and partial longitudinal section of the bogie stop shown in FIG. 7;
  • Fig. 9 is a schematic representation of a vehicle that is equipped with the bogie axle according to the invention and includes an actuator, by means of which a force can be exerted on the axle rocker in order to relieve the front wheel of the bogie axle and load the rear wheel.
  • Fig. 1 shows a side view of a bogie axle 10 according to the invention for a vehicle 12 (Fig. 4) with a preferred direction of travel V.
  • Fig. 1 is explained below in conjunction with Fig. 2, which is a schematic side view of the bogie axle 10 according to the invention with dimensions and force vectors shows.
  • the bogie axle 10 according to the invention comprises at least one axle swing arm 14, which as output has two spaced hubs 16 for arranging a front wheel 18 and a rear wheel 18, and which has an axle swing arm bearing 20 arranged between the hubs 16 for the pivot mounting of the axle swing arm 14 on an axle carrier or vehicle frame (not shown) of the vehicle 12 .
  • the axle swing bearing 20 has an input shaft 22 (FIG.
  • a geometry of the axle rocker 14 corresponds to formula I: in which e: eccentricity of an axis of rotation D of the axle swing bearing 20 in the preferred direction of travel V, starting from a central axis M arranged between the hubs 16;
  • R static tire radius of the wheels 18 to be mounted or mounted
  • i gear ratio of the axle rocker 14 as a ratio of an input speed of the input to an output speed of the output
  • a elevation of the axis of rotation D in relation to the centers of the hubs 16 of the axle rocker 14;
  • FT Sum of the tangential wheel loads FT of the bogie axle 10 in the assembled state during operation of the vehicle 12; and FG : mean the sum of the radial front wheel loads FRv and the radial rear wheel loads FR h of the bogie axle 10 in the installed state during operation of the vehicle 12 and in which i BB : 1 if the bogie axle 10 does not have a torque divider 44 (Fig 6) to equalize an uneven moment of force acting on the front wheel 18 and the rear wheel 18; or in which iBB denotes a transmission ratio of the torque divider 44 if the bogie axle 10 has the torque divider 44 to equalize the moment of force acting unevenly on the front wheel 18 and the rear wheel 18 .
  • the parameters mentioned are generally determined taking into account the wheels 18 to be mounted or already mounted or with the bogie axle 10 mounted on the vehicle 12 on a level standing or ground surface B.
  • “Operation of the vehicle 12” is generally to be understood as meaning a typical operating situation of the relevant vehicle 12, ie an operating situation in which the vehicle 12 is at least predominantly in normal operation.
  • the central axis M is perpendicular to the floor surface B and bisects a wheelbase L, which is measured between centers of the hubs 16, into a front section L v and a rear section L h .
  • the bogie axle 10 according to the invention is therefore mounted eccentrically, with the eccentricity e according to formula (I) being based on the tire radius R, the superelevation a of the axis of rotation D in relation to the centers of the hubs 16 of the axle swing arm 14 and the transmission ratios of the gears between and output of the axle rocker i and i BB is matched.
  • the selection of the limit value between 0.05 and 0.4 is primarily based on the traction force/axle load ratio FT/FG typical for the application of the vehicle 12 in question, in which a complete or at least largely complete compensation of the erection effect the bogie axle 10 appears particularly advantageous.
  • the upper limit of 0.4 represents a typical FT/FG ratio in heavy-duty applications such as forest machines.
  • the lower limit of 0.05 can be used to (partially) compensate for a comparatively small pitching effect in practice. Due to this eccentric arrangement of the axle rocker bearing 20 of the axle rocker 14 to the front or in the direction of the front In the driving direction V, the static axle load is shifted in the direction of the front wheel 18 and the following advantages in particular result:
  • the coordination according to the invention of the displacement of the axle swing bearing 20 forward (dimension “e”), the bogie cant (dimension “a”) and the gear ratio i can be determined as follows.
  • a balanced wheel load and thus an even ground pressure as well as a largely even load on the drive train parts at the front and rear result when the radial wheel force components FR v and FR h are the same at the front and rear:
  • FG weight force on the axle swing under consideration
  • ⁇ FR stat static wheel load increase due to eccentricity e (here: forward shift)
  • ⁇ FR dyn dynamic wheel load increase due to drive forces (here: forward travel)
  • the moment balance around the input shaft 22 of the axle swing arm 14 provides: with:
  • balanced wheel contact forces at the front and rear result when eccentricity e, tire radius R, translation i and cant a of the axle rocker 14 are matched to the traction force ratio FT/FG of the associated vehicle 12, as shown in formula (i).
  • this can be, for example, the maximum traction ratio or an average traction ratio in typical work situations.
  • the axle load and thus FG increase continuously as the load increases. At the same time, however, this also increases the required tractive force, so that a similar, almost constant tractive force ratio FT/FG is established over a long period of time given the given soil conditions.
  • a ratio FT/FG ⁇ 0.2 is assumed to be a typical traction force ratio in the working area of a vehicle 12 designed here as a combine harvester.
  • FIG. 4 shows a basic representation of the combine harvester 12 in which a two-wheel rigid axle 28 with individual wheels 18 with a radius R' is exchanged for the bogie axle 10 according to the invention, which is dimensioned as described.
  • the bogie axle 10 is arranged in a conventional manner on a vehicle frame (not shown) of the vehicle 12 and has two axle rockers 14 on both sides of the vehicle 12 which can be pivoted relative to the vehicle frame.
  • the left axle as seen in the preferred direction of travel V rocker 14 can be seen in FIG.
  • the bogie axle 10 has two wheels 18 per side of the vehicle with a smaller radius R in each case.
  • the radii R of the wheels 18 are identical in the present case, but can in principle also be chosen to be different. Furthermore, the radii R of the wheels 18 of the bogie axle 10 can correspond to the radius R" of the conventionally mounted flinter wheel 18 of the combine harvester 12, so that, for example, the same wheel types and dimensions can be used for the bogie axle 10 and the rear axle of the vehicle 12 .
  • the bogie axle 10 according to the invention is preferably driven in coaxially or for driving in the rigid axle 28. As shown in FIG. 4, this allows the rigid axle 28 and bogie axle 10 to be easily exchanged without changing the position of the transmission of the vehicle 12.
  • the translation i in the axle rocker 14 and the elevation a are preferably chosen such that the tire radii R of the bogie axle 10, which are smaller than the standard radii R' of the rigid axle 28, are completely or at least largely compensated. This allows the rigid axle 28 and bogie axle 10 to be easily exchanged with the same or at least largely the same traction and/or maximum speed of the vehicle 12.
  • FIG. 3 shows a diagram of the wheel contact forces FR /h of the combine harvester 12 shown in FIG. 4 with different loading states and axle loads using the above-mentioned parameters from this exemplary embodiment.
  • the front and rear wheel contact forces FRv/h are plotted in N on the ordinate, while the tensile force FT of the axle rocker 14 in N is plotted on the abscissa.
  • the typical working area of the combine harvester 12 is marked as a dark area. Also designate:
  • the ratio FT/FG ⁇ 0.2 is always within the marked range, regardless of the load status, and thus covers the entire typical working range of the combine harvester 12 .
  • the shifting of the axle load to the front wheel which is coordinated according to the invention, thus has a favorable effect on the ground pressure and the durability of the drive components in most driving situations.
  • the design according to the invention it has a particularly favorable effect in typical work situations, such as in the grain harvest, where it makes a significant contribution to soil protection and productivity.
  • FIG. 5 shows a schematic and partial cross section through the axle rocker bearing 20 of the bogie axle 10 according to the invention according to a further embodiment.
  • their axle swing arm with a slewing ring is usually connected directly to the differential via an axle carrier (“integrated” design).
  • the input shaft 22 of the bogie axle 10 according to the invention can be mounted in a floating manner.
  • the middle drive wheel 30 in the axle swing arm 14 only requires a support bearing 32 to absorb the difference in the forces that arise from the meshing of teeth with a front and rear gear wheel chain 34v, 34h.
  • the bearings of the input or drive shaft 22 have play in relation to the axial stop, so that the drive shaft 22 can be displaced axially with play.
  • a shaft stub 36 for connecting an external drive shaft (separate design).
  • a flange 38 is centered on a part 40 of the pivot bearing on the vehicle side or on the vehicle stuff frame.
  • the flange 38 is preferably designed in such a way that it simultaneously provides a thread 42 for attachment to the vehicle frame.
  • the flange 38 and thus the bearing is thus, in an unusual way, not on the axle swing arm 14 and thus stationary in relation to the axle swing arm 14, but rather in a stationary manner in relation to the vehicle frame, for example via a stationary inner ring of the axle swing arm bearing 20 connected to the vehicle frame (e.g via a slewing ring).
