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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Arbeitsfahrzeuge,
wie beispielsweise einen Landwirtschaftstraktor. Im Besonderen betrifft
die Erfindung eine verbesserte mechanische Vorderradantriebsachse
für ein
Fahrzeug.
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Vorderradangetriebene
Arbeitsfahrzeuge, wie beispielsweise Landwirtschaftstraktoren, sind
oft schwierig durch die in schmalen Reihen auf einem angebauten
Getreidepflanzen zu manövrieren.
Die Manövrierbarkeit
ist infolge der Achsenkonstruktion und den zur Drehmomentbeaufschlagung
auf die Vorderräder
notwendigen Konfiguration eingeschränkt. Zahlreiche dieser Arbeitsfahrzeuge
umfassen mechanische Vorderradantriebe, die größere Reifen benötigen. Aufgrund
der größeren Reifen
und der Konstruktion des Traktors sind diese Arbeitsfahrzeuge nicht
in der Lage, Kurven mit kleinerem Radius zu fahren, da der Winkel,
in dem die Vorderräder
gedreht werden können,
eingeschränkt
ist.
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Es
wurden mehrere Versuche unternommen, die Manövrierbarkeit von Arbeitsfahrzeugen
mit mechanischem Vorderradantrieb zu verbessern. Ein früherer Versuch
stellt einen Landwirtschaftstraktor mit mechanischem Vorderradantrieb
bereit, der Vorderräder
mit großem
Nachlaufwinkel umfasst. Der große Nachlaufwinkel
ermöglicht
dem Rad sich unter den Traktor hinein zu neigen, wenn der Traktor
eine Kurve fährt.
Diese Anordnung ermöglicht
dem Traktor das Fahren von Kurven mit kleinerem Radius, jedoch werden
schärfere
Kurven noch immer durch die behindernde Einwirkung des Lenkzylinders
auf das Achsengehäuse
eingeschränkt.
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In
einem weiteren Versuch, die Manövrierbarkeit
zu verbessern, wird ein Fahrzeug bereitgestellt, in dem sowohl die
Drehachse der Antriebswelle als auch die Eingangswelle für die Achse
mit der Mittellinie der Fahrzeugschwingungen fluchten, um das Lenkspiel
des Fahrzeugs zu vergrößern. Das
Anheben des maximalen Lenkwinkels wird jedoch noch immer von der
störenden
Einwirkung des Rads auf den Lenkzylinder oder des Lenkzylinders
auf das Achsengehäuse
behindert.
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Das
U.S.-Patent Nr. 4.718.686 offenbart, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 eine Steueranordnung, in der ein Aktuator eingesetzt wird, der zwischen
zwei Lenkhebellagern auf dem entsprechenden Radnabenantriebsgehäuse oder
Radnabe getragen wird, dessen Kolbenstangen zu einer beidseitigen
Bewegung nach außen
auf eine längsgerichtete
starre Weise fähig
sind.
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Angesichts
der zuvor erörterten
Schwierigkeiten wäre
es wünschenswert,
eine Antriebsachse bereitzustellen, die die Lenkwinkel des Fahrzeugs vergrößert, um
dem Fahrzeug das Fahren von Kurven mit engerem Radius zu ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Antriebsachse bereit, die die
Lenkwinkel des Fahrzeugs verbessert. Die Erfindung umfasst ein Antriebswellengehäuse gemäß Anspruch
1, das eine Achsenwelle umhüllt.
Das Antriebswellengehäuse
weist eine darin ausgebildete Vertiefung auf. Die Vertiefung ermöglicht einem
Aktuator, näher
zur Achsenwelle positioniert zu sein, indem ein Abschnitt des Aktuators in
der Vertiefung angeordnet ist.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die lenkbare Antriebsachse ein Lager, ein Antriebswellengehäuse und
zumindest eine Achsenwelle. Ein Abschnitt der Achsenwelle ist im
Achsenwellengehäuse drehbar
vom Lager getragen. Die lenkbare Antriebsachse umfasst weiters eine
Radantriebswelle, eine Radlagerhalterung und eine Radlageranordnung.
