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Die
Erfindung richtet sich auf eine Knickgelenkanordnung eines Knickgelenkfahrzeuges,
insbesondere eines Radladers, umfassend einen einseitig eingespannten
Kugelzapfen, der in einer einseitig eingespannten Kugelpfanne gelagert
ist, wobei die Kugelpfanne einen im Vorder- oder Hinterwagen gelagerten
Zapfen aufweist.
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Knickgelenkfahrzeuge,
bei denen der Vorderwagen, der üblicherweise
Arbeitswerkzeuge trägt, und
der Hinterwagen, der üblicherweise
das Antriebsaggregat trägt,
mit Hilfe einer Knickgelenkanordnung lenkbar verbunden sind, sind
insbesondere in der Ausgestaltung als Radlader bekannt. Derartige Fahrzeuge
werden häufig
auch in unebenem Gelände
bewegt, so dass eine Pendelbewegung des Knickgelenkes zumindest
in geringen Bereichen erwünscht
ist, damit bei einer Fahrt in unebenem Gelände jeweils alle vier Reifen
von Vorder- und Hinterwagen derartiger Knickgelenkfahrzeuge auf
dem Boden verbleiben. Um dies realisieren zu können, sind unter anderem Knickgelenkanordnungen
entwickelt worden, die zwei vertikal übereinander angeordnete Kugelgelenke
aufweisen. Eine Knickgelenkanordnung eines Knickgelenkfahrzeuges
mit zwei vertikal übereinander
angeordneten Kugelgelenken ist aus der
DE 26 08 352 A1 bekannt.
Diese Gelenkvorrichtung weist einen einseitig eingespannten Kugelzapfen
auf, der in einer konischen Kugelpfanne gelagert ist. Dieser Kugelzapfen
ist vertikal verstellbar angeordnet, so dass gewisse Maßungenauigkeiten
ausgeglichen werden können.
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Häufig kommt
es aber nicht auf die vertikale Verstellbarkeit eines einseitig
eingespannten Kugelzapfens sondern auf eine beim Einbau notwendige
horizontale oder seitliche Verstellbarkeit des einseitig eingespannten
Kugelzapfens bzw. dessen Lagerung an. Von der Firma Schäffer ist
daher eine Knickgelenkanordnung geschaffen worden, bei der ein einseitig
eingespannter Kugelzapfen in einer einseitig eingespannten Kugelpfanne
angeordnet ist, wobei der Zapfen der Kugelpfanne in einer Richtung seitlich
oder horizontal zum Ort der Knickgelenksanordnung an dem Knickgelenkfahrzeug
in einem Bauelement des Hinterwagens angeordnet ist. Dabei ist in
dem Bauteil des Hinterwagens eine Hülse mit einem Innengewinde
vorgesehen, in das der mit einem Außengewinde versehene Zapfen
einer Kugelpfanne eingeschraubt und mit Hilfe einer Kontermutter
festgelegt ist. Hierdurch ist in gewissen Bereichen die Anordnung
des Zapfens der Kugelpfanne in seiner längsaxialen Richtung beim Einbau
variabel einstellbar, es stellen sich während des Betriebes des Fahrzeuges
aber Probleme ein. Die Knickgelenkanordnung ist im Betrieb des Knickgelenkfahrzeuges
erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die dazu führen, dass
Erschütterungen
auf die Gewindeverbindung, aber auch ein erhebliches Biegemoment
auf diese Verbindung ausgeübt
werden. Dies führt
häufig
dazu, dass sich die Kontermutter löst, auch abreißt, und
die Gewindeverbindung damit den Lagerzapfen nicht mehr sicher hält. Die
Knickgelenkverbindung ist dann mechanisch nicht mehr ausreichend
belastbar.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die bei Erhalt
der Variierbarkeit der Einbaulage eine stabilere Verbindung des
Zapfens einer einseitig eingespannten Kugelpfanne mit einem Gelenkfahrzeug
ermöglicht.