  • the independent bearing of the input shaft 22 enables a "disconnected" design in which, for example, a differential (not shown) can be attached as a separate assembly on or in the vehicle frame and, if necessary, by means of an open-running shaft with the likewise separately attached Wheel output or here the separately attached swing arm 14 can be connected (as is usual, for example, with combines).
  • a mounting of the input shaft 22 in the tandem axle carrier, which is common in the prior art, would be disadvantageous here because the shaft stub 36 for connecting the drive shaft coming from a differential would then be offset from the connection of the slewing ring on the vehicle frame due to tolerances. This would require flexible couplings or even a cardan shaft to connect the drive shaft.
  • axle swing bearing 20 can then in turn be centered with respect to the vehicle frame in order to ensure optimal alignment of the shafts to be connected to one another.
  • An advantageous design of the flange 38 for this bearing can serve for this purpose, in that the flange 38 also provides the already mentioned thread 42 for attachment to the vehicle frame. This allows the connection of the axle swing arm 14 or the bogie axle 10 to the vehicle 12 to be optimized in terms of costs and installation space.
  • Fig. 6 shows a schematic cross section through an axle swing bearing 20 of a further embodiment of the bogie axle 10 according to the invention.
  • the axle swing bearing 20 has, in contrast to the previous embodiment tion example, a so-called “balancing system", that is, a torque divider 44 to compensate for the axle load shift to the front wheel 18 of the bogie axle 10 when braking.
  • the balancing system 44 can be used advantageously when the traction force ratio during operation of the vehicle 12 is particularly high, so that the mathematically required eccentricity e of the bogie axle 10 would be too large for practical use.
  • the transmission ratio of the axle swing arm 14 effective for the dynamic shifting of the wheel load is reduced by the ratio of the double planetary gear and the condition for uniform wheel loads is calculated then as follows: where i BB denotes the translation of the torque divider 44 and FT/FG is between 0.05 and 0.4.
  • i BB denotes the translation of the torque divider 44 and FT/FG is between 0.05 and 0.4.
  • FIG. 7 shows a schematic and perspective view of a bogie stopper 48 which is attached to the axle swing arm 14 and which is basically optional and which can strike an associated stop which is attached in a stationary manner relative to the vehicle frame.
  • FIG. 7 is explained in conjunction with FIG. 8, in which a schematic and partial longitudinal section of the bogie stopper 48 shown in FIG. 7 is shown.
  • the bogie stopper 48 together with an associated stop on the vehicle frame (not shown), limits the relative rotation of the axle swing arm 14 with respect to the vehicle frame. A rollover of the axle swing arm 14 and a tire collision with the chassis can thus be prevented.
  • the bogie stopper 48 in the example shown is releasably screwed to the axle swing arm 14 via screws 50 and is thus fastened to it in an exchangeable manner.
  • the bogie stopper 48 can of course also be permanently connected to the axle rocker 14 or can be designed integrally.
  • 9 shows a schematic representation of a vehicle 12 that is equipped with the bogie axle 10 according to the invention and, in the present embodiment, also includes an actuator 52, by means of which an actuating force can be exerted on the axle rocker 14 in order to move the front wheel, depending on the situation To relieve 18 of the bogie axle 10 and to load the rear wheel 18.
  • the actuator 52 loads the front wheel 18 and relieves the load on the rear wheel 18 depending on the situation.
  • the actuator 52 which in the present case comprises a hydraulic cylinder, thus represents a type of “bogie lift” and is attached to the vehicle frame at one end and to the rear part of the axle swing arm 14 at the other end.
  • the actuator 52 can also be fastened to the front part of the axle swing arm 14 .
  • the actuator 52 pushes the rear wheel 18 down or pulls it up to vary the loading on the front and rear wheels 18 .
  • the “bogie lift” 52 can be used to advantage when driving forward, for example, in order to relieve the load on the front wheel 18 and thus support turning maneuvers (for example at the end of the field). When the front wheel 18 is completely relieved, the turning circle is also reduced, which is advantageous, for example, when maneuvering in narrow yards.
  • the actuator 52 can be activated manually (when turning) or also automatically or depending on the situation (for example when braking).
  • the actuator 52 in the example shown is coupled for data exchange with a control device 54 of the vehicle 12, which is designed to control and/or regulate the actuator 52 depending on a driving situation.
  • the control device 54 can also be used to control and/or regulate the aforementioned “balancing system” 44 if the bogie axle 10 is equipped with such a system.
  • axle swing bearing 22 input shaft 24 gearbox

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bogieachse (10) für ein Fahrzeug (12) mit einer Vorzugsfahrtrichtung (V). Die Bogieachse (10) umfasst mindestens eine Achsschwinge (14), welche als Abtrieb zwei beabstandet angeordnete Naben (16) zur Anordnung eines Vorderrads (18) und eines Hinterrads (18) aufweist, und welche eine zwischen den Naben (16) angeordnete, exzentrische Achsschwingenlagerung (20) zur Schwenklagerung der Achsschwinge (14) an einem Achsträger aufweist, wobei die Achsschwingenlagerung (20) als Eintrieb eine Eintriebswelle (22) aufweist, welche zum Antreiben des Vorderrads (18) und des Hinterrads (18) über wenigstens ein Getriebe (24) mit diesen gekoppelt ist. Eine Geometrie der wenigstens einen Achsschwinge (14) entspricht Formel (I): in welcher e eine Exzentrizität einer Drehachse (D) der Achsschwingenlagerung (20) in Vorzugsfahrtrichtung (V) ausgehend von einer zwischen den Naben (16) angeordneten Mittelachse (M) bezeichnet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug (12) mit einer solchen Bogieachse (10).

Description

Bogieachse für ein Fahrzeug mit einer Vorzugsfahrtrichtung und Fahrzeug mit we- nigstens einer solchen Bogieachse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Bogieachse für ein Fahrzeug mit einer Vorzugsfahrtrich- tung sowie ein Fahrzeug mit wenigstens einer derartigen Bogieachse.
Bogieachsen, die auch Doppelachsaggregate, Pendelaggregate oder Tandemach- sen genannt werden, sind Doppelachsen, die mit einem Fahrzeugrahmen eines Fahrzeugs verbunden werden können. Eine Bogieachse umfasst generell mindes- tens eine auch Tandemachsträger genannte Achsschwinge, welche als Abtrieb zwei beabstandet angeordnete Naben zur Anordnung eines Vorderrads und eines Hinter- rads aufweist, und welche eine zwischen den Naben angeordnete Achsschwingenla- gerung zur Lagerung der Achsschwinge an einem starren Achsträger aufweist. Die Achsschwingenlagerung weist ihrerseits als Eintrieb eine Eintriebswelle auf, welche zum Antreiben des Vorderrads und des Hinterrads über wenigstens ein Getriebe mit diesen gekoppelt ist.
Der Vorteil dieser Konstruktion ist, dass an den Naben befestigte Reifen auch bei er- heblichen Bodenunebenheiten den Bodenkontakt behalten. Herkömmliche Tandem- oder Bogieachsen bieten zudem im Stillstand den Vorteil gleicher Radlasten vorn und hinten und zeigen ein zumindest im Wesentliches gleiches Fahrverhalten bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt.
