DE2229333C2

DE2229333C2 - Kupplung zur schwenkfähigen Verbindung von Vorder- und Hinterteil eines Gelenkfahrzeugs

Info

Publication number: DE2229333C2
Application number: DE2229333A
Authority: DE
Inventors: Rodney Hugh Naperville Ill. Anderson
Original assignee: Caterpillar Tractor Co 61629 Peoria Ill; Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1971-06-14
Filing date: 1972-06-13
Publication date: 1984-02-09
Also published as: US3773129A; BE784884A; CA957284A; DE2229333A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung zur schwenkfähigen Verbindung von Vorder- und Hinterteil eines Gelenkfahrzeugs gemäß Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine solche Kupplung ermöglicht eine Gelenkbewegung um eine allgemein senkrechte Schwenkachse und ein Schwingen der beiden Fahrzeugteile gegeneinander um eine in Längsrichtung des Fahrzeugs gehende Achse. Eine dem Gattungsbegriff entsprechende Kupplung ist in der CH-PS 4 63 970 dargestellt, die ein Geländefahrzeug betrifft, das zusätzlich zu der Verschwenkung der Fahrzeugteile gegeneinander um eine Längs- und eine senkrechte Achse noch die Schwenkbarkeit, d. h. eine Gelenkverbindung, um eine Querachse, vorsieht, wobei der vordere und der hintere Abschnitt des Fahrzeugs gesonderte Antriebe aufweisen. Der hohlzylindrische Teil als wesentliches Verbindungselement ist in diesem Fall verhältnismäßig lang und schlank ausgebildet und wird im hinteren Fahrzeugabschnitt in zwei Querschotten gehalten, die aufeinander ausgerichtete Bohrungen gleichen Durchmessers aufweisen. Dieses Rohr ist am vorderen Ende mit einer senkrechten Gabel versehen, in der ein senkrechter Schwenkzapfen angeordnet ist, der eine große, an ihren äußeren Enden mit aufeinander ausgerichteten, waagerechten Schwenkzapfen versehene Gabel trägt Diese bekannte Kupplung ist allein im Hinblick auf die Gewährleistung der Schwenkbewegungen konstruiert. Bei der Verwendung in Arbeitsfahrzeugen dürften sich Schwierigkeiten mit Bezug auf den Zusammenbau, Wartungsarbeiten und auch auf die Kraftübertragung ergeben, die bei dieser bekannten Konstruktion nicht vorgesehen ist.

In der US-PS 35 27 315 ist ein Gelenkfahrzeug beschrieben, dessen vorderer Fahrzeugabschnitt mit einem Planierschild ausgerüstet ist, der aufgrund der Verschwenkbarkeit um eine senkrechte Achse an der Kupplung zwischen vorderem und hinterem Fahrzeugabschnitt und um eine Längsachse im Bereich der Vorderräder für Planierarbeiten in unebenem Gelände besonders geeignet sein solL Durch die Trennung der Schwenkung um die senkrechte und die waagerechte Achse und die Aufteilung dieser Schwenkbewegungen auf auseinanderliegende Gelenke ergeben sich zumindest von der Herstellung und der Wartung aus erhebliche Nachteile. Da der Planierschild zwischen Vorder- und Hinterachse vor der lediglich eine Schwenkung um eine senkrechte Achse gestattenden Kupplung angeordnet ist, ist für den Allradantrieb auch eine sehr lange, mit mehreren Gelenken verbundene Antriebswelle erforderlich, die durch das zweigeteilte senkrechte Schwenkgelenk hindurchgeht Diese lange Antriebsverbindung, die durch die Aufteilung der Schwenkbewegungen auf die Kupplung und die Vorderachse und die Anordnung des Planierschildes zwischen Vorder- und Hinterachse bedingt ist, bedeutet, daß nur mit verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten gearbeitet und die Geschwindigkeit nur langsam geändert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß an der Kupplungsseite die Fahrzeugteile trotz der Beweglichkeit einfach und stabil verbunden sind, und zwar einfach im Sinne einer für Herstellung und Wartung wesentlichen einfachen Montage und Demontage. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kupplung mit den Merkmalen des Patentanspruches geschaffen.