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Bei
einer Knickgelenkanordnung der eingangs bezeichneten Art wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Zapfen mittels eines ein Spannelement umfassenden Kegel-Spannsatzes
am Vorder- oder Hinterwagen festgelegt ist.
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Hierdurch
wird eine Verbindung geschaffen, die mechanisch stabiler und dauerhafter
als die bisherige ausgebildet ist, da sie statische, wechselnde und
stoßartige
Kräfte
und Biegemomente gut aufnehmen kann, ohne dass es zu einer Lösung der
Verbindung kommt. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Befestigung
mit einem Kegel-Spannsatz bleibt die Möglichkeit erhalten, vor Festlegung
des Kegel-Spannsatzes
die axiale Lage des festzulegenden Zapfens der Kugelpfanne frei
festlegen zu können. Die
entsprechende Einbaulage kann somit beim Einbauvorgang den notwendigen
Gegebenheiten in einem gewissen Umfang und Spielraum angepasst werden.
Die Befestigung mittels eines Klemm-Spannsatzes bzw. Kegel-Spannsatzes weist darüber hinaus
den Vorteil auf, dass sie lösbar
ist, ohne dass die Nutzbarkeit des damit festgelegten Zapfens der
Kugelpfanne beeinträchtigt
wird. Die Bruchgefahr des Zapfens durch die beim Stand der Technik
aufgrund des Außengewindes
gegebene Kerbwirkung ist nicht mehr vorhanden. Im Reparaturfalle
ist der Kegel-Spannsatz austauschbar und ggf. auch wiederverwendbar.
Auch ist es möglich,
einen Kegel-Spannsatz
mit entsprechender Kugelpfanne als Nachrüstsatz zum Austausch von vorhandenen Kugelpfannenzapfen
mit Gewindeverbindung vorzusehen.
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Eine
besonders zweckmäßige Ausgestaltung
der Erfindung lässt
sich dadurch erreichen, dass das Spannelement einen Druckring oder
Druckflansch mit konischer und/oder kegliger Innenbohrung und einen
den Zapfen klemmend und kraftschlüssig umfassenden Spannring
oder eine Spannhülse
mit konischem und/oder kegeligem Außenumfang umfasst.
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Dabei
ist es besonders zweckmäßig, wenn der
Spannring oder die Spannhülse
geschlitzt ausgebildet ist, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Hierdurch lässt
sich die Presswirkung des Spannringes oder der Spannhülse auf
den Zapfen verbessern.
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Damit
die Selbsthemmung gegeben ist, weisen gemäß Weiterbildung der Erfindung
die konischen Flächen
oder die Kegelflächen
des Spannelementes eine Steigung von kleiner gleich 17° auf. Durch
die geringe Steigung lässt
sich ein kleiner radialer Bauraum, bei gleichzeitig relativ großer Pressfläche realisieren.
Auch ergibt sich dadurch eine geringe axiale Belastung der Bauteile
im Betrieb. Hierbei ist es weiterhin von Vorteil, wenn die konischen
Flächen
oder die Kegelflächen
des Spannelementes eine Rauhigkeit bzw. Rauhtiefe von kleiner gleich
16 μm aufweisen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung lässt sich
dadurch erreichen, dass der Zapfen in einer Öffnung eines Bauteils des Vorder- oder
Hinterwagens gelagert ist und das Spannelement mittels den Druckring
oder Druckflansch durchgreifender Befestigungsmittel, insbesondere
Schrauben, den Zapfen an dem Bauteil festlegt.
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Hierbei
lässt sich
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine besonders gute Möglichkeit
zur Durchführung
der Schrauben durch die Spannelemente dadurch schaffen, dass die
konischen Flächen oder
Kegelflächen
des Spannelementes jeweils zwei durch eine Sprungstufe voneinander
getrennte Bereiche aufweisen, wobei dann gemäß Weiterbildung der Erfindung
zweckmäßigerweise
die Befestigungsmittel durch die Sprungstufe von Druckring oder
Druckflansch und Spannring oder Spannhülse geführt sind.