Mit zunehmender Übersetzung in der Achsschwinge und den Endabtrieben sowie zunehmender Überhöhung zwischen Ein- und Abtrieb der Achsschwinge stellt sich bei herkömmlichen Bogieachsen während der Fahrt allerdings zunehmend ein Auf- stelleffekt ein, der das Vorderrad entlastet und gleichzeitig mehr Last auf das Hinter- rad erzeugt. Dies führt zu ungleichmäßigem Bodendruck, einer erhöhten Belastung des Antriebs und der Reifens sowie in manchen Fahrsituationen zu Traktionsprob- lemen. Bei einem Fahrzeug mit einer Vorzugsfahrtrichtung, beispielsweise einem Forwarder, Motorgrader, Mähdrescher oder einer ähnlichen selbstfahrenden Ernte- oder Baumaschine, die deutlich über 50 %, beispielsweise 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder mehr ihrer üblichen Betriebszeit in eine Fahrtrichtung (in der Regel vorwärts) und lediglich zum Wenden und Rangieren in eine entgegengesetzte Fahrtrichtung (in der Regel rückwärts) fahren, wird somit immer derselbe, hintere Teil des Antriebs der Bogieachse sowie der hintere Reifen höher belastet. Bisherige Versuche, einen der- artigen Aufstelleffekt zu kompensieren, haben ihrerseits neue Nachteile verursacht wie beispielsweise einen erheblichen zusätzlichen Bauraumbedarf und einen schlechteren Wirkungsgrad durch zusätzliche Antriebskomponenten. Darüber hinaus wird der Aufstelleffekt auch dann unterdrückt, wenn er gewünscht ist, beispielsweise beim Überfahren eines Flindernisses (Felsen, Wurzeln, Gräben etc.).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bogieachse für ein Fahrzeug mit ei- ner Vorzugsfahrtrichtung zu schaffen, die zumindest beim Fahren des Fahrzeugs in die Vorzugsfahrtrichtung verbesserte Fahreigenschaften ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einer Vorzugsfahrtrichtung zu schaf- fen, welches zumindest beim Fahren in die Vorzugsfahrtrichtung verbesserte Fahrei- genschaften aufweist und die Nachteile des herkömmlichen Stands der Technik vermeidet.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Bogieachse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfin- dungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Bogieachse für ein Fahrzeug mit einer Vorzugsfahrtrichtung, umfassend mindestens eine Achsschwinge, welche als Abtrieb zwei beabstandet angeordnete Naben zur Anordnung eines Vorderrads und eines Hinterrads aufweist, und welche eine zwischen den Naben angeordnete Achs- schwingenlagerung zur Schwenklagerung der Achsschwinge an einem Achsträger bzw. Fahrzeugrahmen aufweist, wobei die Achsschwingenlagerung als Eintrieb eine Eintriebswelle aufweist, welche zum Antreiben des Vorderrads und des Hinterrads über wenigstens ein Getriebe mit diesen gekoppelt ist. Ein verbessertes Fahrverhal- ten eines zugeordneten Fahrzeugs mit einer Vorzugsfahrtrichtung wird erfindungs- gemäß dadurch geschaffen, dass eine Geometrie der wenigstens einen Achs- schwinge Formei I entspricht:
Figure imgf000005_0001
in welcher e : Exzentrizität einer Drehachse der Achsschwingenlagerung in Vorzugsfahrtrich- tung ausgehend von einerzwischen den Naben angeordneten Mittelachse,
R : statischer Reifenradius der zu montierenden Räder, i : Getriebeübersetzung der Achsschwinge als Verhältnis einer Eintriebsdrehzahl des Eintriebs zu einer Abtriebsdrehzahl des Abtriebs, a : Überhöhung der Drehachse gegenüber den Mittelpunkten der Naben der Achs- schwinge,
FT : Summe der tangentialen Radlasten FT der Bogieachse im montierten Zustand während des Betriebs des Fahrzeugs und
FG : Summe der radialen vorderen Radlasten FRv und der radialen hinteren Radlas- ten FRh der Bogieachse im montierten Zustand während des Betriebs des Fahrzeugs bedeuten und in welcher iBB 1 ist, wenn die Bogieachse keinen Drehmomententeiler zur Vergleichmäßigung eines ungleichmäßig auf das Vorderrad und das Hinterrad wirkenden Kraftmoments aufweist oder in welcher iBB eine Übersetzung des Drehmomententeilers bezeichnet, wenn die Bogieachse den Drehmomententeiler zur Vergleichmäßigung des ungleichmäßig auf das Vorder- rad und das Hinterrad wirkenden Kraftmoments aufweist. Mit anderen Worten ist die Bogieachse erfindungsgemäß exzentrisch gelagert, wobei die Exzentrizität e derart auf den Reifenradius R, die Überhöhung der Drehachse (D) gegenüber den Mittel- punkten der Naben der Achsschwinge a sowie auf die Übersetzungen der Getriebe zwischen Ein- und Abtrieb der Achsschwinge i und iBB abgestimmt ist, dass die ge- nannte Formel (I) gilt. Durch die erfindungsgemäße exzentrische Verlagerung der Lagerung der Achsschwinge nach vorn bzw. in Vorzugsfahrtrichtung des Fahrzeugs wird die statische Achslast in Richtung Vorderrad verlagert. Vorzugsweise umfasst die Bogieachse zwei Achsschwingen und dementsprechend insgesamt vier Naben zur Montage von vier Reifen, wobei die beiden Achsschwingen auf jeder Seite des zugeordneten Fahrzeugs angeordnet werden. Wie überraschenderweise herausgefunden wurde, können die in Formel (I) genann- ten Parameter im Rahmen der formelgemäßen Grenzwerte 0,05 und 0,4 so gewählt werden, dass sich für jeweils typische Zugkraft-Achslast-Verhältnisse FT/FG von un- terschiedlichen Fahrzeugen mit Vorzugsfahrtrichtung zumindest während der Vor- wärtsfahrt bzw. bei typischen Arbeitssituationen eine weitgehende oder vollständige oder zumindest nahezu vollständige Kompensation des Aufstelleffekts ergibt. Das Verhältnis FT/FG kann also beispielsweise 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,10, 0,11,
0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19, 0,20, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24, 0,25, 0,26, 0,27, 0,28, 0,29, 0,30, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,40 betragen, wobei natürlich auch entsprechende Zwischenwerte wie 0,371, 0,372 und so weiter vorgesehen sein können, die ebenfalls als offenbart anzusehen sind. Die obere Grenze 0,4 definiert dabei ein Verhältnis FT/FG, das üblicherweise vor allem für schwere Anwendungen, beispielsweise für Forstmaschinen, sinnvoll ist. Die unte- re Grenze 0,05 stellt demgegenüber sicher, dass auch ein vergleichsweise kleiner Aufstelleffekt bei weniger schweren Anwendungen noch zuverlässig kompensiert werden kann. Je nach Anforderung kann also ein maximales Zugkraftverhältnis oder ein mittleres oder niedriges Zugkraftverhältnis in typischen Arbeitssituationen ver- antwortlich für den Grad der Exzentrizität der Bogieachse sein. Bei Arbeitsmaschinen mit veränderlicher Nutzlast wie beispielsweise Erntemaschinen steigt beispielsweise die Achslast und damit FG kontinuierlich mit zunehmender Beladung. Gleichzeitig erhöht sich dadurch aber auch die erforderliche Zugkraft, so dass sich bei gegebe- nen Bodenverhältnissen über längere Zeitintervalle auch bei solchen Fahrzeugen ein ähnliches, annähernd gleiches Zugkraftverhältnis FT/FG einstellt.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bogieachse ergeben sich für Fahrzeuge mit einer Vorzugsfahrtrichtung zahlreiche Vorteile. Das normalerweise im Betrieb geringer be- lastete Vorderrad wird im Stillstand zunächst höher belastet. Durch den Aufstelleffekt der erfindungsgemäßen Bogieachse wird das Vorderrad dann aber im Betrieb ent- lastet, wodurch die Radaufstandskräfte vorne und hinten vergleichmäßigt werden. Durch geeignete Wahl der in Formel (I) genannten Parameter können die Radauf- standskräfte im typischen Betriebspunkt des zugeordneten Fahrzeugs daher weitge- hend oder sogar vollständig oder zumindest nahezu vollständig kompensiert werden. Beim Überfahren schwerer Hindernisse, das heißt unter hohen Zugkraftanforderun- gen („Vollgas“), wird dann das Vorderrad vorteilhaft noch weiter entlastet und die Achslast verlagert sich auf das Hinterrad, so dass sich wieder ein gewisser Aufstell- effekt ergibt, der das Überfahren des Hindernisses erleichtert. Die Maximalbelastung des Hinterrads ist aber in diesem Fall trotzdem geringer als bei einer konventionel- len, symmetrisch gelagerten Bogieachse. Die Antriebskomponenten zumindest des Hinterrads können bei der erfindungsgemäßen Bogieachse somit leichter und kos- tengünstiger ausgeführt werden. Die exzentrische Lagerung der erfindungsgemäßen Bogieachse benötigt zudem keinen zusätzlichen Bauraum und keine zusätzlichen Antriebskomponenten und kann daher annähernd kostenneutral ausgeführt werden. Darüber hinaus können auch bereits bestehende Fahrzeuge problemlos umgerüstet und mit der erfindungsgemäßen Bogieachse ausgestattet werden. Durch den opti- mierten Aufstelleffekt bei hoher Zugkraft kann zudem eine erhöhte Lebensdauer der Bogieachse realisiert werden. Der Begriffe „vorne“ (v) bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Offenbarung generell in Vorzugsfahrtrichtung liegende Elemente der Bogieachse im Montagezustand am zugeordneten Fahrzeug, während der Begriff „hinten“ (h) umgekehrt entgegen der Vorzugsfahrtrichtung liegende Elemente der Bogieachse bezeichnet. Der Begriff „tangential“ bezieht sich auf einen Vektor, der parallel zu einer ebenen Bodenfläche verläuft, auf welcher die Bogieachse mit mon- tierten (vorzugsweise gleich dimensionierten) Reifen angeordnet ist. Dementspre- chend bezeichnet der Begriff „radial“ einen senkrecht auf dieser ebenen Bodenfläche stehenden Vektor. Weiterhin sind „ein/eine“ im Rahmen dieser Offenbarung generell als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als „mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können „ein/eine“ auch als „nur ein/nur eine“ verstanden werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der statische Reifenradius R kleiner gewählt ist als bei einem gleichartigen zugeordneten Fahr- zeug mit einer zweirädrigen Starrachse anstelle der Bogieachse. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass an den Naben der Bogieachse Reifen montiert werden, de- ren Radius R kleiner ist als der Radius R‘ derjenigen Reifen, die normalerweise an dem zugeordneten Fahrzeug montiert würden, wenn dieses nicht die erfindungsge- mäße Bogieachse, sondern eine konventionelle, zweirädrige Starrachse aufweisen würde. Hierdurch können solche zweirädrigen Starrachsen besonders einfach gegen die erfindungsgemäße Bogieachse ausgetauscht werden, so dass auch bestehende Fahrzeuge entsprechend einfach und ohne zusätzliche Umbaumaßnahmen nachge- rüstet werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Getriebeübersetzung i derart ge- wählt ist, dass der im Vergleich zu der Starrachse kleinere Reifenradius R zumindest zu 90 %, vorzugsweise zu mindestens 98 %, insbesondere zu 100 % kompensiert ist und/oder dass die Überhöhung a der Drehachse gegenüber den Mittelpunkten der Naben der Achsschwinge derart gewählt ist, dass ein Höhenunterschied, der durch die im Vergleich zu der Starrachse kleineren Reifenradien R entsteht, zumindest zu 90 %, vorzugsweise zu mindestens 98 %, insbesondere zu 100 % kompensiert ist. Hierdurch können zweirädrigen Starrachsen besonders einfach bei gleicher oder zumindest im Wesentlichen gleicher Zugkraft und/oder Maximalgeschwindigkeit ge- gen die erfindungsgemäße Bogieachse ausgetauscht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ein- triebswelle einen Wellenstumpf zum Anschluss einer fahrzeugseitigen Antriebswelle aufweist. Dies stellt eine konstruktiv einfache und flexible Möglichkeit zum Anschluss einer externen Antriebswelle in aufgelöster Bauweise dar und erleichtert im Gegen- satz zu einer durchgängigen Eintriebswelle vom Fahrzeuggetriebe in die Achs- schwinge die Tauschbarkeit gegen den Abtrieb einer herkömmlichen, zweirädrigen Antriebsachse.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Lage- rung vorgesehen ist, mittels welcher der Wellenstumpf drehbar an der Achsschwinge gelagert ist. Eine solche eigenständige Lagerung der Eintriebswelle ermöglicht eben- falls eine „aufgelöste“ Bauweise, bei der separate Baugruppen im Fahrzeugrahmen befestigt und mittels einer gegebenenfalls offen laufenden Welle mit dem ebenfalls separat befestigten Radabtrieb bzw. der Achsschwinge verbunden werden kann, wie dies beispielsweise bei Mähdreschern üblich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagerung in einem bezüglich eines Fahrzeugrahmens des Fahrzeugs ortsfesten Ring der Achsschwingenlagerung zentriert angeordnet ist, wodurch vorteilhaft eine optimale Fluchtung der Wellen sichergestellt werden kann. Eine konventionelle Lagerung im Tandemachsträger ist demgegenüber nachteilig, weil der Wellenstumpf zum An- schließen einer vom Differential kommenden Antriebswelle dann toleranzbedingt versetzt zur Anbindung des Drehkranzes am Fahrzeugrahmen liegen würde. Damit würden flexible Kupplungen, Gelenkwellen oder andere derartige Bauteile zur Anbin- dung der Antriebswelle erforderlich, auf die mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung vorteilhaft verzichtet werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Lagerung einen Flansch um- fasst, der Gewinde zur Befestigung der Achsschwinge am Fahrzeug, insbesondere an dessen Fahrzeugrahmen aufweist. Indem der Flansch für diese Lagerung derart gestaltet ist, dass er gleichzeitig die Gewinde zur Befestigung am Fahrzeugrahmen bereitstellt, kann eine kosten- und bauraumoptimierte Ausführung der erfindungsge- mäßen Bogieachse realisiert werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Vorzugsfahrtrichtung, umfassend wenigstens eine Bogieachse gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Hier- durch weist das erfindungsgemäße Fahrzeug zumindest beim Fahren in die Vor- zugsfahrtrichtung verbesserte Fahreigenschaften auf. Vorzugsweise weist die Bo- gieachse wenigstens zwei Achsschwingen auf, welche an jeweiligen Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Fahrzeug genau eine Bogieachse aufweist, die vorzugsweise in einer vorderen Hälfte des Fahrzeugs an einem Fahrzeugrahmen befestigt bzw. verschwenkbar an diesem festgelegt ist. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungs- aspekts und umgekehrt anzusehen sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahr- zeug wenigstens einen Bogiestopper aufweist, mittels welchem eine relative Bewe- gung, insbesondere eine Rotationsbewegung, der Achsschwinge gegenüber dem Fahrzeugrahmen begrenzt ist. Ein derartiger Bogiestopper stellt generell zusammen mit einem zugeordneten Anschlag eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, um die relative Bewegung der Achsschwinge gegenüber dem Fahrzeugrahmen zu begren- zen und somit eine Reifenkollision mit dem Fahrzeugrahmen, einen Überschlag der Achsschwinge und dergleichen besonders zuverlässig zu verhindern. Der Bogie- stopper kann wahlweise ortsfest gegenüber dem Fahrzeugrahmen oder ortsfest ge- genüber der Achsschwinge angeordnet sein und mit einem korrespondierenden An- schlag Zusammenwirken, der dementsprechend an der Achsschwinge oder am Fahrzeugrahmen angeordnet ist.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Bogiestopper und/oder der Fahrzeugrah- men wenigstens ein Anschlagelement, welches vorzugsweise lösbar befestigt ist, aufweist. Ein derartiges Anschlagelement stellt einen Anschlagpunkt am Fahrzeug- rahmen und/oder an der Achsschwinge dar, der leicht ausgetauscht und somit bei Beschädigung einfach ersetzt werden kann. Ebenso sind einfache Anpassungen der Anschlagspunkte und -dimensionen an unterschiedliche Fahrzeug-Achsschwinge- Kombinationen möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dieses we- nigstens einen Aktuator umfasst, mittels welchem eine Stellkraft auf die Achsschwin- ge ausübbar ist, um das Hinterrad und/oder das Vorderrad zu belasten und/oder zu entlasten. Hierdurch kann eine Art „Bogielift“ realisiert werden. Indem ein Aktuator oder mehrere Aktuatoren (beispielsweise Hydraulikzylinder), der bzw. die einerseits am Fahrzeugrahmen und andererseits am hinteren und/oder vorderen Bereich der Achsschwinge befestigt ist bzw. sind, kann also bei Bedarf das Hinterrad nach unten gedrückt oder nach oben gezogen werden, um das Hinterrad zu belasten und das Vorderrad zu entlasten. Umgekehrt kann natürlich auch das Vorderrad belastet und das Hinterrad entlastet werden. Der „Bogielift“ kann bei Vorwärtsfahrt vorteilhaft ein- gesetzt werden, um das Vorderrad zu entlasten und somit Wendemanöver zu unter- stützen (zum Beispiel am Feldende). Bei vollständiger Entlastung des Vorderrades wird dabei auch der Wendekreis reduziert, was beispielsweise beim Rangieren auf engen Höfen von Vorteil ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aktuator manuell betätigbar ist und/oder mit einer ersten Steuereinrichtung des Fahrzeugs gekoppelt ist, wobei die erste Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Aktuator in Abhängigkeit einer Fahrsituation zu steuern und/oder zu regeln. Hierdurch kann das Be- oder Entlasten des Vorder- oder Hinterrads situationsabhängig und gegebenen- falls gesteuert und/oder geregelt durchgeführt werden. Die Steuereinrichtung kann hierzu beispielsweise Positionsdaten, Sensordaten, Kameradaten, Benutzereinga- ben oder dergleichen zur Steuerung und/oder Regelung des wenigstens einen Aktu- ators heranziehen. Der „Bogielift“ kann also beispielsweise manuell, beispielsweise beim Wenden, oder auch vermittels der Steuereinrichtung, beispielsweise beim Bremsen betätigt werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Bogieachse den Drehmomententeiler zur Vergleichmäßigung eines ungleichmäßig auf das Vorderrad und das Hinterrad wir- kenden Kraftmoments aufweist, wobei der Drehmomententeiler vorzugsweise ein Doppel-Planetengetriebe umfasst. Ein solcher Drehmomententeiler kann auch als „Balancing System“ bezeichnet werden und vorteilhaft zur Kompensation der Ge- wichtsverlagerung der erfindungsgemäßen Bogieachse auf das Vorderrad beim Bremsen verwendet werden. Ebenso kann der Drehmomententeiler vorteilhaft ein- gesetzt werden, wenn das Zugkraft-Verhältnis des Fahrzeugs im Betrieb besonders hoch ist, so dass die rechnerisch erforderliche Exzentrizität der Lagerung für die praktische Anwendung zu groß würde und die in Formel (I) angegebenen Grenzen verletzen würde. Bei einer vorteilhaften Ausführung des Drehmomententeilers mittels eines Doppel-Planetengetriebes am Eintrieb reduziert sich die für die dynamische Radlast-Verlagerung wirksame Übersetzung der Achsschwinge um die Übersetzung des Planetengetriebes, und die Bedingung für gleichmäßige Radlasten berechnet sich dann folgendermaßen:
Figure imgf000011_0001
wobei iBBdie Übersetzung des Drehmomententeilers (Balancing-Systems) bezeich- net. Erfindungsgemäß muss dabei gemäß Formel (I) 0,05 ≤ FT/FG ≤ 0,4 gelten. So- mit ist für dasselbe Zugkraft-Verhältnis FT/FG dann eine geringere Exzentrizität e er- forderlich, um die Radkräfte vorne und hinten auszugleichen. In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Drehmomententeiler mit einer zweiten Steuereinrichtung des Fahrzeugs gekop- pelt ist, wobei die zweite Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den Drehmomen- tenteiler in Abhängigkeit einer Fahrsituation zu steuern und/oder zu regeln. Hierdurch kann auch der Drehmomententeiler „aktiv“ gesteuert bzw. geregelt werden. Die zwei- te Steuereinrichtung kann dabei unabhängig von der ersten Steuereinrichtung aus- gebildet und gegebenenfalls zum Datenaustausch mit dieser gekoppelt sein. Alterna- tiv kann die zweite Steuereinrichtung Teil der ersten Steuereinrichtung sein.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die zweite Steuereinrichtung den Drehmo- mententeiler beim Verletzen eines vorgegebenen Zugkraft-Verhältnis-Grenzwerts, insbesondere beim Beschleunigen und/oder Bremsen des Fahrzeugs, derart steuert und/oder regelt, dass eine Radlast-Verlagerung auf das relativ entlastete Vorderrad oder auf das relativ entlastete Hinterrad erfolgt. Auch dies stellt eine konstruktiv vor- teilhafte Möglichkeit zum Ausgleichen der vorderen und hinteren Radkräfte der erfin- dungsgemäßen Bogieachse sowie zur Verbesserung der Fahreigenschaften des Fahrzeugs dar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dieses als Landwirtschaftsmaschine, insbesondere als Mähdrescher, und/oder als Forstma- schine, insbesondere als Forwarder, und/oder als Baumaschine, insbesondere als Motorgrader, ausgebildet ist. Hierdurch können die Vorteile der erfindungsgemäßen Bogieachse bei verschiedenen Fahrzeugtypen, die weit überwiegend oder nahezu ausschließlich in einer Vorzugsfahrtrichtung betrieben werden, realisiert werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbe- schreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfin- dung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombi- nationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausfüh- rungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Aus- führungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprü- che dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bogieachse;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bogieachse mit Abmessungen und Kraftvektoren;
Fig. 3 ein Diagramm der Radaufstandskräfte eines Mähdreschers mit unter- schiedlichen Beladungszuständen und Achslasten;
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung des Mähdreschers, bei dem eine zweirädrige
Starrachse gegen die erfindungsgemäße Bogieachse ausgetauscht wird;
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine Achsschwingenlagerung der erfindungsgemäßen Bogieachse gemäß einerweiteren Ausführungsform;
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt durch eine Achsschwingenlagerung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bogieachse mit Drehmomententeiler;
Fig. 7 eine schematische und Perspektivansicht eines an der Achsschwinge be- festigten Bogiestoppers;
Fig. 8 ein schematischer und ausschnittsweiser Längsschnitt des in Fig. 7 gezeig- ten Bogiestoppers; und
Fig. 9 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs, das mit der erfindungsgemäßen Bogieachse ausgerüstet ist und einen Aktuator umfasst, mittels welchem eine Stellkraft auf die Achsschwinge ausübbar ist, um das Vorderrad der Bogieachse zu entlasten und das Hinterrad zu belasten.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bogieachse 10 für ein Fahrzeug 12 (Fig. 4) mit einer Vorzugsfahrtrichtung V. Fig. 1 wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 2 erläutert, welche eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bogieachse 10 mit Abmessungen und Kraftvektoren zeigt. Die erfindungsgemäße Bogieachse 10 umfasst mindestens eine Achsschwinge 14, wel- che als Abtrieb zwei beabstandet angeordnete Naben 16 zur Anordnung eines Vor- derrads 18 und eines Hinterrads 18 aufweist, und welche eine zwischen den Naben 16 angeordnete Achsschwingenlagerung 20 zur Schwenklagerung der Achsschwin- ge 14 an einem Achsträger bzw. Fahrzeugrahmen (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 12 aufweist. Die Achsschwingenlagerung 20 weist als Eintrieb eine Eintriebswelle 22 (Fig. 5) auf, welche zum Antreiben des Vorderrads 18 und des Hinterrads 18 über wenigstens ein Getriebe 24 (Fig. 6) mit diesen gekoppelt ist. Wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, entspricht eine Geometrie der Achsschwinge 14 Formel I:
Figure imgf000014_0001
in welcher e : Exzentrizität einer Drehachse D der Achsschwingenlagerung 20 in Vorzugsfahrt- richtung V ausgehend von einer zwischen den Naben 16 angeordneten Mittelachse M;
R : statischer Reifenradius der zu montierenden bzw. montierten Räder 18; i : Getriebeübersetzung der Achsschwinge 14 als Verhältnis einer Eintriebsdrehzahl des Eintriebs zu einer Abtriebsdrehzahl des Abtriebs; a : Überhöhung der Drehachse D gegenüber den Mittelpunkten der Naben 16 der Achsschwinge 14;
FT : Summe der tangentialen Radlasten FT der Bogieachse 10 im montierten Zu- stand während des Betriebs des Fahrzeugs 12; und FG : Summe der radialen vorderen Radlasten FRv und der radialen hinteren Radlas- ten FRh der Bogieachse 10 im montierten Zustand während des Betriebs des Fahr- zeugs 12 bedeuten und in welcher iBB : 1 ist, wenn die Bogieachse 10 keinen Drehmomententeiler 44 (Fig. 6) zur Ver- gleichmäßigung eines ungleichmäßig auf das Vorderrad 18 und das Hinterrad 18 wirkenden Kraftmoments aufweist; oder in welcher iBBeine Übersetzung des Drehmomententeilers 44 bezeichnet, wenn die Bogieachse 10 den Drehmomententeiler 44 zur Vergleichmäßigung des ungleichmäßig auf das Vorderrad 18 und das Hinterrad 18 wirkenden Kraftmoments aufweist.
Die genannten Parameter werden generell unter Berücksichtigung der zu montieren- den oder bereits montierten Räder 18 bzw. mit am Fahrzeug 12 montierter Bogie- achse 10 auf ebener Stand- oder Bodenfläche B ermittelt. Unter „Betrieb des Fahr- zeugs 12“ ist generell eine typische Betriebssituation des betreffenden Fahrzeugs 12 zu verstehen, das heißt eine Betriebssituation, in welcher sich das Fahrzeug 12 im üblichen Betrieb zumindest überwiegend befindet. Wie man in Fig. 2 erkennt, steht die Mittelachse M senkrecht auf der Bodenfläche B und halbiert einen Radstand L, der zwischen Mittelpunkten der Naben 16 gemessen wird, in einen vorderen Teilab- schnitt Lv und einen hinteren Teilabschnitt Lh.
Die erfindungsgemäße Bogieachse 10 ist also exzentrisch gelagert, wobei die Ex- zentrizität e gemäß Formel (I) auf den Reifenradius R, die Überhöhung a der Dreh- achse D gegenüber den Mittelpunkten der Naben 16 der Achsschwinge 14 sowie die Übersetzungen der Getriebe zwischen Ein- und Abtrieb der Achsschwinge i und iBB abgestimmt ist. Die Wahl des Grenzwerts zwischen 0,05 und 0,4 richtet sich dabei in erster Linie nach dem für die Anwendung des betreffenden Fahrzeugs 12 typischen Zugkraft-Achslast-Verhältnis FT/FG, bei dem eine vollständige oder zumindest weit- gehend vollständige Kompensation des Aufstelleffekts der Bogieachse 10 besonders vorteilhaft erscheint. Die obere Grenze von 0,4 stellt ein typisches Verhältnis FT/FG in schweren Anwendungen wie etwa bei Forstmaschinen dar. Die untere Grenze 0,05 kann zur (Teil)Kompensation eines in der Praxis vergleichsweise geringen Auf- stelleffekts verwendet werden. Durch diese exzentrische Anordnung der Achs- schwingenlagerung 20 der Achsschwinge 14 nach vorn bzw. in Richtung der Vor- zugsfahrrichtung V wird die statische Achslast in Richtung Vorderrad 18 verlagert und es ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
1.) Das normalerweise im Betrieb geringer belastete Vorderrad 18 wird im Still- stand zunächst etwas höher belastet.
