DE102022211014B4

DE102022211014B4 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022211014B4
Application number: DE102022211014.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mauritz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2024-07-04
Anticipated expiration: 2042-10-19
Also published as: DE102022211014A1

Abstract

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Achsen, von denen eine Achse eine Lenkachsvorrichtung aufweist, mit einer fest mit einem Fahrzeugrahmen verbundenen Achsbrücke (1) der Lenkachsvorrichtung, an deren beiden Endbereichen jeweils ein Achsträger (3) um eine vertikale Lenkdrehachse (4) drehbar gelagert ist, mit einer Radachse an dem unteren Endbereich jedes Achsträgers (3), an der ein Fahrzeugrad um eine horizontale Raddrehachse (14) drehbar angeordnet ist, mit einem an dem oberen Endbereich jedes Achsträgers (3) drehfest angeordneten Antriebsrad (5), in das ein Antriebselement einer von einem motorischen Antrieb um eine gemeinsame Motorachse (16) drehbar angetriebenen Motorwelle (11) drehbar antreibend eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebsrad (5) eine ellipsenartig unrund radial umlaufende Eingreifkontur aufweist, in die jeweils eine Gegeneingreifkontur an den beiden Endbereichen der Motorwelle (11) tangential eingreift, wobei die Unrundheit der Eingreifkontur dadurch definiert ist, daß sich die Radachsen aller Achsen bei jedem Lenkeinschlag der Lenkachsvorrichtung immer in einer gemeinsamen Mittelachse (13) der Kurvenfahrt schneiden, wobei die einstückig ausgebildete und von einem einzigen motorischen Antrieb drehbar antreibbare gemeinsame Motorwelle (11) um eine einzige mittige vertikale Wellenachse (9) schwenkbar gelagert ist, die die in Fahrzeuglängsrichtung sich horizontal erstreckende Fahrzeugmittenachse (17) schneidet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Achsen, von denen eine Achse eine Lenkachsvorrichtung aufweist, mit einer fest mit einem Fahrzeugrahmen verbundenen Achsbrücke der Lenkachsvorrichtung, an deren beiden Endbereichen jeweils ein Achsträger um eine vertikale Lenkdrehachse drehbar gelagert ist, mit einer Radachse an dem unteren Endbereich jedes Achsträgers, an der ein Fahrzeugrad um eine horizontale Raddrehachse drehbar angeordnet ist, mit einem an dem oberen Endbereich jedes Achsträgers drehfest angeordneten Antriebsrad, in das ein Antriebselement einer von einem motorischen Antrieb um eine gemeinsame Motorachse drehbar angetriebenen Motorwelle drehbar antreibend eingreift.
Bei einer derartigen Lenkvorrichtung ist es bekannt die Antriebsräder als runde Kronenräder auszubilden in die die jeweils auf einer Motorwelle angeordneten und als Stirnräder ausgebildeten Antriebselemente eingreifen. Um einen Lenkwinkelfehler zu vermeiden weist jedes Antriebsrad eine eigene Motorwelle mit einem eigenen motorischen Antrieb und eigener Steuerung auf, so daß die Lenkvorrichtung aufwendig und teuer ist.
Aus der DE 10 2021 213 069 B3 ist ein Antrieb für eine Lenkachse eins Flurförderfahrzeugs bekannt, das zwei Spurhebel, eine Achsbrücke, eine als Spindel ausgebildete Spurstange, eine axial auf der Spurstange fixierte Spindelmutter sowie eine Getriebestufe aufweist, wobei eine Verstellung der Spurhebel durch eine axiale Verschiebung der Spurstange bewirkbar ist und wobei die Spindelmutter durch ein Abtriebselement der Getriebestufe antreibbar ist. Parallel zur Spurstange sind zwei koaxial zueinander ausgerichtete Elektromotoren angeordnet, wobei axial mittig zwischen den zwei Elektromotoren ein von den zwei Elektromotoren antreibbares Antriebselement der Getriebestufe angeordnet ist.
Aus der DE 10 2009 002 934 A1 eine lenkbare Fahrzeugachse für ein Nutzfahrzeug mit einer Achsbrücke bekannt, an deren Enden jeweils ein über eine Spurstange lenkbarer Achskopf gelagert ist, wobei die Spurstange über zumindest einen Antrieb bewegbar ist und wobei als Antrieb wenigstens ein Elektromotor mit zumindest einem Getriebe vorgesehen ist, so daß der Elektromotor versetzt oder in einem vorbestimmten Winkel zur Spurstange anordenbar ist.
