DE60131230T2

DE60131230T2 - Achseinheit und Traktor mit einer Achseinheit

Info

Publication number: DE60131230T2
Application number: DE60131230T
Authority: DE
Inventors: Christopher Alan Traer Schafer; Dennis Aaron Cedar Falls Bowman
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: DE60131230D1; BR0104081A; AR037078A1; EP1188641A3; US6402169B1; CA2344136C; JP2002127930A; ATE377544T1; EP1188641A2; BR0104081B1; CA2344136A1; EP1188641B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Achseinheit und auf einen Traktor mit einer Achseinheit, die einen Achsschenkel und eine Kugelgelenkeinheit aufweist. US 4,722,540 offenbart einen Achsschenkel für eine Achseinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Um die Traktorleistung zu verbessern, werden vordere Achsaufhängungssysteme immer üblicher. Eine Vorderaufhängung liefert einen verbesserten Bedienerkomfort, wodurch die Ermüdung des Bedieners reduziert wird. Zusätzlich ist der Traktorrahmen weniger Schlagbelastungen während des Betriebs ausgesetzt. Eine vordere Aufhängungsachse fügt jedoch Komplexität und zusätzliche Bauteile zur Vorderachse hinzu.
Um die Leistung von landwirtschaftlichen Traktoren weiter zu verbessern, werden viele Traktoren mit Vorderradantrieb ausgestattet. Während die Vorderräder und -reifen typischerweise kleiner sind als die Hinterräder, wird durch Antrieb sowohl der Hinter- als auch der Vorderräder die Zugwirksamkeit verbessert. Ein mechanischer Vorderradantrieb erfordert eine Vordere Antriebsachse mit deutlich mehr Bauteilen als eine Vorderachse ohne mechanischen Vorderradantrieb.
Neuere Anstrengungen, um die Zugleistung weiter zu verbessern, haben sich auf Vorderachsen mit Doppelrädern auf beiden Seiten konzentriert. Während die vorderen Doppelräder die Zugleistung verbessern, erzeugt die Hinzufügung eines zweiten Rads auf jeder Seite der Vorderachse einen langen Momentarm zwischen dem außen liegenden Reifen und der Drehachse, um die der Achsschenkel zur Lenkung des Traktors dreht. Die an die Lenk- und Aufhängungsbauteile angewendeten Kräfte, wenn der äußere Reifen auf ein Hindernis wie einen Baumstumpf oder Felsblock trifft, sind viel größer als bei einzelnen Vorderreifen. Die Kugelgelenke des Lenksystems und das Aufhängungssystem am Achsschenkel sind kritische Bauteile. Um die gleiche Gestaltung, aber mit größeren Kugelgelenken beizubehalten, um die höheren Lasten aufzunehmen, führt zu Kugelgelenken, die so groß sind, dass die Geometrie der Lenk- und Aufhängungssysteme aufs Spiel gesetzt wird und Beeinträchtigungen der benachbarten Fahrgestellaufbauten auftreten.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Achseinheit und einen Traktor mit einer Achseinheit anzubieten, mit denen die erwähnten Probleme überwunden und die Wünsche erfüllt werden. Insbesondere ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, Kugelgelenke am Achsschenkel für die Lenk- und Aufhängungssysteme anzubieten, die die notwendige Festigkeit für eine Doppelvorderrad-Tauglichkeit ohne die großen Abmessung liefern, die durch einfaches Vergrößern von üblichen Kugelgelenken erforderlich ist.
Dieses und andere Ziele werden von der vorliegenden Erfindung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 12 erreicht. Weitere vorteilhafte Anordnungen und Entwicklungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet das Kugelgelenk einen Kugelzapfen mit einem sphärischen Kugelteil und ein Paar von Zapfen, die sich von dort einander gegenüberliegend erstrecken zur Befestigung am Achsschenkel. Der Kugelzapfen mit doppeltem Zapfen ermöglicht die Reduzierung der Gesamtabmessung der Kugelzapfen im Vergleich mit einem Kugelzapfen, der nur einen Zapfen hat.
Ein Zapfen des Kugelzapfens wird in den Achsschenkel presseingepasst, während der andere Zapfen in einer Kappe festgehalten wird, die am Schenkel durch Gewindebefestigungselemente befestigt wird. Die Kappe wird am Zapfen befestigt, um den Kugelzapfen sicher zu halten. Dübel erstrecken sich durch Montageöffnungen in die Kappe und in den Achsschenkel, um die Scherkraft der Befestigung über die hinaus zu erhöhen, die nur durch die Gewindebefestigungselemente geliefert wird. Das Ergebnis ist ein hochfeste, aber relativ kompakte Kugelgelenk-Gestaltung, die zu einem Gelenk führt, das nicht den Einbauraum beeinträchtigt, der für die Aufhängung, das Antriebssystem und die Lenkbauteile an der Vorderachse erforderlich ist.