Die erfindungsgemäße Kupplung zeichnet sich dadurch aus, daß wenige und verhältnismäßig einfach geformte Teile eine gedrängt gebaute Kupplungseinheit bilden, die trotz guter Stabilität und Gelenkeigenschaften verhältnismäßig wenig Platz einnimmt Der als Lagerzapfen dienende hohlzylindrische Teil kann verhältnismäßig kurz und mit großem Durchmesser ausgebildet werden. Die zusätzliche Lagerung des Antriebswellenzuges in dem hohlzylindrischen Teil der Kupplung gestattet, die Antriebswelle entsprechend kurz auszuführen, so daß zumindest von dieser Seite her die Fahrgeschwindigkeiten nicht eingeschränkt zu werden brauchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Fahrzeuges, das zwei durch eine Kupplungseinrichtung verbundene Teile aufweist

F i g. 2 die Draufsicht auf die Kupplung entsprechend einem Schnitt entlang der Linie H-Il der Fig. 1 zur besseren Veranschaulichung des Baues der Kupplung, während die Fahrzeugteile nur bruchstückartig dargestellt sind,

F i g. 3 den Schnitt entlang der Linie III-lll der F i g. 2,

F i g. 4 eine Teilansicht der Kupplungsanordnung und eines der Fahrzeugabschnitte entsprechend dem Schnitt entlang der Linie IV-IV der F i g. 1 und

F i g. 5 eine der F i g. 1 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Kupplung.

Eine Kupplungsanordnung ist in F i g. 1 in Anwendung auf ein Langholz Fahrzeug 11 dargestellt. Das Fahrzeug 11 weist einen vorderen Abschnitt 12 und einen hinteren Abschnitt 13 auf, die mittels einer Kupplungsanordnung 14 verbunden sind. Die Kupplung 14 in Verbindung mit den zwei Fahrzeugabschnitten 12 und 13 ermöglicht eine Gelenkbewegung des Fahrzeugs

um eine senkrechte Mittelachse 16 und gestattet ferner eine relative Schwingung zwischen den zwei Fahrzeugabschnitten um eine waagerechte Achse des Fahrzeugs, wie noch erlädtert wird. Der vordere Fahrztagabschnitt

12 und der hintere Fahrzeugabschnitt 13 laufen auf Rädern 17. Ein Motor 18 zum Antrieb der Räder und zur

', Lieferung der Arbeitskraft für das Fahrzeug ist auf dem vorderen Abschnitt 12 angeordnet Eine Fahrerkabine 19 ist ebenfalls auf dem vorderen Fahrzeugabschniti 12 der Kupplung 14 nahe benachbart angeordnet

Der hintere Fahrzeugabschnitt 13 ist so gebaut daß er die Hauptlast des Fahrzeugs abstützt Der hintere Fahrzeugabschnitt 13 trägt einen Langholzbogen 21 und eine Winde 22, die durch den Motor 18 über eine Antriebsanordnung 23 angetrieben wird Obwohl die Langholz-Vorrichtungen, die auf dem Hinterabschnitt

13 angeordnet sind, für das Fahrzeug die hauptsächlich ■ mit der Last in Verbindung tretenden Geräte bilden, können auch zusätzliche Geräte am vorderer Fahrzeugabschnitt angeordnet werden, z. B. eine Bulldozer-

t¹. Schaufel 24. Das Fahrzeug wird mittels Hydraulikzylindern 26 gesteuert deren Anordnung weiter unten im

^P. einzelnen beschrieben wird.

Das Fahrzeug ist zum Vierrad-Antrieb durch den

ί^ι Motor 18 eingerichtet der mit einem Getriebe 27 versehen ist Eine Antriebswellenanordnung 28 er-

s \ streckt sich zwischen dem Getriebe 27 und einem ' Differential 29 für die Räder des vorderen Fahrzeugabschnittes. Das Getriebe 27 ist auch in einer noch zu erläuternden Weise mit einer zusätzlichen Antriebswellenanordnung 31 gekoppelt die mit einem Differential 32 für die Räder des hinteren Fahrzeugteiles 13 verbunden ist

Die Kupplung 14, siehe die F i g. 2 und 3, enthält ein ringförmiges Kupplungsglied 41, das einen zylindrischen Abschnitt 42 aufweist, der mittels Lagern 43 und 44 wie ein Achszapfen innerhalb einer Bohrung 46 gelagert ist, die durch ein Zapfengehäuse 47 gebildet wird, das am hinteren Fahrzeugabschnitt 13 befestigt ist. Die dadurch gebildete Achszapfenanordnung zwischen dem Kupplungsglied 41 und dem hinteren Fahrzeugteil 13 bildet die Längsachse, um die eine Relativschwingung der beiden Fahrzeugabschnitte auftritt. Diametral gegenüberliegende, senkrecht ausgerichtete Halterungen 48 und 49, siehe F i g. 3, sind einteilig mit dem Kupplungsglied 41 ausgebildet und stellen eine Schwenkverbindung mit entsprechend gabelförmigen Halterungen 51 und 52 am vorderen Fahrzeugabschnitt 12 her. Damit wird eine senkrechte Gelenkachse gebildet, die auch in Fig. 1 bei 16 dargestellt ist. Ein zweites Paar diametral gegenüberliegender Halterungen 53 und 54 ist ebenfalls einteilig am Kupplungsglied 41 angeformt und gegenüber den Halterungen 48 und 49 versetzt, um eine Schwenkverbindung mit Steuerzylindern 26, siehe F i g. 2, herzustellen.

Ein besonderer Antriebswellenabschnitt 56 ist innerhalb des Kupplungsgliedes 4i mittels Lagern 57 und 58 angeordnet. Ein Ende der Antriebswelle 56 ist mittels einem Paar Kardangelenken 61 und 62 und einem Zwischenstück 63 an einer Antriebswelle 64 befestigt, die im vorderen Fahrzeugabschnitt 12 mit dem Getriebe 27 gekoppelt ist. Das andere Ende der Antriebswelle 56 ist mittels einem Universalgelenk 66 mit einer Antriebswelle 67 gekoppelt, die einen Teil der Antriebswellenanordnung 31 für das hintere Differential 32, siehe Fig. 1, bildet. Die Anordnung der mittleren Antriebswelle 56 in Lagern innerhalb des Kupplungsgliedes 41 erleichtert den Betrieb der gesamten Antriebsanordnung für die Hinterräder mit verhältnismäßig hohen Drehzahlen. -

Ferner trägt die gesonderte Anordnung der Antriebswelle 56 innerhalb des Kupplungsgliedes 41 zu der Ausführung der Kupplungsanordnung als Baueinheit 14 bei. Zum Beispiel kann die Kupplungsanordnung 14 für sich zusammengesetzt werden, wobei die Welle 56 in dem Kupplungsglied 41 auf den Lagern 57 und 58 richtig angeordnet wird Die Kupplung wird dann einfach mit in dem hinteren Fahrzeugteil dadurch gekuppelt daß der zylindrische Teil 42 des Kupplungsgliedes in das Trägergehäuse 47 für das Lager eingeführt wird. Die verschiedenen Halterungen am Kupplungsglied können dann mit den Halterungen 51 und 52 des vorderen Fahrzeugabschnittes bzw. den hydraulischen Steuerzylindein 26 durch Bolzen verbunden werden. Die Antriebswelle 56 kann auch mit den Antriebswellen 64 und 67 mit Hilfe der Gelenke 61 und 66 gekoppelt werden, um die Verbindung der Kupplung zwischen den 2« Abschnitten des Fahrzeuges zu vervollständigen.

Zur weiteren Erleichterung des Zusammenbaus der Kupplung 14 mit dem hinteren Fahrzeugabschnitt 13 sind die Außenfläche 71 des zylindrischen Abschnittes 42 und die Bohrung 46 abgestuft, so daß das Lager 43 2ϊ etwas größer im Durchmesser als das Lager 44 sein kann. Dadurch wird die Anordnung des Kupplungsgliedes 41 innerhalb des Gehäuses 47 erleichtert. Eine Halteplatte 72 ist am hinteren Ende des Kupplungsgiiedes 41 befestigt, um das Kupplungsglied 41 innerhalb ίο des Gehäuses 47 in die richtige Lage zu bringen und die richtige Vorbelastung für die Lager 43 und 44 herzustellen. Es ist zu beachten, daß beide Lager 43 und 44 verhältnismäßig großen Durchmesser haben, so daß sie verhältnismäßig eng nebeneinander gesetzt werden können und für eine angemessene Abstützung des Kupplungsgliedes 41 innerhalb des hinteren Fahrzeugteiles 13 zu sorgen. Weiter tragen sie ebenfalls zur gedrängten Bauweise der Kupplungsanordnung 14 bei. Dichtungen 73 sind auf gegenüberliegenden Enden des Zylinderabschnittes 42 des Kupplungsgliedes angeordnet, um zu verhindern, daß Schmutz oder andere Fremdstoffe in die Lager 43 und 44 bzw. 57 und 58 eindringen können.

