Adaptives Hydrop-Laufwerk für Kettenfahrzeuge

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem adaptiven Hydrop-Laufwerk für ein mittelschweres bis schweres Kettenfahrzeug und beruht auf dem Prinzip der Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften der einzelnen Hydrop-Elemente (Stoßdämpfer) in Zug- und Druckstufe. Dazu wird die zumindest an der ersten Laufrolle einwirkende Belastung gemessen und für die nachfolgenden Laufrollen berücksichtigt, derart, dass die Dämpfungscharakteristik des zugehörigen Hydrop-Elementes beeinflusst wird.

Ein direkt angelenkter hydraulischer Stoßdämpfer wird beim Ausfedern auf Zug und beim Einfedern auf Druck beansprucht. Die Dämpfung beim Ausfedern wird daher Zugstufe und beim Einfedern Druckstufe genannt.

Hydropneumatische Feder-Dämpferelemente, die üblicherweise kurz als Hydrop-Elemente bezeichnet werden, sind aus der DE 10 2008 026 680 A1 bekannt. Sie dienen beispielsweise zur Schwingungsdämpfung schwerer Geländefahrzeuge (etwa von Kettenfahrzeugen) und bestehen im Wesentlichen aus einem als Feder wirkenden Gasvolumen und einem mit dem Gasvolumen zusammenwirkenden Öldämpfer. Hierzu kann in einem gemeinsamen zylinderförmigen Gehäuse ein Trennkolben vorgesehen sein, welcher das Gasvolumen von dem öigefüllten Hydraulikvolumen trennt, sodass eine von der Position des Trennkolbens abhängige Federwirkung der Gasfüliung erfolgt. In dem Hydrauiikvoiumen befindet sich ein mit einer Kolbenstange verbundener iasttragender Kolben, welcher üblicherweise Drosselbohrungen enthält, sodass beim Fahren des entsprechenden Fahrzeuges über Unebenheiten das durch den Kolben komprimierte Öl durch die Drosselbohrungen in einen Niederdruckbereich des Hydraulikvoiumens gepresst wird und sich eine geschwindigkeitsabhängige Dämpfungskraft ergibt. Ein weiteres Hydrop-Element ist der DE 203 20 565 IM zu entnehmen. Das Hydrop-Element umfasst unter anderem ein hydropneumatisches Federelement mit einem Feder- und Dämpfungselement, einen Hauptkoiben sowie einen Trennkolben. Am Hauptkolben ist stirnseitig eine Düsennadel angebracht, die in eine vergrößerte Düsenbohrung des Dämpfungseie- ments federwegabhängig eingreift, wodurch zusätzlich zu einer von der Einfederungsgeschwindigkeit abhängige Dämpfung eine vom Einfederungsweg abhängige Dämpfung erfolgt, welche die von der Einfederungsgeschwindigkeit abhängige Dämpfung reduziert.

Die DE 10 2008 025 482 A1 offenbart eine bewegungsabhängige Dämpfung mitteis eingestellter Tothübe bzw. dem Aussetzen der Dämpfung. Beim Einfedern entsteht dabei ein Staudruck vor der Blende eines Dämpfungskolbens, sodass die Dämpfung ausgesetzt wird. Ist der Federweg größer als der eingestellte Tothub, verfährt der Dämpfungskolben gegen einen festen Anschlag, sodass das zu verdrängende Ölvolumen ausschließlich durch die Drosselblender gepresst werden muss und damit die Dämpfung erzeugt.

Das Hydrop-Element der WO 2011/154107 A1 ist derart mechanisch aufgebaut, dass sich eine Temperaturkompensation durch die Verwendung einer stufenförmigen Gasfederkennii- nie ergibt, wobei das Hydrop-Element derart ausgelegt ist, dass die entsprechende Kraftstufe beim Erreichen der statischen Lage der Kolbenstange auftritt. Dazu werden in einem bekannten Hydrop-Element ein Stufenkolben und ein Zylinder, ein Sekundärdrosselventil sowie eine Hochdruckgasleitung eingebunden, diese also zusätzlich in dieses integriert. Das Hydrop-Element umfasst einen Hydraulikzylinder als hydraulische Dämpfungseinrichtung mit einem lasttragenden Kolben, der mit einer hohlen Kolbenstange verbunden ist, wobei die mit Öl gefüllte Kolbenstange in einem zylinderförmigen ersten Gehäuseteii, von einer voll ausgefederten über eine statische in eine voll eingefederte Position axial verschiebbar angeordnet ist.

Die Befestigung eines derartigen Hydrop-Elements an einem Laufwerksträger wird in der DE 03 26 970 B4 näher beschrieben.