Vorzugsweise hat der Achsschenkel die Form einer Pfanne, um die Kugelgelenke auf allen außer der Innenseite des Schenkels zu umgeben, wo die Lenk- und Spurhebel verbunden sind. Diese Abschirmung der Kugelgelenke schützt die Kugelgelenke vor Schmutz und Geröll, besonders vor dem Matsch und Schmutz, die von den Vorderreifen geworfen werden. Die Pfannenform des Schenkels resultiert daher, dass der Schenkel eine konkave Innenseite hat, die eine Aussparung erzeugt, in die die Kugelgelenke eingesetzt werden.
Die Erfindung und weitere vorteilhafte Entwicklungen und Anordnungen der Erfindung werden nun ausführlicher durch ein Beispiel und unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Seitenansicht einer landwirtschaftlichen Zugmaschine ist, die den Achsschenkel und die Kugelgelenke der vorliegenden Erfindung aufweist,
2 eine perspektivische Ansicht der Maschine und der Vorderachse ist,
3 eine perspektivische Ansicht des Achsschenkels und der Kugelgelenke der vorliegenden Erfindung ist,
4 eine Querschnittsansicht durch das Kugelgelenk und den Achsschenkel gesehen entlang der Linie 4-4 der 3 ist, und
5 eine Querschnittsansicht durch die Kugelgelenk-Montagekappe und den Achsschenkel gesehen entlang der Linie 5-5 der 3 ist.
In 1 ist ein Traktor 10 mit den Kugelgelenken der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Traktor 10 weist Hinterreifen 12 und Vorderreifen 14 auf. Die Vorderreifen sind Lenkreifen und drehen um aufrechte Drehachsen zur Lenkung des Fahrzeugs. Die Drehung der Räder 14 um die Drehachsen wird über einen Achsschenkel geliefert, der an jedem Ende der Vorderachse über die Kugelgelenke der vorliegenden Erfindung montiert ist.
In 2 ist die rechte Seite einer Vorderachse 16 und Aufhängung im Einzelnen gezeigt. Die linke Seite ist im Wesentlichen ein Spiegelbild der rechten Seite, obwohl es einige Unterschiede geben kann. Der mechanische Vorderradantrieb enthält ein Frontantrieb-Differentialgehäuse 18, das Teil des Traktorrahmens oder daran befestigt ist. Eine Vorderantriebswelle 20 erstreckt sich nach rechts von dem Differentialgehäuse, um dem Planeten-Endgetriebe in der Radnabe 22 eine Drehkraft zu verleihen. Ein Rad (nicht gezeigt) ist an den Flansch 23 der Nabe angeschraubt. Die Nabe 22 wird von einem Achsschenkel 24 getragen, der seinerseits von oberen und unteren Lenkhebeln 26, 28 der Aufhängung getragen wird. Die nahen Enden 30, 32 der oberen und unteren Lenkhebel sind schwenkbar am Differentialgehäuse 18 befestigt, wodurch die fernen Enden 34 und 36 sich nach oben und nach unten bewegen können, um die Vorderreifen 14 bezüglich des Differentialgehäuses 18 heben und senken zu können. Ein Hydraulikzylinder 38 erstreckt sich zwischen dem Differentialgehäuse 18 und dem unteren Lenkhebel 28, um die Last der aufgehängten Masse zu tragen. Der Zylinder 38 ist mit einem Gasspeicher (nicht gezeigt) gekoppelt, um wie eine Feder zu wirken. Die fernen Enden 34 und 36 der oberen und unteren Lenkhebel 26, 28 sind mit dem Achsschenkel 24 über obere und untere Kugelgelenkeinheiten 40, 42 gekoppelt, die in 3 gezeigt sind. Die Kugelgelenkeinheiten 40, 42 ermöglichen es dem Schenkel, um die Drehachse 48 zu drehen.
Eine Lenkspurstange 44 erstreckt sich von einem Lenkzylinder 45, der vom Differentialgehäuse 18 getragen wird. Das ferne Ende 47 der Spurstange 44 ist mit dem Achsschenkel 24 über eine Kugelgelenkeinheit 46 gekoppelt. Die Lenk-Kugelgelenkeinheit 46 hat einen Abstand zur Drehachse 48, wodurch das Ausfahren oder Einziehen der Spurstange die Drehung des Achsschenkels 24 und somit des Reifens 14 um die Drehachse 48 bewirkt.