Die Radantriebswelle wird von der Radlageranordnung in der Radlagerhalterung
drehbar gelagert. Eine Winkelantriebsanordnung verbindet die Achsenwelle
mit der Radantriebswelle. Eine Gelenkanordnung legt das Antriebwellengehäuse schwenkbar
an der Radlagerhalterung fest, sodass der Winkel zwischen der Antriebs-
und der Achsenwelle durch Schwenken der Gelenksanordnung relativ
zum Antriebswellengehäuse
in einem Bereich von Drehwinkeln variiert werden kann. Letztendlich
umfasst die steuerbare Antriebsachse einen Aktuator, der zwischen
dem Antriebswellengehäuse
und der Gelenksanordnung gekoppelt ist. Ein Abschnitt des Aktuators
ist in der Vertiefung des Antriebswellen gehäuses angeordnet, wenn die Gelenksanordnung
relativ zum Gehäuse
in zumindest einem Abschnitt des Bereichs von Drehwinkeln geschwenkt
wird.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
wird ein Antriebswellengehäuse
für eine
steuerbare Antriebsachse bereitgestellt. Die steuerbare Antriebsachse
umfasst ein Ausgleichsgetriebe, das in einem Ausgleichsgetriebegehäuse angeordnet
ist. Das Ausgleichsgetriebe verfügt über eine
Eingangswelle und eine Antriebswelle, die sich vom Ausgleichsgetriebe
aus erstrecken. Eine Gelenksanordnung verbindet die Antriebswelle
mit einer Radantriebswelle. Die steuerbare Antriebsachse umfasst
weiters einen schwenkbar mit der Gelenksanordnung gekoppelten Lenkzylinder.
Das Antriebswellengehäuse
der steuerbaren Antriebsachse weist ein erstes Ende, das angepasst
ist, um am Ausgleichsgetriebegehäuse
angebracht zu werden, und ein zweites Ende, das angepasst ist, um
an der Gelenksanordnung angebracht zu werden, auf. Das Antriebswellengehäuse weist
ein darin ausgebildetes Längsloch
auf, das sich von ersten Ende bis zum zweiten Ende erstreckt und das
angepasst ist, um die Antriebswelle aufzunehmen. Zusätzlich umfasst
das Antriebswellengehäuse eine
zwischen dem ersten und dem zweiten Ende angeordnete Außenwand.
Die Außenwand
weist eine Vertiefung auf, die so konfiguriert ist, um einen Abschnitt
des Lenkzylinders aufzunehmen, wenn der Lenkzylinder am Antriebswellengehäuse angebracht wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird ein Allrad-Arbeitsfahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst
einen Motor, der ein Getriebe antreibt. Der Motor ist mit der Vorder-
und Hinterachse des Fahrzeugs gekoppelt. Jede Achse umfasst eine
Eingangswelle, die an einem Ende mit dem Getriebe und am anderen
Ende mit einem Ausgleichsgetriebe gekoppelt ist. Eine Antriebswelle
erstreckt sich vom Ausgleichsgetriebe einer jeden Achse. Die Antriebswelle
umfasst eine Gelenksanordnung, die drehbar ein Rad des Fahrzeugs
trägt.