2.) Durch den Aufstelleffekt der Bogieachse 10 wird das Vorderrad 18 dann im
Betrieb des Fahrzeugs 12 entlastet, wodurch die vorderen und hinteren Radauf- standskräfte FRv und FRh vergleichmäßigt werden. Im typischen Betriebspunkt des Fahrzeugs 12 werden die Radaufstandskräfte FRv und FRh idealerweise vollständig oder zumindest nahezu vollständig kompensiert.
3.) Beim Überfahren schwerer Hindernisse (hohe Zugkraftanforderung / „Voll- gas“) wird dann das Vorderrad 18 noch weiter entlastet, wodurch sich die Achslast wieder auf das Hinterrad 18 verlagert, so dass sich wieder ein gewisser Aufstelleffekt ergibt, der das Überfahren des Hindernisses vorteilhaft erleichtert. Die Maximalbelas- tung des Hinterrads 18 ist aber auch in diesem Fall geringer als bei einer konventio- nellen Bogieachse. Die Antriebskomponenten des Hinterrads 18 können bei der er- findungsgemäßen Bogieachse 10 somit vergleichsweise leichter und kostengünstiger ausgeführt werden.
4.) Die exzentrische Lagerung der Bogieachse 10 benötigt keinen zusätzlichen Bauraum und keine zusätzlichen Antriebskomponenten und kann daher im Prinzip kostenneutral ausgeführt werden.
5.) Durch die verringerten mechanischen Belastungen ergibt sich eine verbesser- te Lebensdauer der Bogieachse 10.
Die erfindungsgemäße Abstimmung der Verlagerung der Achsschwingenlagerung 20 nach vorn (Maß „e“), der Bogie-Überhöhung (Maß „a“) und der Getriebe-Übersetzung i kann folgendermaßen ermittelt werden. Eine ausgeglichene Radlast und damit ein gleichmäßiger Bodendruck sowie weitestgehend gleichmäßige Belastung der An- triebsstrangteile vorne und hinten ergeben sich, wenn die radialen Radkraftkompo- nenten FRv und FRh vorne und hinten gleich sind:
Figure imgf000016_0001
Hierzu ist es zweckmäßig, die Radlasten wie folgt zu definieren:
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000017_0001
mit:
FG := Gewichtskraft auf der betrachteten Achsschwinge ΔFRstat := statische Radlasterhöhung durch Exzentrizität e (hier: Verlagerung nach vorn) ΔFRdyn := dynamische Radlasterhöhung durch Antriebskräfte (hier: Vorwärtsfahrt)
Das Momentengleichgewicht um den Radaufstandspunkt liefert:
Figure imgf000017_0002
mit: e := Exzentrizität der Achsschwingenlagerung
L := Radstand der Achsschwinge
Das Momentengleichgewicht um die Eintriebswelle 22 der Achsschwinge 14 liefert:
Figure imgf000017_0003
mit:
FT · '= Tangentiale Radlast (Zugkraft) der betrachteten Achsschwinge
R := statischer Reifenradius i := Getriebeübersetzung der Achsschwinge a = Überhöhung der Achsschwinge
Einsetzen von (2) und (3) in (1) liefert:
=> ΔFRstat = ΔFRdyn somit mit (4) und (5):
Figure imgf000017_0004
Durch Umformen ergibt sich schließlich die aus Formel (I) bekannte Bedingung (6) für die erfindungsgemäße Ausführung der Bogieachse 10:
Figure imgf000018_0001
Ausgewogene Radaufstandskräfte vorn und hinten ergeben sich also erfindungsge- mäß dann, wenn Exzentrizität e, Reifenradius R, Übersetzung i und Überhöhung a der Achsschwinge 14 wie in der Formel (i) dargestellt auf das Zugkraftverhältnis FT/FG des zugeordneten Fahrzeugs 12 abgestimmt werden. Je nach Anforderung des Fahrzeugs 12 kann dies beispielsweise das maximale Zugkraftverhältnis sein oder auch ein mittleres Zugkraftverhältnis in typischen Arbeitssituationen. Bei Fahr- zeugen 12 mit veränderlicher Nutzlast wie zum Beispiel Erntemaschinen steigt die Achslast und damit FG kontinuierlich mit zunehmender Beladung. Gleichzeitig erhöht sich dadurch aber auch die erforderliche Zugkraft, so dass sich bei gegebenen Bo- denverhältnissen über große Zeitbereiche ein ähnliches, annähernd konstantes Zug- kraftverhältnis FT/FG einstellt.
Ausführunqsbeispiel
Als typisches Zugkraftverhältnis im Arbeitsbereich eines vorliegend als Mähdrescher ausgebildeten Fahrzeugs 12 wird ein Verhältnis FT/FG≈0,2 angenommen. Der Rei- fenradius R der montierten Räder 18 beträgt im vorliegenden Beispiel R=650 mm. Die Übersetzung i beträgt i=8,2. Die Überhöhung a zur Kompensation der kleineren Reifenradien R im Vergleich zu Reifenradien R‘, die für eine konventionelle Starrachse 28 (Fig. 4) verwendet würde, beträgt a=200 mm. Somit ergibt sich aus (6) e≈154 mm.
Fig. 4 zeigt hierzu eine Prinzipdarstellung des Mähdreschers 12, bei dem eine zwei- rädrige Starrachse 28 mit einzelnen Rädern 18 mit Radius R‘ gegen die erfindungs- gemäße Bogieachse 10, welche wie beschrieben dimensioniert ist, ausgetauscht wird. Die Bogieachse 10 ist in konventioneller Weise an einem Fahrzeugrahmen (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 12 angeordnet und weist zwei relativ zum Fahrzeug- rahmen verschwenkbare Achsschwingen 14 zu beiden Seiten des Fahrzeugs 12 auf. Von den Achsschwingen 14 ist die in Vorzugsfahrtrichtung V gesehen linke Achs- schwinge 14 in Fig. 4 erkennbar. Die Bogieachse 10 weist gegenüber der Starrachse 28 mit einem Rad 18 mit größerem Radius R‘ pro Fahrzeugseite jeweils zwei Räder 18 pro Fahrzeugseite mit jeweils kleinerem Radius R auf. Die Radien R der Räder 18 sind vorliegend identisch, können grundsätzlich aber auch unterschiedlich gewählt sein. Weiterhin können die Radien R der Räder 18 der Bogieachse 10 dem Radius R“ des konventionell gelagerten Flinterrads 18 des Mähdreschers 12 entsprechen, so dass beispielsweise die gleichen Radtypen bzw. -dimensionen für die Bogieach- se 10 und die Hinterachse des Fahrzeugs 12 verwendet werden können. Der Ein- trieb der erfindungsgemäßen Bogieachse 10 erfolgt vorzugsweise koaxial bzw. zum Eintrieb der Starrachse 28. Dies erlaubt, wie in Fig. 4 gezeigt, eine einfache Tausch- barkeit von Starrachse 28 und Bogieachse 10 ohne Positionsänderung des Getrie- bes des Fahrzeugs 12. Die Übersetzung i in der Achsschwinge 14 und die Überhö- hung a sind vorzugsweise derart gewählt, dass die gegenüber den Standardradien R‘ der Starrachse 28 kleineren Reifenradien R der Bogieachse 10 vollständig oder zumindest weitgehend kompensiert werden. Dies erlaubt eine einfache Tauschbar- keit von Starrachse 28 und Bogieachse 10 bei gleicher oder zumindest weitgehend gleicher Zugkraft und/oder Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs 12.
Fig. 3 zeigt zur weiteren Erläuterung ein Diagramm der Radaufstandskräfte FR /h des in Fig. 4 gezeigten Mähdreschers 12 mit unterschiedlichen Beladungszuständen und Achslasten unter Anwendung der oben genannten Parameter aus diesem Ausfüh- rungsbeispiel. Auf der Ordinate sind dabei die vorderen und hinteren Radaufstands- kräfte FRv/h in N aufgetragen, während auf der Abszisse die Zugkraft FT der Achs- schwinge 14 in N aufgetragen ist. In Fig. 3 ist der typische Arbeitsbereich des Mäh- dreschers 12 als dunkle Fläche markiert. Weiterhin bezeichnen:
- gestrichelte Linie ohne Symbole: vordere Radaufstandskraft FRv bei voller Beladung
- gestrichelte Linie mit Quadraten: vordere Radaufstandskraft FRv bei halber Beladung
- gestrichelte Linie mit Dreiecken: vordere Radaufstandskraft FRv ohne Be- ladung (leer)
- durchgezogene Linie ohne Symbole: hintere Radaufstandskraft FRh bei voller Beladung - durchgezogene Linie mit Quadraten: hintere Radaufstandskraft FRh bei halber Beladung
- durchgezogene Linie mit Dreiecken: hintere Radaufstandskraft FRh ohne Beladung (leer)
Mit Kreisen sind jeweils die Schnittpunkte der vorderen Radaufstandskraft FRv und der hinteren Radaufstandskraft FRh beim jeweiligen Beladungszustand markiert.