Jede Kugelgelenkeinheit 40, 42, 46 umfasst einen Kugelzapfen 50. Die Kugelzapfen 50 sind im Wesentlichen gleich im Aufbau und haben vorzugsweise die gleiche Abmessung, es könnten aber Kugelzapfen 50 unterschiedlicher Größe in den drei verschiedenen Kugelgelenkeinheiten 40, 42, 46 verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Jeder Kugelzapfen 50 umfasst einen sphärischen Kugelteil 52 und ein Paar von sich einander gegenüberliegend erstreckenden Zapfen 54 und 56. Die Kugelteile 52 der Kugelzapfen 50, die für die oberen und unteren Lenkhebel 26, 28 verwendet werden, haben Schmiernuten 86, die über den Umfang der Kugelteile verlaufen.
Der Zapfen 54 jedes Kugelzapfens 50 ist in eine Bohrung 58 im Achsschenkel 24 eingesetzt. Die Bohrungen 58 haben einen ersten breiteren Teil 60, in den der Zapfen 54 presseingepasst wird, und einen durchgehenden Teil 62 mit kleinerem Durchmesser, der Schultern 88 bildet, die Anschläge in jeder Bohrung für den Eingriff der Zapfen 54 bilden. Während des anfänglichen Zusammenbaus werden die Zapfen 54 in die größeren Teile 60 der Bohrungen 58 presseingepasst. Die Zapfen 54 weisen eine innere Gewindebohrung 64 auf, die während eines Kundendiensts verwendet wird, wenn keine Presse verfügbar ist. Ein Gewindeelement wird in die Bohrung 64 eingeführt und verwendet, um den Zapfen 54 in den Bohrungsteil 60 des Schenkels zu ziehen.
Der Zapfen 56 wird am Schenkel durch eine Kappe 66 befestigt. Die Kappe 66 enthält eine erste Bohrung 68, die den Zapfen 56 des Kugelzapfens 50 aufnimmt. Ein Paar von Querbohrungen 70, 72 erstrecken sich durch die Kappe 66 auf beiden Seiten der Bohrung 68 und in einem Winkel von 90° bezüglich der Bohrung 68. Dübel 74 sind in den Bohrungen 70 und 72 angeordnet und erstrecken sich von der Kappe 66 und in einen Teil mit großem Durchmesser 76 der Bohrungen 78 im Achsschenkel 74. Gewindebefestigungselemente 80 erstrecken sich durch die Dübel 74 und werden in die Teile mit kleinerem Durchmesser 82 der Bohrungen 78 eingeführt. Die Dübel 74 liefern eine größere Scherfestigkeit für die Befestigung der Kappe 66 am Schenkel 24, als es nur mit den Befestigungselementen 80 möglich ist.
Die Kappe 66 hat einen Schlitz 84, der sich durch die Querbohrung 72 zur Bohrung 68 erstreckt. Wenn das Befestigungselement 80 durch die Bohrung 72 geführt wird, wird der Schlitz 84 verschlossen, wodurch die Kappe 66 den Zapfen 56 festklemmt, um den Kugelzapfen 50 zu fassen und die Drehung des Kugelzapfens 50 zu verhindern.
Die Lenkhebel 26, 28 und die Spurstange 44 weisen sphärische Anordnungen an ihren äußeren Enden auf, um die Kugelteile 52 jedes der Kugelzapfen 50 in üblicher Weise zu umgeben. Die Kugelgelenke ermöglichen es der Spurstange 44 und den Lenkhebeln 26, 28, in drei Freiheitsgraden bezüglich des Achsschenkels 24 zu drehen.
Der Achsschenkel 24 ist pfannenförmig mit einer Aussparung auf der Innenseite, die von Seitenwänden 90 geformt wird, die sich zum Differentialgehäuse 18 erstrecken. Dies erzeugt eine Aussparung 92, in der die Kugelgelenke positioniert werden. Die Wände 90 umgeben die Kugelgelenke auf allen Seiten mit Ausnahme der Innenseite, die dem Differentialgehäuse 18 gegenüberliegt. Dies schirmt die Kugelgelenke gegenüber Schmutz und Matsch ab, der insbesondere von den Vorderreifen 14 geworfen wird.
Die Kugelgelenkeinheiten 40, 42, 46 der vorliegenden Erfindung haben doppelte Zapfen 54, 56 für eine hochfeste Verbindung, während die Größe der Bauteile minimiert wird, um einen maximalen Einbauraum für Lenk-, Aufhängungs- und Antriebsbauteile der Vorderachse 16 zu liefern.
Die Erfindung sollte nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform, sondern nur durch die Ansprüche beschränkt werden.

Claims

Achseinheit für einen Traktor, die Folgendes umfasst: einen Achsschenkel (24); und mindestens ein Kugelgelenk (40, 42, 46), das am Achsschenkel (24) befestigt ist, wobei das Kugelgelenk (40, 42, 46) einen Kugelzapfen (50) mit einem sphärischen Kugelteil (52) und mindestens einem sich davon erstreckenden und mit dem Achsschenkel (24) verbundenen Zapfen (54, 56) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk (40, 42, 46) einen Kugelzapfen (50) mit einem sphärischen Kugelteil (52) und einem Paar am Achsschenkel (24) befestigter, sich einander gegenüberliegend erstreckender Zapfen (54, 56) aufweist, dass die Achseinheit weiterhin drei der Kugelgelenke (40, 42, 46) enthält, wobei die Kugelgelenke (40, 42, 46) ein oberes und ein unteres Kugelgelenk (40, 42) und ein Lenkkugelgelenk (46) umfassen; ein oberer und ein unterer Lenker (26, 28) mit dem oberen und dem unteren Kugelgelenk (40, 42) verbunden sind, um eine Drehachse (48) für den Achsschenkel (24) zu definieren; und eine Lenkspurstange (44) mit dem Lenkkugelgelenk (46) verbunden ist.
Achseinheit nach Anspruch 1, bei der der Achsschenkel (24) eine konkave Innenseite aufweist, in der eine Aussparung (92) ausgebildet ist, in der mindestens einer der Kugelzapfen (50) des Kugellagers (40, 42, 46) angeordnet ist.
Achseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Achseinheit um eine Vorderrad-Achseinheit handelt, die eine mit dem Kugelzapfen (50) verbundene Lenkspurstange (44) umfasst.
Achseinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einem Aufhängungsquerlenker (26, 28), der mit dem Kugelzapfen (50) verbunden ist.
Achseinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein erster Zapfen (56) des Kugelzapfens (50) mit Presspassung in eine Öffnung (60) im Achsschenkel (24) eingefügt ist.
Achseinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein zweiter Zapfen (54) jedes Kugelzapfens (50) durch eine am Achsschenkel (24) befestigte Kappe (66) am Schenkel (24) befestigt ist.
Achseinheit nach Anspruch 6, bei der die Kappe (66) eine Bohrung (68), die den zweiten Zapfen (54) des Kugelzapfens (50) aufnimmt, und ein Paar Öffnungen (70, 72) mit sich dort hindurch und in den Achsschenkel (24) erstreckenden Gewindebefestigungselementen (80) zur Befestigung der Kappe (66) am Achsschenkel (24) enthält.
Achseinheit nach Anspruch 7, bei der die Kappe (66) einen sich durch eine Befestigungselementöffnung (72) und zur Zapfenbohrung (68) erstreckenden Schlitz (84) enthält, wobei die Zapfenbohrung (68) den zweiten Zapfen (54) festklemmt, um eine Drehung des Kugelzapfens (50) bezüglich des Achsschenkels (24) zu verhindern.
Achseinheit nach Anspruch 8, weiterhin mit einem Dübel (74) in den Befestigungselementbohrungen (70, 72) in der Kappe (66), der sich in den Achsschenkel (24) erstreckt.
Achseinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein oberer und ein unter Querlenker (26, 28) an einem Rahmen (18) eines Traktors (10) befestigt sind und sich zur Schwenkbewegung um eine obere bzw. untere Achse für eine Bewegung abgelegener Enden (34, 36) der Querlenker (26, 28) nach oben und nach unten lateral nach außen erstrecken; ein Achsschenkel (24) durch ein oberes bzw. unteres Kugelgelenk (40, 42) an den abgelegenen Enden (34, 36) der Querlenker (26, 28) befestigt ist, um eine Drehachse (48) für den Achsschenkel (24) zu definieren und eine Auf- und Abbewegung des Achsschenkels (24) bezüglich des Rahmens (18) zu gestatten; eine Lenkspurstange (44) durch ein von der Drehachse (48) beabstandetes Lenkkugelgelenk (46) mit dem Achsschenkel (24) verbunden ist, wodurch die Spurstange (44) eine Lenkkraft an den Schenkel (24) anlegen kann, um den Schenkel (24) um die Drehachse (48) zu drehen; und das obere, das untere und das Lenkkugelgelenk (40, 42, 46) jeweils einen Kugelzapfen (50) mit einem sphärischen Kugelteil (52) und einem Paar am Achsschenkel (24) befestigter, sich einander gegenüberliegend erstreckender Zapfen (54, 56) aufweisen.