Aus der DE 10 2018 201 808 A1 ist eine Achsenanordnung für ein Fahrzeug bekannt, mit einer Achsbrücke und zwei Radanordnungen, wobei die Radanordnungen an der Achsbrücke angeordnet sind. Die Radanordnungen umfassen jeweils eine Radträgerbaugruppe, wobei die Radträgerbaugruppen jeweils um eine Lenkachse schwenkbar sind. Die Achsenanordnung weist zwei Einzelradlenkungen auf, wobei zur Einstellung von Lenkwinkeln die Einzelradlenkungen mit jeweils einer der Radträgerbaugruppe antriebsmomentübertragend verbunden sind.
Aus der DE 10 2019 125 792 A1 ist ein elektrisch betriebenes Lenkungssystem für ein Fahrzeug mit einem Gestell zur Anordnung des Lenksystems an einem Fahrzeugrahmen eines Fahrzeugs und zwei schwenkbar an dem Gestell angeordneten lenkbaren Rädern bekannt. An dem Gestell ist ein Stangenelement angeordnet, das in seiner Längsrichtung relativ zum Gestell verschiebbar ist. Eine Kinematikeinheit ist mit dem Stangenelement gekoppelt und wandelt eine Verschiebung des Stangenelements in eine lenkende Drehung der Räder um. Eine elektrische Maschine ist mit dem Stangenelement mechanisch wirkverbunden, um die Verschiebung des Stangenelements zu bewirken. Ein Querkraftaufnahmemechanismus ist eingerichtet, um eine von der Kinematikeinheit hervorgerufene Querkraft in Bezug auf das Stangenelement aufzunehmen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Lenkwinkelfehler und Lenkwinkelbegrenzung einen einfachen Aufbau mit wenigen einfachen Teilen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Antriebsrad eine ellipsenartig unrund radial umlaufende Eingreifkontur aufweist, in die jeweils eine Gegeneingreifkontur an den beiden Endbereichen der Motorwelle tangential eingreift, wobei die Unrundheit der Eingreifkontur dadurch definiert ist, daß sich die Radachsen aller Achsen bei jedem Lenkeinschlag der Lenkachsvorrichtung immer in einer gemeinsamen Mittelachse der Kurvenfahrt schneiden, wobei die einstückig ausgebildete und von einem einzigen motorischen Antrieb drehbar antreibbare gemeinsame Motorwelle mittig um eine einzige vertikale Wellenachse schwenkbar gelagert ist, die die in Fahrzeuglängsrichtung sich horizontal erstreckende Fahrzeugmittenachse schneidet.
Die Raddrehachsen aller Achsen stellen sich bei jedem beliebigen Lenkeinschlag so zueinander ein, daß sie sich stets in der gewünschten Mittelachse der Kurvenfahrt treffen. Damit kommt es zu keinem Lenkwinkelfehler und einem dadurch bedingten Reifenabrieb der Räder. Auch besteht keine Lenkwinkelbegrenzung, so daß die Lenkachsvorrichtung über 360° hinaus verstellbar ist.
Damit wird auch eine Drehung beliebig oft über 360° hinaus ermöglicht ohne das Erfordernis einer Rückstellung.
Dadurch kann bei bestimmten Fahrmanövern die Lenkzeit reduziert werden und es wird ein rationelleres Arbeiten ermöglicht.
Dies ist immer dann der Falle, wenn die benötigte Lenkstellung schneller über einen kleinen Lenkwinkel durch Weiterdrehen über die 360° hinaus erreicht wird, anstatt durch Rückdrehung über die Geradeausfahrtstellung hinaus.
Radkräfte, die von außen wirken, können die Lenkung nicht bewegen.
Eine der zwei Achsen kann eine Starrachse sein. Dabei schneidet auch die Raddrehachse dieser Starrachse die Mittelachse der Kurvenfahrt.
Die unrund umlaufenden Eingreifkonturen der Antriebsräder können Schneckenkonturen sein, in die die als Schnecken ausgebildeten Gegeneingreifkonturen der Motorwelle tangential eingreifen.
Derartig ausgebildete Eingreifkonturen und Gegeneingreifkonturen sind leicht auf konventionellen Fräsmaschinen mit Rundtisch herstellbar.
Damit die Motorwelle bei jedem Lenkeinschlag und leichgängiger Lenkung mit ihren Gegeneingreifkonturen immer sicher in die Eingreifkonturen der Antriebsräder eingreift, kann die Motorwelle in einem Lager drehbar gelagert sein, das um die vertikale Lenkdrehachse schwenkbar gelagert ist.
Dabei kann das Lager fest in einem Lagerhalter angeordnet sein, der um die vertikale Lenkdrehachse schwenkbar an der Achsbrücke angeordnet ist, wobei der motorische Antrieb ein Elektromotor sein kann, der an dem Lagerhalter angeordnet ist.