Man erkennt, dass das Verhältnis FT/FG≈0,2 unabhängig vom Beladungszustand stets innerhalb des markierten Bereichs liegt und damit den gesamten typischen Ar- beitsbereich des Mähdreschers 12 abdeckt.
Die erfindungsgemäß abgestimmte Verlagerung der Achslast zum Vorderrad wirkt somit in den meisten Fahrsituationen günstig für den Bodendruck und die Haltbarkeit der Antriebskomponenten. Ganz besonders günstig wirkt sie sich bei erfindungsge- mäßer Gestaltung in typischen Arbeitssituationen aus, wie beispielsweise in der Ge- treideernte, wo sie einen wesentlichen Beitrag zur Bodenschonung und Produktivität leistet.
Fig. 5 zeigt einen schematischen und ausschnittsweisen Querschnitt durch die Achs- schwingenlagerung 20 der erfindungsgemäßen Bogieachse 10 gemäß einerweite- ren Ausführungsform. Bei konventionellen, nicht erfindungsgemäßen Bogieachsen ist deren Achsschwinge mit Drehkranz üblicherweise direkt über einen Achsträger mit dem Differential verbunden („integrierte“ Bauweise). Die Eintriebswelle 22 der er- findungsgemäßen Bogieachse 10 kann schwimmend gelagert sein. Das mittlere Ein- triebsrad 30 in der Achsschwinge 14 benötigt lediglich ein Stützlager 32 zur Aufnah- me der Differenz der Kräfte, die aus den Zahneingriffen mit einer vorderen und hinte- ren Zahnradkette 34v, 34h entsteht. Dabei haben die Lager der Eingangs- oder Ein- triebswelle 22 Spiel zum axialen Anschlag, so dass sich die Eintriebswelle 22 mit ei- nem Spiel axial verschieben kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungen umfassen neben der eigenständigen Lagerung der Eintriebswelle 22 das Vorsehen eines Wellenstumpfs 36 zum Anschluss einer externen Antriebswelle (aufgelöste Bauweise). Eine Zentrierung eines Flansches 38 erfolgt an einem fahrzeugseitig stehenden Teil 40 des Schwenklagers bzw. am Fahr- zeugrahmen. Vorzugsweise wird der Flansch 38 derart ausgeführt, dass er gleichzei- tig Gewinde 42 zur Befestigung am Fahrzeugrahmen bereitstellt. Der Flansch 38 und somit die Lagerung ist damit auf unübliche Weise nicht an der Achsschwinge 14 und somit ortsfest bezüglich der Achsschwinge 14, sondern ortsfest gegenüber dem Fahrzeugrahmen gelagert, beispielsweise über einen stehenden, mit dem Fahrzeug- rahmen verbundenen Innenring der Achsschwingenlagerung 20 (zum Beispiel über einen Kugeldrehkranz).
Die eigenständige Lagerung der Eintriebswelle 22, ermöglicht eine „aufgelöste“ Bauweise, bei der beispielsweise ein Differential (nicht gezeigt) als separate Bau- gruppe am bzw. im Fahrzeugrahmen befestigt werden kann und mittels einer gege- benenfalls offen laufenden Welle mit dem ebenfalls separat befestigten Radabtrieb bzw. hier der separat befestigten Achsschwinge 14 verbunden werden kann (wie beispielsweise bei Mähdreschern üblich). Eine im Stand der Technik übliche Lage- rung der Eintriebswelle 22 im Tandemachsträger wäre hier nachteilig, weil der Wel- lenstumpf 36 zum Anschließen der von einem Differential kommenden Antriebswelle dann toleranzbedingt versetzt zur Anbindung des Drehkranzes am Fahrzeugrahmen liegen würde. Somit würden flexible Kupplungen oder sogar eine Gelenkwelle zur Anbindung der Antriebswelle erforderlich.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sehen eine zentrierte Lagerung der Eintriebswelle 22 bzw. des Eintriebsrades 30 in der Achsschwingenlagerung 20 bzw. in einem ste- henden Ring der Achsschwingenlagerung 20 vor. Die Achsschwingenlagerung 20 kann dann wiederum gegenüber dem Fahrzeugrahmen zentriert werden, um eine optimale Fluchtung der miteinander zu verbindenden Wellen sicherzustellen. Dazu kann eine vorteilhafte Gestaltung des Flansches 38 für diese Lagerung dienen, in- dem der Flansch 38 auch die bereits erwähnten Gewinde 42 zur Befestigung am Fahrzeugrahmen bereitstellt. Dies erlaubt eine kosten- und bauraumoptimierte Aus- führung der Anbindung der Achsschwinge 14 bzw. der Bogieachse 10 an das Fahr- zeug 12.
Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Achsschwingenlagerung 20 eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bogieachse 10. Die Achsschwingenlagerung 20 weist dabei im Unterschied zum vorherigen Ausfüh- rungsbeispiel ein sogenanntes „Balancing-System“, das heißt einen Drehmomenten- teiler 44 zur Kompensation der Achslastverlagerung auf das Vorderrad 18 der Bo- gieachse 10 beim Bremsen auf. Ebenso kann das Balancing System 44 vorteilhaft eingesetzt werden, wenn das Zugkraft-Verhältnis im Betrieb des Fahrzeugs 12 be- sonders hoch ist, so dass die rechnerisch erforderliche Exzentrizität e der Bogieach- se 10 für die praktische Anwendung zu groß würde. Bei Ausführung des Drehmo- mententeilers 44 mittels eines Doppel-Planetengetriebes am Eintrieb (Eintriebswelle 22), reduziert sich die für die dynamische Radlast-Verlagerung wirksame Überset- zung der Achsschwinge 14 um die Übersetzung des Doppel-Planetengetriebes und die Bedingung für gleichmäßige Radlasten berechnet sich dann wie folgt:
Figure imgf000022_0001
wobei iBB die Übersetzung des Drehmomententeilers 44 bezeichnet und FT/FG zwi- schen 0,05 und 0,4 liegt. Somit ist dank des Drehmomententeilers 44 für dasselbe Zugkraft-Verhältnis FT/FG eine vergleichsweise geringere Exzentrizität e erforderlich, um die Radkräfte FRv und FRh auszugleichen.