Die Antriebswelle ist in einem Antriebswellengehäuse angeordnet, welches über eine äußere Oberfläche mit
einer darin ausgebildeten Vertiefung verfügt. Jede Achse umfasst zudem einen
Lenkzylinder, der schwenkbar mit der Gelenksanordnung und dem Antriebswellengehäuse gekoppelt
ist. Ein Abschnitt des Lenkzylinders ist in der Vertiefung des Antriebswellengehäuses angeordnet, wenn
der Lenkzylinder mit dem Antriebswellengehäuse gekoppelt wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen klarer verständlich,
in denen gleiche Referenzzahlen gleiche Teile bezeichnen und in
denen:
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1 eine
schematische, perspektivische Vorderansicht eines Landwirtschaftstraktors
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
schematische Darstellung des in 1 gezeigten
Traktors ist;
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3 eine
Draufsicht einer mechanischen Vorderradantriebsachse des Traktors
entlang der Linie 3-3 in 1 ist;
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4 eine
Hinteransicht der Vorderachse entlang der Linie 4-4 in 3 ist;
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5 eine
Draufsicht der rechten Seite der Vorderachse im Allgemeinen entlang
der Linie 5-5 in 3 ist und das Rad vollständig nach
rechts eingeschlagen zeigt;
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6 eine
Draufsicht der rechten Seite der in 5 gezeigten
Vorderachse mit dem vollständig nach
links eingeschlagenen Rad ist;
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7 eine
Querschnittsansicht der Vorderachse im Allgemeinen entlang der Linie
7-7 in 5 ist;
und
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8 eine
Querschnittsansicht der rechten Seite der in 5 gezeigten
Vorderachse ist.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und im Allgemeinen mit Verweis auf
die 1 und 2 umfasst ein Arbeitsfahrzeug,
wie beispielsweise ein Landwirtschaftstraktor, der mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet
ist, eine an die Vorderräder 14 gekoppelte
Vorderachse 12 und eine an die Hinterräder 18 gekoppelte
Hinterachse 16. Ein Bremsensatz 17 ist auf der
Hinterachse 16 zum Bremsen der Hinterräder 18 bereitgestellt.
Ein Motor 20 stellt durch ein Getriebe 22 und
ein Ausgleichsgetriebe 24 Kraft zum Antreiben der Hinterräder 18 bereit.
Ein Ausgleichsgetriebe 24 ermöglicht den Hinterrädern 18 das
Drehen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Zudem können Kraftübertragungselemente
(nicht dargestellt) mit dem Motor 20 und dem Getriebe 22 gekoppelt
sein, um einen Anhänger 26,
wie beispielsweise einen Anhänger
zur Bodenbearbeitung, anzutreiben oder um Hilfsfunktionen auszuführen.
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Die
Vorderräder 14 des
Fahrzeugs 10 sind steuerbar und werden gegebenenfalls selektiv
angetrieben. Ist zusätzliche
Traktion vonnöten,
so kann der Motor 20 gegebenenfalls selektiv mit den Vorderrädern 14 gekoppelt
werden. Die Vorderräder 14 sind mit
dem Motor 20 über
das Getriebe 22 und einen Triebstrang einschließlich Vorgelege 28 gekoppelt.
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Die
Vorderräder 14,
die in 3 mit gestrichelten Linien dargestellt sind, sind
mit der Vorderachse 12 gekoppelt. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorderachse 12 eine mechanische Vorderradantriebs(MFD)-Achse
mit einem MFD-Ausgleichsgetriebe 30 (4).
Der Triebstrang, der die Vorderräder 14 mit
dem Motor 20 koppelt, umfasst ebenfalls eine MFD-Eingriffsanordnung 29.
Die MFD-Eingriffsanordnung 29 ist
gegebenenfalls von einem Typ, der bei den Traktoren der 8900-Serie,
hergestellt von Case Corporation, bereitgestellt ist. Das MFD-Ausgleichsgetriebe 30,
das dem Ausgleichsgetriebe 24 ähnlich ist, ermöglicht den
Vorderrädern 14 ein
Drehen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Das MFD-Ausgleichsgetriebe 30 ist
einem Ausgleichsgetriebegehäuse 32 untergebracht
und verfügt über eine
Eingangswelle 34. Die Eingangswelle 34 überträgt die Kraft
vom Motor 20 und dem Getriebe 22 auf die Vorderräder 14.