Zur stabilen Lagerung des Lagerhalters kann der Lagerhalter zumindest einen vertikalen Lagerzapfen aufweisen, der in einem Schwenklager der Achsbrücke schwenkbar gelagert ist.
Für den Fall, daß es zu einem Ausfall des motorischen Antriebs kommen sollte, kann zumindest ein axiales Ende der Motorwelle eine Stellkontur aufweisen, in die ein Stellwerkzeug entsprechender Kontur eingreifbar ist.
Damit kann eine Notlenkfunktion durch Einleiten eines Drehmoments mittels des Stellwerkzeugs in die Motorwelle erreicht werden.
Zur guten Zugänglichkeit ist dabei vorzugsweise die Stellkontur stirnseitig an der Motorwelle angeordnet.
In einfacher Ausbildung kann dabei die Stellkontur eine Innensechskantkontur sein.
Als Stellwerkzeug kann dabei ein Akkuschrauber mit einem Sechskanteinsatz dienen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung in Draufsicht einer Lenkachsvorrichtung einer Lenkvorrichtung.
Das Fahrzeug weist eine Lenkdrehachsvorrichtung sowie eine Starrachse auf.
Eine Achsbrücke 1 der als Portalachse ausgebildeten Lenkachsvorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere eines Flurförderfahrzeugs, weist mittig in Fahrzeuglängsrichtung gerichtet zwei Achsaufnahmen 2 auf, mit denen sie an einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen des Fahrzeugs befestigt ist.
An den beiden Endbereichen der Achsbrücke 1 ist jeweils ein Achsträger 3 um eine vertikale Lenkdrehachse 4 drehbar gelagert, der an seinem von der Achsbrücke 1 nach oben gerichteten Ende ein Antriebsrad 5 mit ellipsenartig unrund umlaufender Schneckenkontur 6 drehfest trägt.
An seinem von der Achsbrücke 1 nach unten ragenden Ende weist der Achsträger 3 eine horizontale Radachse auf, die aus zwei von dem Achsträger 3 voneinander weggerichteten Radachsteilen besteht.
An jedem Radachsteil ist ein Rad eines Zwillingsrades 7 um eine Raddrehachse 14 drehbar gelagert.
Mittig der Achsbrücke 1 ist ein Lagerhalter 8 mittels zweier vertikaler Lagerzapfen um eine vertikale Wellenachse 9 in einem Schwenklager schwenkbar an der Achsbrücke 1 gelagert. Dabei schneidet die Wellenachse 9 die in Fahrzeuglängsrichtung sich horizontal erstreckende Fahrzeugmittenachse 17.
Der Lagerhalter 8 bildet in Doppelfunktion gleichzeitig ein Lagerschild eines Elektromotors 10, durch den eine Motorwelle 11 um eine Motorachse 16 drehbar antreibbar ist, die an ihren beiden Endbereichen Schnecken 12 trägt, die tangential in die Schneckenkonturen 6 der Antriebsräder 5 eingreifen.
Wenn eine Redundanz des Antriebs der Motorwelle 11 für den Fall einer Fehlfunktion des Elektromotors oder der Elektronikbauteile seiner Ansteuerung gewünscht ist, kann ein weiterer Elektromotor auf der anderen Seite des Lagerhalters 8 auf der Motorwelle 11 angeordnet sein.
Die unrund umlaufenden Schneckenkonturen 6 der Antriebsräder 5 sind so zueinander ausgerichtet, daß die eine Schnecke 12 in einem von der Lenkdrehachse 4 entfernteren Bereich in die Schneckenkontur 6 des einen Antriebsrads 5 eingreift, während die andere Schnecke 12 in einem der Lenkdrehachse 4 näheren Bereich in die Schneckenkontur 6 des anderen Antriebsrades 5 eingreift. Dazu schwenkt die Motorwelle 11 um die vertikale Wellenachse 9, so daß beide Schnecken 12 immer in Eingriff in der ihnen zugeordneten Schneckenkontur 6 sind.
Durch diese Ausbildung schneiden sich die Radachsen aller Achsen des Fahrzeugs bei jedem Lenkeinschlag der Lenkachsvorrichtung immer in einer gemeinsamen Mittelachse 13 der Kurvenfahrt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Radachsen der Lenkachsvorrichtung die Raddrehachsen 14 der Lenkachsvorrichtung sowie die Raddrehachse 15 der nicht dargestellten Starrachse des Fahrzeugs.