Fig. 7 zeigt eine schematische und Perspektivansicht eines an der Achsschwinge 14 befestigten und grundsätzlich optionalen Bogiestoppers 48, welcher an einem zuge- ordneten, ortsfest gegenüber dem Fahrzeugrahmen befestigten Anschlag anschla- gen kann. Fig. 7 wird in Zusammenschau mit Fig. 8 erläutert, in welcher ein schema- tischer und ausschnittsweiser Längsschnitt des in Fig. 7 gezeigten Bogiestoppers 48 abgebildet ist. Der Bogiestopper 48 begrenzt zusammen mit einem zugeordneten Anschlag am Fahrzeugrahmen (nicht gezeigt) die relative Rotation der Achsschwinge 14 gegenüber dem Fahrzeugrahmen. Damit können ein Überschlag der Achs- schwinge 14 und eine Reifenkollision mit dem Chassis verhindert werden. Man er- kennt, dass der Bogiestopper 48 im gezeigten Beispiel über Schrauben 50 lösbar mit der Achsschwinge 14 verschraubt und damit tauschbar an dieser befestigt ist. Somit kann er bei Beschädigung einfach ersetzt werden. Gleiches kann für zugeordnete Anschlagpunkte am Fahrzeugrahmen vorgesehen sein. Umgekehrt kann der Bogie- stopper 48 natürlich auch unlösbar mit der Achsschwinge 14 verbunden oder integral ausgebildet sein. Fig. 9 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs 12, das mit der erfindungsge- mäßen Bogieachse 10 ausgerüstet ist und in der vorliegenden Ausführungsform zu- sätzlich einen Aktuator 52 umfasst, mittels welchem eine Stellkraft auf die Achs- schwinge 14 ausübbar ist, um situationsabhängig das Vorderrad 18 der Bogieachse 10 zu entlasten und das Hinterrad 18 zu belasten. Grundsätzlich kann es auch um- gekehrt vorgesehen sein, dass der Aktuator 52 situationsabhängig das Vorderrad 18 be- und das Hinterrad 18 entlastet. Der Aktuator 52, welcher vorliegend einen Hyd- raulikzylinder umfasst, stellt damit eine Art „Bogielift“ dar und ist einenends am Fahr- zeugrahmen und anderenends am hinteren Teil der Achsschwinge 14 befestigt. Ge- nerell kann der Aktuator 52 natürlich auch am vorderen Teil der Achsschwinge 14 befestigt sein. Bei Bedarf drückt der Aktuator 52 das Hinterrad 18 nach unten oder zieht es nach oben, um die Belastung von Vorder- und Hinterrad 18 zu verändern. Der „Bogielift“ 52 kann beispielsweise bei Vorwärtsfahrt vorteilhaft eingesetzt wer- den, um das Vorderrad 18 zu entlasten und somit Wendemanöver zu unterstützen (beispielsweise am Feldende). Bei vollständiger Entlastung des Vorderrades 18 wird dabei auch der Wendekreis reduziert, was beispielsweise beim Rangieren auf engen Höfen von Vorteil ist. Der Aktuator 52 kann hierzu manuell (beim Wenden) oder auch automatisch bzw. situationsabhängig (beispielsweise beim Bremsen) aktiviert wer- den. Für eine grundsätzlich optionale automatische Betätigung ist der Aktuator 52 im gezeigten Beispiel zum Datenaustausch mit einer Steuereinrichtung 54 des Fahr- zeugs 12 gekoppelt, welche dazu ausgebildet ist, den Aktuator 52 in Abhängigkeit einer Fahrsituation zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuereinrichtung 54 kann al- ternativ oder zusätzlich auch dazu verwendet werden, das vorstehend genannte „Ba- lancing System“ 44 zu steuern und/oderzu regeln, wenn die Bogieachse 10 mit ei- nem solchen ausgerüstet ist.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Er- findungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen. Bezugszeichenliste:
10 Bogieachse
12 Fahrzeug
14 Achsschwinge 16 Nabe
18 Rad
20 Achsschwingenlagerung 22 Eintriebswelle 24 Getriebe
28 Starrachse
30 Eintriebsrad
32 Stützlager
34v Zahnradkette
34h Zahnradkette
36 Wellenstumpf 38 Flansch
40 Teil
42 Gewinde
44 Drehmomententeiler 44 System
48 Bogiestopper 50 Schraube
52 Aktuator
54 Steuereinrichtung
V Vorzugsfahrtrichtung
B Bodenfläche
L Radstand
R Radius
D Drehachse
M Mittelachse

Claims

Patentansprüche
1. Bogieachse (10) für ein Fahrzeug (12) mit einer Vorzugsfahrtrichtung (V), umfassend mindestens eine Achsschwinge (14), welche als Abtrieb zwei beabstandet angeordnete Naben (16) zur Anordnung eines Vorderrads (18) und eines Hinterrads (18) aufweist, und welche eine zwischen den Naben (16) angeordnete Achsschwingenlagerung (20) zur Schwenklage- rung der Achsschwinge (14) an einem Achsträger aufweist, wobei die Achsschwingenlagerung (20) als Eintrieb eine Eintriebswelle (22) aufweist, welche zum Antreiben des Vorderrads (18) und des Hinterrads (18) über wenigstens ein Getriebe (24) mit diesen gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie der wenigstens einen Achsschwinge (14) Formel I ent- spricht:
Figure imgf000025_0001
in welcher e : Exzentrizität einer Drehachse (D) der Achsschwingenlagerung (20) in Vorzugsfahrtrichtung (V) ausgehend von einerzwischen den Naben (16) angeordneten Mittelachse (M);
R : statischer Reifenradius der zu montierenden Räder (18); i : Getriebeübersetzung der Achsschwinge (14) als Verhältnis einer Ein- triebsdrehzahl des Eintriebs zu einer Abtriebsdrehzahl des Abtriebs; a : Überhöhung der Drehachse (D) gegenüber den Mittelpunkten der Na- ben (16) der Achsschwinge (14);
FT : Summe der tangentialen Radlasten FT der Bogieachse (10) im mon- tierten Zustand während des Betriebs des Fahrzeugs (12); und FG : Summe von radialen vorderen Radlasten FRv und radialen hinteren Radlasten FRh der Bogieachse (10) im montierten Zustand während des Betriebs des Fahrzeugs (12) bedeuten und in welcher iBB 1 ist, wenn die Bogieachse (10) keinen Drehmomententeiler (44) zur Vergleichmäßigung eines ungleichmäßig auf das Vorderrad (18) und das Hinterrad (18) wirkenden Kraftmoments aufweist; oder in welcher iBB eine Übersetzung des Drehmomententeilers (44) bezeichnet, wenn die Bogieachse (10) den Drehmomententeiler (44) zur Vergleichmäßigung des ungleichmäßig auf das Vorderrad (18) und das Hinterrad (18) wirkenden Kraftmoments aufweist.
2. Bogieachse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Reifenradius (R) kleiner gewählt ist als bei einem gleicharti- gen zugeordneten Fahrzeug (12) mit einer zweirädrigen Starrachse (28) anstelle der Bogieachse (10).
3. Bogieachse (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeübersetzung i derart gewählt ist, dass der im Vergleich zu der Starrachse (28) kleinere Reifenradius (R) zumindest zu 90 %, vorzugswei- se zu mindestens 98 %, insbesondere zu 100 % kompensiert ist und/oder dass die Überhöhung (a) der Eintriebswelle (22) gegenüber den Naben (16) der Achsschwinge (14) derart gewählt ist, dass ein Höhenunterschied, der durch die im Vergleich zu der Starrachse (28) kleineren Reifenradien (R) entsteht, zumindest zu 90 %, vorzugsweise zu mindestens 98 %, ins- besondere zu 100 % kompensiert ist.
4. Bogieachse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintriebswelle (22) einen Wellenstumpf (36) zum Anschluss einer fahr- zeugseitigen Antriebswelle aufweist.
5. Bogieachse (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung (32) vorgesehen ist, mittels welcher der Wellenstumpf (36) drehbar an der Achsschwinge (14) gelagert ist.
6. Bogieachse (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (32) in einem bezüglich eines Fahrzeugrahmens des Fahr- zeugs ortsfesten Ring der Achsschwingenlagerung (20) zentriert angeord- net ist und/oder dass die Lagerung einen Flansch (38) umfasst, der Ge- winde (42) zur Befestigung der Achsschwinge (14) am Fahrzeug (12) auf- weist.
7. Fahrzeug (12) mit einer Vorzugsfahrtrichtung (V), umfassend wenigstens eine Bogieachse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Fahrzeug (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens einen Bogiestopper (48) aufweist, mittels welchem eine relative Bewegung der Achsschwinge (14) gegenüber dem Fahrzeugrah- men des Fahrzeugs (12) begrenzt ist.
9. Fahrzeug (12) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Bogiestopper (48) und/oder der Fahrzeugrahmen wenigstens ein An- schlagelement umfasst, welches vorzugsweise lösbar befestigt ist.
10. Fahrzeug (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens einen Aktuator (52) umfasst, mittels welchem eine Stellkraft auf die Achsschwinge (14) ausübbar ist, um das Hinterrad (18) und/oder das Vorderrad (18) zu belasten und/oder zu entlasten.
11. Fahrzeug (12) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (18) manuell betätigbar ist und/oder mit einer ersten Steuer- einrichtung (54) des Fahrzeugs gekoppelt ist, wobei die erste Steuerein- richtung (54) dazu ausgebildet ist, den Aktuator (52) in Abhängigkeit einer Fahrsituation zu steuern und/oder zu regeln.
12. Fahrzeug (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bogieachse (10) den Drehmomententeiler (44) zur Vergleichmäßigung eines ungleichmäßig auf das Vorderrad (18) und das Hinterrad (18) wir- kenden Kraftmoments aufweist, wobei der Drehmomententeiler (44) vor- zugsweise ein Doppel-Planetengetriebe umfasst.
13. Fahrzeug (12) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomententeiler (44) mit einer zweiten Steuereinrichtung (54) des Fahrzeugs gekoppelt ist, wobei die zweite Steuereinrichtung (54) dazu ausgebildet ist, den Drehmomententeiler in Abhängigkeit einer Fahrsituati- on zu steuern und/oder zu regeln.
14. Fahrzeug (12) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinrichtung (54) den Drehmomententeiler (44) beim Ver- letzen eines vorgegebenen Zugkraft-Verhältnis-Grenzwerts, insbesondere beim Beschleunigen und/oder Bremsen des Fahrzeugs (12), derart steuert und/oder regelt, dass eine Radlast-Verlagerung auf das relativ entlastete Vorderrad (18) oder auf das relativ entlastete Hinterrad (18) erfolgt.
15. Fahrzeug (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Landwirtschaftsmaschine, insbesondere als Mähdrescher, und/oder als Forstmaschine, insbesondere als Forwarder, und/oder als Baumaschine, insbesondere als Motorgrader, ausgebildet ist.
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