Aus der DE 20 2008 018 267 U1 ist eine Laufwerksmodifikation für eine Panzerhaubitze bekannt. Hier wird vorgeschlagen, anstelle von Schwingarmen Hydrop-Elemente einzubinden. Mit der DE 103 28 541 A1 wird ein Hydrop- Element offenbart, das in einem Fahrzeug mit Laufwerk eingesetzt wird. Dabei ist die Einbindung einer Vorwärmeeinrichtung vorgesehen, um so auf einen hydraulischen Kettenspanner verzichten zu können.

Vorgenannte Hydrop-Laufwerke basieren auf rein hydraulischer oder pneumatischer Beeinflussung der Feder Dämpfungseinheiten.

Insbesondere bei der Verwendung von Hydrop-Elementen in militärischen Gleiskettenfahrzeugen entsteht durch die hochfrequenten Bewegungen relativ viel Wärme in diesen Dämpferelementen. Die dabei entstehende Erhöhung der Gastemperatur führt zu einer Änderung der Druck- und Kraftverhältnisse der Gasfeder und damit zu einer Änderung der statischen Lage (Gleichgewichtslage von Radlast und Hydrop-Element) der Kolbenstange des Fahrzeuges. Dieses hat dann unter anderem eine unerwünschte Erhöhung der Kettenspannung und gegebenenfalls Änderungen der statischen Lage (Fahrzeughöhe) zur Folge.

Zur Temperaturkompensation der in den Dämpfereiementen entstehenden Wärme wird in der DE 10 2008 026 680 A1 daher vorgeschlagen, das sich erwärmende Hydrauliköl mittels entsprechender Kühlelemente zu kühlen.

Bei Kettenfahrzeugen mit großen Federwegen und relativ kurzer Kettenaufstandslänge, deren Feder-Dämpfereinheiten auf hydraulische-pneumatische Einheiten basieren, stellt sich das Problem, dass beim Befahren schweren Geländes mehrere Elemente gleichzeitig einfedern. Das führt zu einer erheblichen Verringerung der Kettenspannung. Bei einer zeitgleichen Kurvenfahrt des Fahrzeugs oder beim Einwirken von Seitenkräften kann es zum Ausspuren der Kette aus ihrer Führung kommen. Im härtesten Fall ist auch ein Ablaufen der Kette möglich. Da sowohl die Antriebs- wie auch die Lenk- und Bremskräfte ausschließlich von der Kette auf die Fahrbahn übertragen werden, führt das Ablaufen der Kette zum Total- verlust der Mobilität des Systems und damit zum Missionsversagen.

Hier greift die Erfindung die Aufgabe auf, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die die vorgenannten Nachteile vermeidet.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein bereits eingeschlagener Weg zur Vermeidung des Kettenablaufes ist die Verwendung eines so genannten Kettenablaufschutzes, wie beispielsweise in der WO 2011/160800 A1 beschrieben.

Eine Antriebstrommel für Gleiskettenfahrzeuge beschreibt die DE 19 18 554 U1. Diese weist einen zwischen einem äußeren Antriebszahnkranz und einer Anlaufscheibe befindlichen Hohlraum auf. Um zu vermeiden, dass die Kette abspringt, wird ein selbsttätiges Entleeren des Hohlraumes dadurch erreicht, dass die Anlaufscheibe mit mehreren, diesen Hohlraum mit einem äußeren Hohlraum verbindenden Durchbrüchen zu versehen. Ein anderer Gleiskettenschutz ist der JP 2005-280638 A entnehmbar.

Der Erfindung liegt jedoch die Idee zugrunde, die vorhandenen Leistungsreserven des Laufwerks und damit des Gesamtsystems durch eine schnelle Reaktion der Komponenten bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit und Sicherheit auszuschöpfen.

Die Idee baut auf dem Prinzip der Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften der einzelnen Hydrop-Elemente in Zug- und Druckstufe auf. Dabei werden die dynamischen und statischen Kenndaten eines Hydrop-Elementes wie Einfederweg und Einfedergeschwindigkeit gemessen und ausgewertet Das kann z.B. durch einen induktiven Wegaufnehmer erfolgen. Dabei kann jedem Hydrop-Eiement ein derartiges Messelement zugeordnet werden. Zumindest an der ersten Laufrolle bzw. dem dazugehörenden Hydrop-Element ist ein derartiger Messsensor zu platzieren. Ebenfalls können die Beschleunigung der ungefederten Masse sowie Beschleunigung der Fahrzeugwanne unmittelbar am Hydrop-Element berücksichtigt und dazu gemessen werden. Des Weiteren können weitere Kenndaten des Gesamtsystems herangezogen werden, wie Fahrtrichtung, Geschwindigkeit, Lenkwinkel sowie Antriebs- / Bremsmoment. Aus diesen oder einzelnen Informationen kann über eine Verknüpfung / zentrale Steuereinheit die Dämpfungsrate der insbesondere nachfolgenden Laufrolle(n) beeinflusst werden. Durch die Änderung der Dämpfungsrate kann auf den Einfederungsweg und die Einfederungsgeschwindigkeit der Laufwerkrolle bzw. dessen Hydrop-Elementes Einfluss genommen werden. Dadurch werden negative Verringerungen der Kettenspannung vermieden, zumindest deutlich minimiert. Durch die Beeinflussung der Ausfederdämpfung wird gleichzeitig ein schneller Wiederaufbau der Kettenspannung erreicht.

Die in den bekannten Hydrop-Elementen vorhandenen hydraulischen Drosselventile, die die Dämpfung bestimmen, werden bevorzugt durch variable ersetzt, wie sie zum Beispiel am Markt verfügbar sind, z.B. von der Firma Öhlins (SE) oder der Firma Sachs (DE). Derartige Dämpfer zeichnen sich dadurch aus, dass die Dämpferrate elektronisch beeinflussbar ist und die Beschleunigung und Einfederweg (Federbein) ermittelt bzw. gemessen werden können.

Die Aufnahme, Auswertung und Beeinflussung der Daten kann über ein busbasiertes zentrales System (z.B. zentrale Steuereinheit) oder dezentral über die unmittelbare Kommunikation der Hydrop- Elemente miteinander erfolgen. Hinsichtlich der Datenübertragung können sowohl leitungsgebundene Systeme wir auch drahtlose Systeme zum Einsatz kommen.

Vorgeschlagen wird ein adaptives Hydrop-Laufwerk mit wenigstens einer Gleiskette, einem Rolienlaufwerk, einem Antriebsrad und einem Führungsrad sowie Laufrollen, die über Hydrop-Elemente an einer Fahrzeugwanne eines Fahrzeuges gelagert werden. Um zu verhindern, dass bei größeren Einwirkungen / Belastungen auf die Laufrollen sich die Kette entspannen und abgeworfen werden kann, ist vorgesehen, diese größeren Einwirkungen, die in der Regel zuerst auf die erste Laufrolle einwirken, für die nachfolgende(n) Laufrolle(n) zu berücksichtigen und Dämpfungschärakteristik des zu dieser / diesen nachfolgenden Laufrol- le(n) zugehörigen Hydrop-Elementes derart zu beeinflussen, dass dieses besser auf die zu erwartende Einwirkung reagieren kann.

Durch Einsatz einer derartigen Technologie für die Dämpferbeeinflussung, Signalverarbeitung und Signalübertragung lassen sich die Charakteristika und dynamischen Eigenschaften des Laufwerks beeinflussen, so dass die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden können. Die Kette kann sich nicht entspannen, ein Kettenabwurf wird ausgeschlossen. Dazu kommunizieren die Hydrop-Elemente miteinander, zumindest aber der, welcher zuerst der erhöhten Beanspruchung ausgesetzt ist mit dem nachfolgenden etc. Zudem können unerwünschte Zustände und Bewegungen des Gesamtfahrzeugs, wie Nicken beim Bremsen oder das Aufstellen beim Beschleunigen, unterdrückt bzw. deutlich verringert werden. Insbesondere die Verringerung der Nickbewegung beim Bremsen führt zu einer gleichmäßigen Lastverteilung auf die Laufrollen und zu einer Vergrößerung der Kettenaufstandsfiäche und damit zu einer wesentlichen Verbesserung der Bremswirkung und Reduzierung des Kettenverschieißes.

Auf diese Weise ist es möglich, ohne Zuführung externer Energie eine Versteifung des Laufwerks und damit Erhalt der Kettenspahnung zu erreichen. Durch das Entfallen von hydraulischen und pneumatischen Leitungen im gefährdeten Laufwerksbereich wird das System zudem vereinfacht, die Zuverlässigkeit gesteigert und der Energiebedarf verringert. Die dabei auftretende Wärmeentwicklung kann durch eine vorhandene Laufwerkskühlanlage abgeführt werden.

Die vorgeschlagene Lösung ist zudem so ausgestaltet, dass ein Nachrüsten in bestehende Hydrop-Elemente möglich wird.

Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Fahrzeug mit einem Kettenlaufwerk,

Fig. 2 einen Laufwerksträger mit Darstellung der erfindungswesentlichen Baugruppen,

Fig. 3 eine Signalverarbeitung in Form einer vereinfachten Blockbilddarstellung,

Fig. 4a bis c eine Darstellung der Arbeitsweise der Hydrop-Elemente.

In Fig. 1 ist ein Kettenfahrzeug 1 , hier ein frontgetriebenes Gleiskettenfahrzeug, mit einer Gleiskette 2, einem Rollenlaufwerk 3, einem Antriebsrad 4 und einem Führungsrad 8 sowie Laufrollen 5 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Laufrollen 5 sind über Hydrop-Elemente 6 an der Fahrzeugwanne V gelagert. Diese Baugruppen bilden ein so genanntes Hydrop- Laufwerk 30.

Fig. 2 zeigt in einer Teildarstellung aus Fig. 1 einen Laufwerksträger 32, der die Anordnung der Hydrop-Elemente 6, den Endanschlagsdämpfer 7 und eines Kettenspanners 9 wiedergibt.

Fig. 3 beschreibt die Grundidee anhand einer Blockbilddarstellung. Dabei werden die dynamischen und statischen Kenndaten der einzelnen Hydrop-Elemente 6 ermittelt und ausgewertet. Anhand der mit der Auswertung ermittelten Daten kann dann auf die Dämpfung der nachfolgenden Hydrop-Elemente 6 Einfluss genommen werden, insbesondere untereinander, indem die gelieferten bzw. ermittelten Informationen zur Charakteristik der Dämpfung im Hydrop-Element 6 in eine mögliche Variation der Dämpfung des darauffolgenden Hydrop- Eiementes 6 umgesetzt werden. Die statischen und dynamischen Kenndaten sind hier insbesondere ein Einfederweg 10 und eine Einfedergeschwindigkeit 11. Diese Kenndaten werden bevorzugt durch einen induktiven Wegaufnehmer am Hydrop-Element 6 aufgenommen und an die zentrale Steuereinheit 18 gegeben. Eine Beschleunigung der ungefederten Massen 12 sowie eine Beschleunigung der Fahrzeugwanne 13, die unmittelbar am jeweiligen Hydrop-Element 6 gemessen werden können, können ebenfalls berücksichtigt werden. Dazu können auch zusätzlich ein oder mehrere Beschleunigungssensoren 21 bzw. 22 an der Fahrzeugwanne eingebunden werden.

Es sind auch weitere Kenndaten des Gesamtsystems (Kettenfahrzeug 1 ) berücksichtigbar, wie Fahrtrichtung 14, Geschwindigkeit 15, Lenkwinkel 16 sowie Antriebs- / Bremsmoment 17. Diese Informationen können bevorzugt von einem fahrzeugeigenen Bordcomputer bezogen werden. Für ältere Fahrzeugtypen besteht aber auch die Möglichkeit, die Informationen von den einzelnen Baugruppen individuell zu beziehen. So kann ein Navigationsgerät die Information bezüglich der Fahrtrichtung 14 liefern. Die Geschwindigkeit 15 kann von einem Tachometer abgegriffen werden, der Lenkwinkel 16 direkt von der Einstelleinheit. Die zu berücksichtigenden Antriebs- / Bremsmomente liefert der Antrieb (Dieselmotor) des Fahrzeugs selbst (alle aufgezählten Fahrzeugbaugruppen nicht näher dargestellt). Aus diesen Informationen wird über die zentrale Steuereinheit 18 die Dämpfungsrate der folgenden Laufrolle 5 über das Hydrop-Element 6 beeinflusst.

Die Aufnahme der jeweiligen Einfederwege 10 und Beschleunigung 12 erfolgt beispielsweise durch jeweils einen eigenen induktiven Wegaufnehmer, der berührungslos die Bewegung des jeweiligen Hydrop-Elements 6 aufnimmt und an die bevorzugt zentrale Steuereinheit 18 weitergibt. Hier werden die einzelnen Signale ausgewertet und nach einem Algorithmus in Signale umgesetzt, die die Charakteristik der Dämpfung in den Hydrop-Elementen 6 entsprechend variiert. So kann, wenn beispielsweise am ersten Hydrop-Element 6 ein starkes Einfedem mit hoher Beschleunigung registriert wird, automatisch in der nachfolgenden Laufrolle 5 die Dämpfung erhöht werden, so dass die Laufrolle 5 weniger stark und verzögert einfedert. Diese Charakteristik lässt sich auch nutzen, um die Nickneigung des Fahrzeugs beim scharfen Abbremsen zu reduzieren. In diesem Fall würde dann der Betätigungsdruck in der Betriebsbremsanlage mit herangezogen werden. Fig. 4a bis c zeigen den Ablauf der Funktion eines Hydrop-Elementes 6. In Fig. 4a ist das Hydrop-Element 6 eingefedert, in Fig. 4b ist das Hydrop-Element 6 statisch und in Fig. 4c ist das Hydrop-Element 6 ausgefedert. Hierbei werden die Hydrop-Elemente 6 gegenüber herkömmlichen Hydrop-Elementen durch neu eingebrachte Dämpfungselemente beeinflusst.