Das Kupplungsglied 41 ist auch einteilig mit Anschlagflächen ausgebildet, um die relative Schwenkbewegung der beiden Fahrzeugteile und die Schwingungsbewegung zwischen diesen zu beschränken. Wie F i g. 2 und 4 zeigen, weist jede Halterung 53 und 54 eine Anschlagfläche 76 auf, die über den Anschlagblöcken 77 und 78 des hinteren Fahrzeugrahmens 13 liegen, wenn die Kupplung richtig in das Fahrzeug eingebaut ist. Das Zusammenwirken der Anschlagflächen 76 mit den Anschlagblöcken 77 und 78 führt dazu, eine Schwingungsbewegung in beiden Richtungen zwischen den Rahmen zu beschränken. Um in gleicher Weise die Gelenkbewegung zwischen den Rahmenabschnitten zu beschränken, sind zusätzliche Anschlagflächen 81 an den Halterungen 53 und 54 ausgebildet. Die Anschlagflächen 81 sind zum Rahmenabschnitt 12 zum Zusammenwirken mit Anschlagplatten 82 und 83 gekehrt, wodurch die Gelenkbewegung zwischen den Rahmenabschnitten insbesondere dann beschränkt wird, .venn das Fahrzeug in der einen oder anderen Richtung dreht.

f>5 Es ist insbesondere noch vorgesehen, daß eine mechanische Antriebskupplung zum direkten Antrieb der Winde 22 vom Motor 18, siehe F i g. 1, vorhanden ist. Der für diesen Zweck vorgesehene Antriebszug 23

erleichtert auch die gedrängte, einheitliche Bauweise der Kupplung 14, während die Beanspruchungen innerhalb des Geräteantriebszuges 23 während des Einsatzes des Fahrzeuges verringert werden. Gehäuse 91 und 92, siehe F i g. 1 und 3, sind auf dem Kupplungsglied 41 bzw. dem vorderen Rahmen 12 angeordnet. Eine mittlere Antriebswelle 93 ist zusammen mit Universalgelenken 94 und 96 an beiden Enden zwischen den Lagergeliiäusen 91 und 92 angeordnet. Eine gesonderte Antriebswellenanordnung 97 einschließlich eines Universalgelenkpaares ist zwischen dem Gehäuse 91 und der Winde 22 angeordnet, wobei eine weitere Antriebswellenanordnung 97 auf dem vorderen Fahrzeugabschnitt 12 eingesetzt wird, so daß die verschiedenen Antriebszugbestandteile, wie oben erwähnt, den Motor 18 oder einen vom Motor getriebenen Teil mit der Winde 22 kuppeln. Die Antriebswelle 93, siehe F i g. 3, bildet eine Teleskopverbindung. Daher wird bei Schwenkung des Fahrzeugs nur der Teil des Antriebszuges 23 zwischen den Gehäusen 91 und 92 einer Biegebeanspruchung ausgesetzt. Bei Schwingungen unterliegt nur die Antriebswellenanordnung 97 Biegebeanspruchungen.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig.5 veranschaulicht, in der eine Kupplung gezeigt wird, die mit ähnlichen Bestandteilen zwischen in ähnlicher Weise schwenkfähigen Abschnitten eines Fahrzeugs angeordnet ist. Dementsprechend sind zahlreiche Teile des Fahrzeugs und der Kupplung, siehe Fig.5, mit den gleichen Bezugszeichen, wie in den F i g. 1 bis 4 verwendet, unter Beifügung eines Striches bezeichnet Der Hauptunterschied zwischen den zwei Ausführungsformen ist der, daß in Fig.5 die Längs- oder Schwingungsachse innerhalb des vorderen Fahrzeugabschnittes 12' angeordnet ist während die senkrechte oder Schwenkungsachse 16' zwischen dem Kupplungsglied 14' und dem hinteren Fahrzeugabschnitt 13' ausgebildet ist. Die verhältnismäßig kurze Lagerbreite zum Abstützen des Kupplungsgliedes 41' innerhalb des vorderen Fahrzeugabschnittes 12' ist in dieser Ausführungsform besonders wichtig, da wegen der Anordnung des Motors und des Getriebes auf dem vorderen Fahrzeugabschnitt nur beschränkt Raum verfügbar ist. Diese Ausführungsform kann auch dazu benutzt werden, um die Stabilität des Fahrzeugs noch weiter zu verbessern, was durch die relative Anordnung der senkrechten Schwenkungsachse und der waagerechten Schwingungsachse ermöglicht wird.