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Wie
in den 3–6 und 8 dargestellt
ist, erstrecken sich von der rechten und der linken Seite des MFD-Ausgleichsgetriebe 30 Antriebswellengehäuse 38.
Der Einfachheit halber konzentriert sich die übrige Beschreibung der Vorderachse 12 auf
die rechte Seite. Die linke Seite der Vorderachse 12 umfasst
dieselben Komponenten und ist ein Spiegelbild der rechten Seite.
Je nach Anwendungszweck und zum Steuern der Räder 14 benötigten Kräften sind
Lenkzylinder 52 nicht notwendigerweise an beiden Seiten
vonnöten.
Somit kann eine Seite des Gehäuses 38 gegebenenfalls
nicht zur Aufnahme eines Lenkzylinders oder Aktuators konfiguriert sein.
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Eine
sich entlang der Vorderachse 12 erstreckende Spurstange 53 ist
schwenkbar mit Hebeln 51 verbunden, die von den Gelenksanordnungen 42 vorstehen,
die rechts und links vom MFD-Ausgleichsgetriebe 30 angeordnet
sind. Die Spurstange 53 hält ein Winkelverhältnis zwischen
den Rädern 14 aufrecht.
Je nachdem wie die Fluidströmung
durch die Lenkzylinder 52 gesteuert wird, könnten Fluidsteueranordnungen
zur ausreichend präzisen
Steuerung der zwei Aktuatoren 52 eingesetzt werden, um
die Notwendigkeit von Spurstangen 53 aufzuheben.
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Das
Antriebswellengehäuse 38 umhüllt eine Achsenwelle 36,
die sich vom MFD-Ausgleichsgetriebe 30 aus
erstreckt. Die Achsenwelle 36 wird durch ein Lager 40 im
Inneren des Antriebswellengehäuses 38 drehbar
gelagert (8). Das Antriebswellengehäuse 38 ist
an einem Ende mit dem Ausgleichsgetriebegehäuse 32 gekoppelt.
Das andere Ende des Antriebswellengehäuses 38 ist mit einem
Gelenk oder einer Gelenksanordnung 42 gekoppelt.
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Wie
in 8 dargestellt ist, koppelt die Gelenksanordnung 42 das
Antriebswellengehäuses 38 schwenkbar
mit einer Radlagerhalterung 44. Die Radlagerhalterung 44 enthält eine
Radlageranordnung 46, die drehbar eine Radantriebswelle 48 lagert.
Die Radlagerhalterung 44 ist eine herkömmliche Radhalterung und umfasst
eine Planetengetriebeanordnung 45. Ein Planetengetriebe
ist an einem Ende mit der Radantriebswelle 48 verbunden,
was jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Die Gelenksanordnung 42 umfasst
Achsschenkelbolzen 43, die die Halterung 44 schwenkbar
mit dem Gehäuse 38 koppeln.
Die Bolzen 43 ermöglichen
dem mit der Radlagerhalterung 44 gekoppelten Rad 14,
sich relativ zum Antriebswellengehäuse 38 zu drehen.
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Die
Gelenksanordnung 42 enthält eine Winkelantriebsanordnung 50.
Die Winkelantriebsanordnung 50 ist an einem dem MFD-Ausgleichsgetriebe gegenüberliegenden
Ende mit der Achsenwelle 36 gekoppelt. Die Winkelantriebsanordnung 50 ist
zudem mit der Radantriebswelle 48 der Lagerhalterung 44 gekoppelt.
Die Winkelantriebsanordnung 50 ist gegebenenfalls ein Doppelgelenk.
Alternativ dazu ist die Winkelantriebsanordnung 50 gegebenenfalls
ein Universalgelenk.