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Die
den Druckring oder Druckflansch an das jeweilige Bauteil des Vorder-
oder Hinterfahrzeuges unter gleichzeitiger Pressung des Spannringes
oder der Spannhülse
heranziehende Verbindung kann weiterhin dadurch geschaffen werden,
dass gemäß Ausgestaltung
der Erfindung die Schrauben in ein in einer Bohrung im Bauteil des
Vorder- oder Hinterwagens
ausgebildetes Gewinde oder in ein im Spannelement, insbesondere
dem Druckring oder Druckflansch, ausgebildetes Gewinde eingreifen.
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Alternativ
ist es gemäß Weiterbildung
der Erfindung aber auch möglich,
dass das Spannelement mit einer dieses durchgreifenden Schraubenverbindung
an dem Bauteil des Vorder- oder Hinterwagens festgelegt ist, weshalb
die Erfindung auch durch eine das Spannelement durchgreifende Schraubenverbindung
gekennzeichnet ist.
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Eine
besonders gute und für
eine ausreichende mechanische Festigkeit sorgende Verbindung lässt sich
weiterhin dadurch erzielen, dass das Spannelement mittels einer
ungeraden Anzahl an Schraubverbindungen, insbesondere sieben Schraubverbindungen,
den Zapfen am Bauteil des Vorder -oder Hinterwagens festlegt. Diese
insbesondere sieben Schrauben lassen sich kreisringförmig beispielsweise
an dem Druckflansch oder Druckring anordnen. Wichtig ist hier insbesondere
die ungerade Anzahl an Schrauben bzw. Schraubverbindungen.
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Die
erfindungsgemäße Befestigung
des Zapfens einer Kugelpfanne mit Hilfe eines Kegel-Spannsatzes
ermöglicht
es, das dazu notwendige Spannelement entweder außenseitig oder innenseitig
an dem jeweiligen Bauteil des Vorder- oder Hinterwagens, an dem
der Zapfen befestigt werden soll, anzuordnen. Die Erfindung sieht
daher auch vor, dass das Spannelement auf der der Kugelpfanne zugewandten
oder der der Kugelpfanne abgewandten Seite des den Zapfen aufnehmenden
Bauteiles des Vorder- oder Hinterwagens angeordnet ist.
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Die
mit Hilfe des Kegel-Spannsatzes an dem Gelenkfahrzeug befestigte
Kugelpfanne mit darin gelagertem ersten Kugelzapfen ist Bestandteil
einer Knickgelenkverbindung, die zweckmäßigerweise auch noch weitere
Kugelzapfen umfasst. In Weiterbildung zeichnet sich die Erfindung
daher dadurch aus, dass die Knickgelenkanordnung einen zweiten,
in Verlängerung
der Längsachse
des ersten Kugelzapfens vertikal über diesem angeordneten, einseitig eingespannten
Kugelzapfen umfasst.
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Hierbei
umfasst eine besonders vorteilhafte Knickgelenkanordnung darüber hinaus
gemäß Weiterbildung
der Erfindung noch einen dritten, parallel zu dem zweiten Kugelzapfen
angeordneten, ebenfalls einseitig eingespannten Kugelzapfen. Hierbei
ist es dann weiterhin zweckmäßig und
von Vorteil, wenn die Kugeln von zweitem und drittem Kugelzapfen
in jeweils einer von zwei in einem Verbindungsbalken ausgebildeten
Pfannen gelagert sind.
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Insgesamt
besteht die Knickgelenkanordnung des Knickgelenkfahrzeuges erfindungsgemäß dann aus
Teilen, die im Vorderwagen, und Teilen, die im Hinterwagen des Knickgelenkfahrzeuges
angeordnet sind. Die Erfindung sieht daher vor, dass der Zapfen
der Kugelpfanne und der dritte Kugelzapfen in einem Teil von Vorder-
oder Hinterwagen, vorzugsweise dem Hinterwagen, und der erste und
zweite Kugelzapfen im jeweils anderen Teil von Vorder- oder Hinterwagen,
vorzugsweise dem Vorderwagen, angeordnet sind.