Bei Berücksichtigung dieses Merkmales muß auch beachtet werden, daß wegen der Anordnung des Motors, des Getriebes und anderer Antriebskomponenten auf dem vorderen Fahrzeugabschnitt 12' das Gewicht dieses Abschnittes größer als das des hinteren Fahrzeugsabschnittes wenigstens dann ist, wenn das Fahrzeug nicht eine äußere Last aufnimmt. Es ist hauptsächlich vorgesehen, daß eine äußere Last auf den hinteren Fahrzeugabschnitt 13' z. B. über den Bogen 21' einwirkt. Es ist festgestellt worden, daß eine solche, auf den hinteren Abschnitt 13' einwirkende Last den vorderen Fahrzeugabschnitt 12' vom Boden abzuheben sucht, besonders, wenn die waagerechte Schwingungsachse zwischen der senkrechten oder Schwenkungsach- se und der äußeren, am Fahrzeug angreifende Last liegt Dieser Umstand kann insbesondere dann eintreten, wenn das Fahrzeug sich dreht, während es einer solchen äußeren Belastung unterworfen ist Bei Anordnung der waagerechten Achse nach Fig.5 sucht das volle Gewicht des vorderen Fahrzeugabschnittes 12' zu verhindern, daß dieser Abschnitt vom Boden abgehoben wird. Außerdem kann bei der in F i g. 5 gezeigten Anordnung der vordere Fahrzeugabschnitt 12' noch um die Längsachse schwingen und einem unebenen Boden

z. B. selbst dann folgen, wenn das Fahrzeug sich dreht und eine beträchtliche äußere Last auf seinem hinteren Abschnitt trägt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:,

Kupplung zur schwenkfähigen Verbindung von Vorder- und Hinterteil eines Gelenkfahrzeugs mit einem hohlzylindrischen Teil, der in zwei koaxialen, mit Abstand hintereinander an dem einen Fahrzeugteil befestigten Lagern um eine der Fahrzeuglängsachse entsprechende Achse schwenkbar gehalten ist, und mit zwei Paaren von jeweils einander gegenüberliegenden Halterungen, die starr mit dem hohlzylindrischen Teil verbunden sind und von denen das eine Paar eine Gabel für den die senkrechte Schwenkachse bildenden Gelenkzapfen bildet, der schwenkfähig von dem an dem anderen Fahrzeugteil festen Elementen umfaßt ist, und daß is andere Paar in der Waagerechten beiderseits der Längsachse liegenden Halterungen für die Lenkmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der an einem ringförmigen Kupplungsglied (41) ausgebildete, hohlzylindrische Teil (42) mit einer abgestuften Mantelfläche und eine die Lager (43 und 44) haltende Bohrung (46) eines Zapfengehäuses (47) mit entsprechender Abstufung versehen ist, so daß das dem Gelenkzapfen (16) zunächst liegende Lager (43) einen größeren Durchmesser als das andere (44) hat, und daß in der Bohrung des hohlzylindrischen Teiles (42) ein an beiden Enden gelenkig (Kardangelenk 61 und 66) angeschlossener Abschnitt (56) eines Antriebswellenzuges (64,63 bzw. 67) gelagert (Lager 57 und 58) ist.