Durch die Ausbildung der Räder der Lenkachsvorrichtung als Zwillingsräder 7 bleibt die Spurbreite der Räder unabhängig vom Lenkeinschlag immer gleich, wodurch die Standsicherheit des Fahrzeugs unabhängig vom jeweiligen Lenkeinschlag gleich hoch bleibt.
Durch die beidseitige Anordnung der Räder an den Achsträgern 3 verteilt sich die statische Belastung symmetrisch, wodurch sich die Belastung auf die Achsträger 3 reduziert.
Durch die Verwendung kleinerer Räder verringert sich der Abstand zwischen Radmitte und Achsträger, wodurch der wirkende Hebelarm bei Tangentialkräften kleiner wird. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Materialeinsatzes.
Sind die beiden Achsträger jeweils um 360° schwenkbar antreibbar, so wird ohne die Stabilität des Fahrzeugs zu reduzieren auch eine Drehung beliebig oft über 360° hinaus ermöglicht ohne das Erfordernis einer Rückstellung.
Dadurch kann bei bestimmten Fahrmanövern die Lenkzeit reduziert werden und es wird ein rationelleres Arbeiten ermöglicht.
Dies ist immer dann der Falle, wenn die benötigte Lenkstellung schneller über einen kleinen Lenkwinkel durch Weiterdrehen über die 360° hinaus erreicht wird, anstatt durch Rückdrehung über die Geradeausfahrtstellung hinaus.
Bezugszeichen

1: Achsbrücke
2: Achsaufnahmen
3: Achsträger
4: Lenkdrehachse
5: Antriebsrad
6: Schneckenkontur
7: Zwillingsrad
8: Lagerhalter
9: Wellenachse
10: Elektromotor
11: Motorwelle
12: Schnecken
13: Mittelachse
14: Raddrehachse Lenkachsvorrichtung
15: Raddrehachse Starrachse
16: Motorachse
17: Fahrzeugmittenachse

Claims

Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Achsen, von denen eine Achse eine Lenkachsvorrichtung aufweist, mit einer fest mit einem Fahrzeugrahmen verbundenen Achsbrücke (1) der Lenkachsvorrichtung, an deren beiden Endbereichen jeweils ein Achsträger (3) um eine vertikale Lenkdrehachse (4) drehbar gelagert ist, mit einer Radachse an dem unteren Endbereich jedes Achsträgers (3), an der ein Fahrzeugrad um eine horizontale Raddrehachse (14) drehbar angeordnet ist, mit einem an dem oberen Endbereich jedes Achsträgers (3) drehfest angeordneten Antriebsrad (5), in das ein Antriebselement einer von einem motorischen Antrieb um eine gemeinsame Motorachse (16) drehbar angetriebenen Motorwelle (11) drehbar antreibend eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebsrad (5) eine ellipsenartig unrund radial umlaufende Eingreifkontur aufweist, in die jeweils eine Gegeneingreifkontur an den beiden Endbereichen der Motorwelle (11) tangential eingreift, wobei die Unrundheit der Eingreifkontur dadurch definiert ist, daß sich die Radachsen aller Achsen bei jedem Lenkeinschlag der Lenkachsvorrichtung immer in einer gemeinsamen Mittelachse (13) der Kurvenfahrt schneiden, wobei die einstückig ausgebildete und von einem einzigen motorischen Antrieb drehbar antreibbare gemeinsame Motorwelle (11) um eine einzige mittige vertikale Wellenachse (9) schwenkbar gelagert ist, die die in Fahrzeuglängsrichtung sich horizontal erstreckende Fahrzeugmittenachse (17) schneidet.
Lösbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der zwei Achsen eine Starrachse ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unrund umlaufenden Eingreifkonturen der Antriebsräder (5) Schneckenkonturen (6) sind, in die die als Schnecken (12) ausgebildeten Gegeneingreifkonturen der Motorwelle (11) tangential eingreifen.
Lösbare Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (11) in einem Lager drehbar gelagert ist, das um die vertikale Lenkdrehachse (4) schwenkbar gelagert ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager fest in einem Lagerhalter (8) angeordnet ist, der um die vertikale Lenkdrehachse (4) schwenkbar an der Achsbrücke (1) angeordnet ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der motorische Antrieb ein Elektromotor (10) ist, der an dem Lagerhalter (8) angeordnet ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerhalter (8) zumindest einen vertikalen Lagerzapfen aufweist, der in einem Schwenklager der Achsbrücke (1) schwenkbar gelagert ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein axiales Ende der Motorwelle (11) eine Stellkontur aufweist, in die ein Stellwerkzeug entsprechender Kontur eingreifbar ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkontur stirnseitig an der Motorwelle (11) angeordnet ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkontur eine Innensechskantkontur ist.