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Hinsichtlich
des zu verwendenden Materials hat es sich herausgestellt, dass eine
besondere Langlebigkeit und eine besondere mechanische Stabilität sich dadurch
erreichen lässt,
dass die Kugeln der Kugelzapfen und die Lagerpfannen oder Lagerschalen
der Kugelpfannen aus einem hochlegierten Vergütungsstahl bestehen und der
Zapfen der einseitig eingespannten Kugelpfanne geschmiedet ist.
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Da
sich die Knickgelenkanordnung insbesondere für die Anwendung in/an einem
Knickgelenkfahrzeug eignet, sieht die Erfindung schließlich auch
ein Knickgelenkfahrzeug mit einer Knickgelenkanordnung nach einem
der Ansprüche
1–17 vor.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese
zeigt in
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1 in
schematischer Darstellung ein Knickgelenkfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Knickgelenkanordnung
in Seitenansicht,
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2 das
Knickgelenkfahrzeug nach 1 in Sicht von oben,
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3 in
schematischer Teilschnittseitenansicht eine Seitenansicht einer
ersten Ausführungsform
einer mit einem Kegel-Spannsatz festgelegten Kugelpfanne,
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4 in
schematischer Teilschnittseitenansicht eine Seitenansicht einer
zweiten Ausführungsform
einer mit einem Kegel-Spannsatz festgelegten Kugelpfanne,
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5 in
schematischer Teilschnittseitenansicht eine dritte Ausführungsform
einer mit einem Kegel-Spannsatz festgelegten Kugelpfanne,
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6 in
schematischer Teilschnittseitenansicht eine vierte Ausführungsform
einer mit einem Kegel-Spannsatz festgelegten Kugelpfanne und in
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7 in
schematischer Schnittdarstellung eine Knickgelenkanordnung.
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Die 1 zeigt
ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Knickgelenkfahrzeug, dessen
Vorderwagen 2 und Hinterwagen 3 mit Hilfe einer
Knickgelenkanordnung 4 verbunden sind. Mit Hilfe der Knickgelenkanordnung 4 ist
das Knickgelenkfahrzeug 1 lenkbar, wie sich insbesondere
aus der Aufsicht gemäß 2 ergibt,
die das Knickgelenkfahrzeug 1 in Geradeausfahrposition
mit durchgezogenen Linien und in einer Rechtslenk- und Rechtsfahrposition
zeigt, wobei letztere durch die sich hierbei ergebende und in gestrichelten
Linien gezeichnete Position des Vorderwagens 2 dargestellt
ist. Wie insbesondere aus der 7 ersichtlich
ist, ist das Knickgelenk bzw. die Knickgelenkanordnung 4 als
Pendel-Knickgelenk ausgebildet,
da es insgesamt drei Kugelgelenke 5a, 5b und 5c umfasst.
Die Kugelgelenke umfassen jeweils einen einseitig eingespannten
Kugelzapfen, nämlich
einen ersten Kugelzapfen 6, einen zweiten Kugelzapfen 7 und
einen dritten Kugelzapfen 8. Hiervon sind der erste Kugelzapfen 6 und
zweite Kugelzapfen 7 vertikal koaxial übereinander angeordnet und
sind erster und zweiter Kugelzapfen 6, 7 einerseits
und dritter Kugelzapfen 8 andererseits parallel zueinander
angeordnet. Dabei sind die Zapfenseiten des ersten, zweiten und
dritten Kugelzapfens 6, 7, 8 derart zueinander
ausgerichtet, dass die Zapfen von zweitem und drittem Kugelzapfen 7, 8 auf
den Zapfen von erstem Kugelzapfen 6 ausgerichtet sind,
sich also die Zapfen 7, 8 einerseits und der Zapfen 6 andererseits
gegenüberstehen.
Dabei befinden sich weiterhin zweiter Kugelzapfen 7 und
dritter Kugelzapfen 8 annähernd auf derselben Höhe und sind oberseitig
an der Knickgelenkanordnung 4 angeordnet, wohingegen der
erste Kugelzapfen 6 unterseitig an der Knickgelenkanordnung 4 angeordnet
ist. Die Kugeln 7a und 8a von zweitem und drittem
Kugelzapfen 7, 8 sind in Pfannen 9, 10 eines
die beiden Kugelzapfen 7, 8 verbindenden Tragbalkens
oder Verbindungsbalkens 11 angeordnet. Die Kugel 6a des ersten
Kugelzapfens 6 ist in einer einseitig eingespannten Kugelpfanne 12 angeordnet,
die mit ihrem Zapfen 13 mittels eines Kegel-Spannsatzes 14 in
einer Wandung bzw. einem Bauteil 15 des Hinterwagens 3 des
Knickgelenkfahrzeugs 1 festgelegt ist. Ebenfalls an dem
Hinterwagen 3 des Knickgelenkfahrzeuges 1 ist
der Zapfen des dritten Kugelzapfens 8 festgelegt. Die Zapfen
von erstem Kugelzapfen 6 und zweitem Kugelzapfen 7 sind
hingegen an Bauteilen des Vorderwagens 2 des Knickgelenkfahrzeuges festgelegt.
Aufgrund der Bewegungsmöglichkeiten der
Kugeln 6a, 7a und 8a in den jeweiligen
Pfannen 12, 9 und 10 sind Lenkbewegungen
aber auch Pendelbewegungen möglich,
so dass dadurch insgesamt eine Pendel-Knickgelenkanordnung ausgebildet
ist.
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Wie
aus den 3 bis 6 ersichtlich
ist, besteht der den Zapfen 13 der Kugelpfanne 12 an dem
Bauteil 15 festlegende Kegel-Spannsatz 14 aus einem
Spannelement, das einen Druckring oder Druckflansch 16 und
einen Spannring oder eine Spannhülse 17 umfasst.
Wie von Kegel-Spannsätzen
allgemein bekannt, weist die Innenbohrung 24 des Druckrings
oder Druckflansches 16 innenseitig eine konische oder kegelförmige Innenfläche 25 auf, die
in Anlage mit der gegenkonischen oder gegenkegeligen Außenfläche 26 des
Spannringes oder der Spannhülse 17 gebracht
wird. Durch Aufeinanderschieben der konischen oder kegelförmigen Flächen 25, 26 von
Druckflansch 16 und Spannhülse 17 wird eine Presskraft
erzeugt, die einen klemmenden und kraftschlüssigen Sitz des durch die innere
Kreisöffnung
des Spannringes oder der Spannhülse 17 geführten Zapfens 13 bewirkt.
Damit die konischen Flächen 25, 26 gegeneinanderbewegt
werden, sind Schraubverbindungen vorgesehen, die den Druckring oder
Druckflansch 16 gegen die konische oder Kegelfläche 26 des
Spannringes bzw. der Spannhülse 17 in
Richtung auf das Bauteil 15 zu bewegen. Im Ausführungsbeispiel
nach der 3 sind dazu Schrauben 8 vorgesehen,
die ein Außengewinde
aufweisen, das in das Innengewinde einer im Bauteil 15 ausgebildeten
Bohrung 19 mit Innengewinde eingreifen. Insgesamt sind
kreisringförmig
auf dem Druckring oder Druckflansch 16 sieben Löcher vorgesehen,
durch welche Schrauben hindurchgeführt werden können, die
dann in analog im Bauteil 15 angeordnete Öffnungen 19 mit
Innengewinde eingeschraubt werden. Hierdurch wird dann der Druckring 16 gegen
die Spannhülse 17 bewegt
und fest an das Bauteil 15 herangezogen, wobei gleichzeitig
die Spannhülse 17 fest
auf der äußeren Umfangsfläche des
Zapfens 13 befestigt wird. Insgesamt ergibt sich dadurch
dann eine feste und stabile, insbesondere mechanisch stark beanspruchbare
Befestigung des Zapfens 13 in und an der von diesem durchdrungenen Öffnung 20 des
Bauteiles 15 und damit an dem Bauteil 15. Vor
der endgültigen
Festlegung des Zapfens 13 an dem Bauteil 15 mit
Hilfe des Kegel-Spannsatzes 14 lässt sich der Zapfen 13 in
seiner längsaxialen
Richtung in der in dem Bauteil 15 ausgebildeten Öffnung 20 frei
positionieren und damit seine Einbauposition variabel festlegen.
Von der Ausführungsform
nach der 3 unterscheidet sich die Ausführungsform
nach der 4 dadurch, dass die nicht dargestellte
Verbindung mittels Schrauben nun von der Innenseite des Hinterwagens 3 aus
erfolgt, in dem durch eine gewindelose Öffnung 19a die Schraube
nun in ein Innengewinde aufweisende Bohrungen oder Löcher 21 des
Druckflansches 16 eingeschraubt werden. Außerdem ist
aus diesem Ausführungsbeispiel,
wie auch aus dem Ausführungsbeispiel
nach den 6 und 7 ersichtlich, dass
der Spannring bzw. die Spannhülse 17 geschlitzt
ausgeführt
ist, da nur ein Teilbereich als schraffierte Fläche dargestellt ist. Geschlitzte
Spannringe oder Spannhülsen 17 haben
den Vorteil, dass diese komprimierbarer und besser zusammendrückbar sind
und eine bessere kraftschlüssige
Verbindung mit der Außenumfangsfläche des
Zapfens 13 bewirken. Beim Ausführungsbeispiel nach der 5 sind
nun sowohl im Bauteil 15 als auch im Druckflansch 16 Öffnungen
oder Bohrungen oder Löcher 19a und 21a ausgebildet,
die kein Innengewinde aufweisen. In diesem Falle erfolgt die Verbindung
dieser Elemente durch Schraubverbindungen, die außerhalb
dieser Bauteile Gewindeabschnitte aufweisen und beispielsweise durch
das Aufschrauben von Muttern auf Gewindestangen die notwendige Befestigung
ermöglichen.
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Die 6 zeigt
nun eine Ausführungsform, bei
welcher der Kegel-Spannsatz 14 auf der Innenseite d.h.
der dem Hinterwagen zugewandten Seite des Bauteiles 15 angeordnet
ist. Dabei sind in dem Druckring oder Druckflansch 16 Bohrungen 21 mit
Innengewinde vorgesehen, so dass die Schrauben 8 von derselben
Seite wie in 3, d.h. der Außenseite
des Bauteils 15 bzw. des Hinterwagens 3, in die kein
Innengewinde aufweisenden Öffnungen 19a des Bauteiles 15 und 22 des
Spannringes bzw. der Spannhülse 17 eingeführt werden.
Eine weitere Besonderheit ist die von den Öffnungen 21 und 22 durchdrungene
und jeweils im Druckflansch 16 und in der Spannhülse 17 ausgebildete
Sprungstufe 23, mit Hilfe welcher sich in den Kegelflächen von
Druckflansch 16 und Spannhülse 17 jeweils durch
diese Sprungstufe 23 ausgebildete getrennte Bereiche A und
B ergeben.
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Die
konischen Flächen 25, 26 des
Spannelementes 16, 17 weisen eine Steigung ≤ 17° auf und liegen
somit im Bereich der Selbsthemmung. Die Rauhigkeit bzw. Rauhtiefe
dieser Flächen 25, 26 beträgt ≤ 16 μm.