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Wie
in den 3, 4 und 7 dargestellt
ist, weist das Antriebswellengehäuse 38,
das die Achsenwelle 36 einschließt, eine Außenwand 53 mit einer
darin ausgebildeten Vertiefung 54 auf. Die Vertiefung 54,
die konfiguriert ist, um einen Abschnitt des Aktuators aufzunehmen,
erstreckt sich in das Antriebswellengehäuse 38, jedoch nicht
weit genug in das Antriebswellengehäuse 38 hinein, um
die Achsenwelle 36 zu behindern. Die Vertiefung 54 ist
vorzugsweise von halbkonischer Form, wobei die Außenwand 53 mit
einer Vertiefung ähnlich
einem abgestumpften Abschnitt eines Kegels versehen ist. Eine Spitze 56 der
halbkonischen Vertiefung 54 ist in der Nähe der Gelenksanordnung 42 angeordnet,
während
eine Basis 58 der Vertiefung 54 in der Nähe des MFD-Ausgleichsgetriebegehäuses 32 angeordnet ist.
Die Vertiefung 54 erstreckt sich an der Basis 58 tiefer
in das Gehäuse 38 hinein
als an der Spitze 56.
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Je
nach Anwendung ist die Stelle der Vertiefung 54 in der
Wand 53 gegebenenfalls von Bedeutung. Im Besonderen kann
sich durch Versetzen der Vertiefung 54 von der Ebene P1 (siehe 7), die
im Allgemeinen senkrecht zu einer Gelenksachse A des Zylinders 52 steht,
und Verlaufen durch die Mittelachse der Welle 36 der Zylinder 52 näher zu einer
Ebene P2, die parallel zur Achse A und der
Mittelachse des Achsschenkelbolzen 43 bewegen. Durch diese
Verbesserung, so wie sie in ihren Einzelheiten in den 4 und 7 dargestellt
ist, können
die Schwenkwinkel weiter vergrößert werden,
indem den Zylindern 52 ermöglicht wird, sich näher zu den
Ebenen P2 hin zu bewegen.
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Der
Aktuator 52 ist zwischen dem Antriebswellengehäuse 38 und
einem Schwenkhebel 51 der Gelenksanordnung 42 angeordnet
und mit diesen gekoppelt. Der Aktuator 52, der ein hydraulischer
Zylinder sein kann, dreht die Gelenksanordnung 42 relativ
zum Antriebswellengehäuse 38.
Beim Drehwinkel, der in Folge der Ausrichtung der Anordnung 42 relativ
zum Gehäuse 38 entsteht,
so wie in 6 gezeigt, ist ein Abschnitt
des Aktuators 52 in der Vertiefung 54 des Antriebswellengehäuses 38 angeordnet (7),
wodurch sich der Aktuator beim Einschlagen näher zur Achsenwelle 36 bewegen
kann. Diese Konfiguration ermöglicht
dem Fahrzeug 10 das Fahren von Kurven mit engerem Radius,
bevor die Räder 14 den
Aktuator 52 behindern und der Aktuator 52 das
Gehäuse 38 behindert.
So kann, wie in den 5 und 6 gezeigt,
das Rad 14 nach rechts und nach links mit den jeweiligen
Winkeln X bis X' eingeschlagen
werden. Ist beispielsweise die Spurweite der Vorderräder 14 bei
60 Zoll festgelegt, so kann die Vorderachse 12 so lenken,
dass die Winkel X und X' 46° übersteigen.
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Es
versteht sich, dass sich die vorangegangene Beschreibung auf eine
bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung bezieht und dass die Erfindung nicht auf die spezifischen
dargelegten Ausführungen
eingeschränkt
ist. Beispielsweise ist die Form der Vertiefung 54 des
Antriebswellengehäuses 38 nicht
auf eine halbkonische eingeschränkt.
Die Vertiefung kann zylindrisch, quaderförmig oder anders konfiguriert
sein. Diese und andere Modifikationen können am Design und an der Anordnung
der anderen Elemente vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung, so wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen.