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Die
Erfindung betrifft ein Arbeitsfahrzeug, insbesondere einen Radlader,
mit einer Hub- und Kippeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Aus
der Druckschrift
DE
37 16 911 A1 ist ein Arbeitsfahrzeug bekannt, bei dem eine
Ladeschaufel über
eine Hub- und Kippeinrichtung mit einem Fahrzeugrahmen verbunden
ist. Die Hub- und Kippeinrichtung weist einen Hubarm auf, welcher
in einem Endbereich an dem Fahrzeugrahmen und in einem gegenüberliegenden
Endbereich an der Ladeschaufel angelenkt ist. Des Weiteren ist ein
Hubzylinder vorgesehen, welcher sich in einem Endbereich an dem
Fahrzeugrahmen abstützt
und welcher in dem anderen Endbereich an dem Hubarm angelenkt ist. Durch
eine Stellbewegung des Hubzylinders kann der Hubarm um das Lager
am Fahrzeugrahmen verschwenkt werden, wodurch die Ladeschaufel angehoben
wird. Zum Halten und zum Verstellen der Neigung der Ladeschaufel
ist ein Gelenktrieb vorgesehen, welcher aus einem Kippzylinder,
einem Kipphebel und einer Kippstange besteht, welche in der vorgenannten
Reihenfolge zwischen den Fahrzeugrahmen und die Ladeschaufel zwischengeschaltet
sind. Die Kippstange ist in einem Endbereich an einem oberhalb des
Lagers für
den Hubarm angeordneten zweiten Lager an der Ladeschaufel angelenkt
und im gegenüberliegenden
Endbereich an ein Ende des Kipphebels angelenkt. Ungefähr mittig
stützt
sich der Kipphebel an einem Lager des Hubarmes ab. Der andere Endbereich
des Kipphebels ist an ein Ende des Kippzylinders angelenkt, welcher
sich am Fahrzeugrahmen abstützt.
Für eine
Ermöglichung
einer vordefinierten Bewegungsbahn der Ladeschaufel ist eine präzise Ansteuerung
der Drücke
und der Arbeitswege sowohl des Kippzylinders als auch des Hubzylinders
erforderlich.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
hinsichtlich der zuvor beschriebenen Hub- und Kippeinrichtung, deren
Gestaltung des Gelenktriebes mit Kippstange, Kipphebel und Hubzylinder
auch als "Z-Kinematik" bezeichnet wird,
sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 34 29 214 C2 oder
DE 201 11 768 U1 bekannt.
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hub- und
Kippeinrichtung für
ein Arbeitsfahrzeug, insbesondere einen Radlader, vorzuschlagen,
welche eine vereinfachte Ansteuerung des Hubzylinders und des Kippzylinders
für ausgewählte Arbeitsschritte
und u.U. unterschiedliche Arbeitswerkzeuge ermöglicht.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Arbeitsfahrzeug
mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 1 gelöst.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß sind die
Abstände
und Positionen der Lager am Fahrzeugrahmen, am Hubarm, am Kipphebel
und an der Kippstange derart gewählt, dass
die Neigung eines ersten Arbeitswerkzeuges gegenüber der Horizontalen maximal
um 4° variiert, und
zwar bei alleiniger Hubbewegung der Hub- und Kippeinrichtung. Findet
beispielsweise als ein erstes Arbeitswerkzeug eine Gabel Einsatz,
so ist gewährleistet,
dass über
die Hubbewegung die Ausrichtung der Gabel ungefähr horizontal bleibt (± 2° oder 0 bis 4° o.ä.). Es hat
sich herausgestellt, dass eine derart geringe Abweichung der Ausrichtung
der Gabel ausreichend ist, um auch ohne eine Nachjustage durch eine
Stellbewegung des Kippzylinders Gegenstände auf der Gabel zu transportieren,
anzuheben oder abzusenken, ohne dass diese von der Gabel herunterfallen.
Während
der erfindungsgemäßen Hubbewegung
bewegt sich der Kippzylinder auf einer Kreisbahn um den Anlenkpunkt
am Fahrzeugrahmen. Dadurch, dass lediglich der Hubzylinder und nicht
zusätzlich
der Kippzylinder angesteuert werden muss, ergibt sich ein verringerter
Regelungsbedarf für
die Druckverhältnisse
in den Zylindern. Ist eine weitere Verringerung der Veränderung
der Neigung auf weniger als 4° erwünscht, so
sind erfindungsgemäß die hierzu
notwendigen Stellbewegungen des Kippzylinders minimal, so dass nur
geringfügige
Druckänderungen
im Kippzylinder herbeigeführt
werden müssen.
Erfindungsgemäß kann für eine Hubbewegung mit
einer parallelen Führung
des ersten Arbeitswerkzeuges auf eine Regelung verzichtet werden.
Eine Erfassung von Drücken,
wegen oder Winkeln durch Sensoren kann zusätzlich erfolgen, ist aber gerade infolge
der erfindungsgemäßen Gestaltung
nicht zwingend erforderlich. Bereits eine Anordnung eines Sensors
zur Erfassung der Hubbewegung kann völlig ausreichend sein. Alternativ
kann eine reine Erfassung einer Endlage erfolgen.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung variiert die Neigung eines
zweiten Arbeitswerkzeuges gegenüber
der Horizontalen um mindestens 40° bei
alleiniger Hubbewegung der Hub- und Kippeinrichtung. Bei einem derartigen
zweiten Arbeitswerkzeug handelt es sich beispielsweise um eine Ladeschaufel.
Neben einem vorteilhaften Einsatz der Erfindung für erste
Arbeitswerkzeuge wie eine Gabel kann erfindungsgemäß eine alleinige
Hubbewegung ohne eine notwendige Stellbewegung eines Kippzylinders
auch für
zweite Arbeitswerkzeuge genutzt werden, bei welchen eine Veränderung
der Neigung des Arbeitswerkzeuges gerade gewünscht ist. Beispielsweise kann
als zweites Arbeitswerkzeug eine Ladeschaufel Einsatz finden, welche
in einer unteren Stellung zur Aufnahme von Gegenständen ausgerichtet
ist und in einer oberen Stellung zum Ausschütten der Gegenstände geneigt
wird. Erfindungsgemäß erfolgt
eine derartige Bewegung ausschließlich nach Maßgabe des
Hubzylinders oder bei nur geringfügigen Stellbewegungen des Kippzylinders.
Erfolgt umgekehrt in der oberen Stellung ein Auskippen, so kann
der Fahrer zur Aufnahme neuer Gegenstände bei alleiniger Betätigung des
Hubzylinders die Schaufel absenken und gleichzeitig das Fahrzeug (nach
vorne) in Richtung des neuen aufzunehmenden Gegenstandes bewegen.
während
die Rückbewegung
des Schaufel automatisch durch die erfindungsgemäße Kinematik erfolgt. Erfolgt
eine Endlagenerfassung der Hubbewegung, so kann sich der Fahrer
voll auf die Bewegung des Fahrzeuges konzentrieren.
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Vorzugsweise
unterscheiden sich das erste Arbeitswerkzeug und das zweite Arbeitswerkzeug
lediglich durch die Winkel der durch die Lager des Arbeitswerkzeuges
vorgegebenen Achse gegenüber der
Vertikalen, wobei der Winkel jeweils in einer unteren Stellung des
Arbeitswerkzeuges gemessen ist, in der das Arbeitswerkzeug (plan)
auf dem Boden aufliegt. Wenn das Arbeitswerkzeug an der Hub- und Kippeinrichtung
montiert wird, werden der Hubzylinder und der Kippzylinder entsprechend
den Winkeln ausgerichtet. Ist das Arbeitswerkzeug montiert, ist
lediglich eine durch den Hubzylinder veranlasste Hubbewegung erforderlich,
welche für
das erste Arbeitswerkzeug die im Wesentlichen horizontale Ausrichtung
des Arbeitswerkzeuges gewährleistet
und für das
zweite Arbeitswerkzeug die Kippbewegung gewährleistet, ohne das eine Stellbewegung
des Kippzylinders erforderlich ist. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn
die Anlenkpunkte des Hubarmes sowie der Kippstange an dem Arbeitswerkzeug über Schnellwechseleinrichtungen
erfolgt, welche ein schnelles und einfaches Auswechseln der Arbeitswerkzeuge ermöglichen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den
Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispieles
weiter erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Hub- und Kippeinrichtung mit einem als Gabel ausgebildeten
ersten Arbeitswerkzeug in einer unteren Stellung, einer mittleren
Stellung und einer oberen Stellung,
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2 zeigt
die Hub- und Kippeinrichtung gemäß 1 mit
einem als eine Ladeschaufel ausgebildeten zweiten Arbeitswerkzeug
in einer unteren und einer oberen Stellung,
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3 zeigt
eine Einzelteilzeichnung eines erfindungsgemäßen Hubarmes,
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4 zeigt
eine Einzelteilzeichnung einer erfindungsgemäßen Kippstange,
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5 zeigt
eine Gabel mit den Anlenkpunkten für den Hubarm und die Kippstange,
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6 zeigt
eine Einzelteilzeichnung eines Kipphebels,
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7 zeigt
einen Fahrzeugrahmen mit Lagern für den Hubarm, den Kippzylinder
und den Hubzylinder,
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8 zeigt
eine Ladeschaufel mit den Anlenkpunkten für den Hubarm und die Kippstange,
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9 zeigt
einen Verlauf der Neigung des Arbeitswinkels für das erste Arbeitswerkzeug über die
Hubbewegung und
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10 zeigt
einen Verlauf des Neigungswinkels eines zweiten Arbeitswerkzeuges über die
Hubbewegung.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt
einen Fahrzeugrahmen 10 eines Arbeitsfahrzeuges, insbesondere
eines Radladers, an dem über
eine Hub- und Kippeinrichtung 11 ein erstes Arbeitswerkzeug 12,
hier eine Gabel, abgestützt
ist. In 1 sind drei unterschiedliche
Stellungen der Hub- und Kippeinrichtung 11 skizziert, nämlich eine
untere Stellung, eine mittlere Stellung und eine obere Stellung. Über einen
nicht dargestellten Hubzylinder kann ein Hubarm 13 und
damit das Arbeitswerkzeug 12 angehoben und abgesenkt werden.
Zur Verstellung der Winkellage des Arbeitswerkzeuges 12 dient
ein Z-förmiger
Gelenktrieb. Der Gelenktrieb ist mit einem an dem Fahrzeugrahmen 10 angelenkten,
nicht dargestellten Kippzylinder, einem Kipphebel 15 und
einer Kippstange 16 gebildet, welche in der vorgenannten
Reihenfolge zwischen den Fahrzeugrahmen 10 und das Arbeitswerkzeug 12 zwischengeschaltet
sind.
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Der
Hubarm 13 ist im Detail in 3 dargestellt.
In einem Endbereich ist der Hubarm 13 an dem Fahrzeugrahmen 10 in
einem Lager J angelenkt. Im gegenüberliegenden Endbereich ist
der Hubarm 13 in einem Lager F an das erste Arbeitswerkzeug 12 angelenkt.
Der Abstand der Lager J und F beträgt 2170 Einheiten. Der Hubarm 13 weist
eine Traverse 14 auf, welche oberhalb der durch die Lager
J und F gebildeten Längsachse
des Hubarmes 13 ein Lager B aufweist und unterhalb der
vorgenannten Längsachse
ein Lager G. In dem Lager G ist an den Hubarm 13 der Hubzylinder
angelenkt, welcher sich in dem dem Lager G gegenüberliegenden Endbereich in
einem Lager K des Fahrzeugrahmens 10 abstützt. Über eine
Veränderung
des Abstandes des Lagers G vom Lager K während einer Stellbewegung des
Hubzylinders kann der Hubarm 13 angehoben werden. Der Abstand
der Lager J und G des Hubarmes 13 in Richtung der durch
die Lager J und F vorgegebenen Achse beträgt 1273 Einheiten, während der
Abstand quer zu der vorgenannten Achse 85 Einheiten beträgt.
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Der
Abstand des Lagers B von dem Lager J in Richtung der vorgenannten
Achse beträgt
1.355 Einheiten und quer zu dieser 365 Einheiten.
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Im
Lager B des Hubarmes 13 ist der Kipphebel 15 an
den Hubarm 13 angelenkt. Der Kipphebel 15 ist
in einem Endbereich in einem Lager C an der Kippstange 16 angelenkt.
Das Lager C ist von dem Lager B 600 Einheiten entfernt angeordnet,
vgl. 6. In dem dem Lager C gegenüberliegenden Endbereich ist
der Kipphebel 15 in einem Lager A mit dem Kippzylinder
gelenkig verbunden. Das Lager B ist zwischen den Lagern A und C
angeordnet, wobei das Lager in Richtung der durch die Lager B und
C definierten Achse 375 Einheiten von dem Lager B entfernt angeordnet
ist und quer zu der genannten Achse um 80 Einheiten von dem Lager
B beabstandet ist.
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Die
Kippstange 16, die im Detail in 4 dargestellt
ist, ist als Pendelstütze
ausgebildet und in dem dem Lager C gegenüberliegenden Endbereich in
einem zweiten Lager E an das erste Arbeitswerkzeug 12 angelenkt.
Der Abstand der Lager C und E beträgt 596 Einheiten.
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Das
erste Arbeitswerkzeug 12 verfügt über eine Halterung 17,
vgl. 5. An der Halterung 17 ist das Lager
E bei horizontaler Orientierung der Gabel 12 vertikal 260
Einheiten oberhalb des Lagers F angeordnet und in horizontaler Richtung
173 Einheiten in Richtung des Fahrzeugrahmens versetzt. Die Verbindungsachse
zwischen den Lagern E und F ist um einen Winkel α = 33,6° gegenüber der Vertikalen geneigt.
Der Abstand des Lagers F von der Unterseite bzw. vom Boden beträgt 240 Einheiten.
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7 zeigt
die Anordnung der Lager J, D und K am Fahrzeugrahmen 10.
Das Lager D für
den Kippzylinder ist in vertikaler Richtung 170 Einheiten unterhalb
des Lagers J für
den Hubarm 13 angeordnet und in horizontaler Richtung um
110 Einheiten nach vorne versetzt. Das Lager K für den Hubzylinder ist in vertikaler
Richtung 478 Einheiten unterhalb des Lagers J angeordnet und in
horizontaler Richtung um 55 Einheiten gegenüber dem Lager J nach vorne
versetzt.
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In
den drei in 1 dargestellten Stellungen führt der
Kippzylinder keine Stellbewegung aus, so dass sich das Lager (A)
auf einer Kreisbahn um das Lager D bewegt. Lediglich der Hubzylinder
führt eine Stellbewegung
aus, so dass sich der Abstand des Lagers G vom Lager K ändert.
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In
der unteren Stellung gemäß 1 liegt
die Gabel auf dem Boden auf. Der Kipphebel 15 ist nahezu
quer zum Hubarm 13 orientiert, während das Lager C weit von
dem Hubarm 13 entfernt ist und die Kippstange 16 nahezu
parallel zum Hubarm 13 orientiert ist.
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In
der mittleren Stellung verkleinert sich der Winkel des Kipphebels 15 gegenüber dem
Hubarm 13 und das Lager C nähert sich dem Hubarm 13 an. Hierdurch
wird die Verschwenkung des Hubarms 13 ausgeglichen, da
sich das Lager E nach vorne bewegt. Das erste Arbeitswerkzeug 12 ist
auch in der mittleren Stellung ungefähr horizontal orientiert.
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In
der oberen Stellung ist der Kipphebel 15 nahezu parallel
zum Hubarm 13 orientiert, während das Lager (C) ungefähr auf der
Längsachse
des Hubarms 13 liegt. Auch in der oberen Stellung ist das erste
Arbeitswerkzeug 12 ungefähr horizontal orientiert.
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9 zeigt
den Verlauf des Winkels des ersten Arbeitswerkzeugs 12 gegenüber der
Horizontalen. Der Verlauf ist ungefähr entsprechend einer negativen
Cosinus-Funktion ausgebildet mit ungefähr ¾ einer Periodendauer. Die
Amplitude dieser Winkelbewegung beträgt ungefähr 1,9°. Der Mittelwert beträgt ebenfalls
ungefähr
1,9°, so
dass für
eine geringe Hubhöhe
das erste Arbeitswerkzeug 12 weitestgehend horizontal orientiert
ist. Die Hubhöhe
beträgt insgesamt
ungefähr
3200 mm.
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2 zeigt
das Arbeitsfahrzeug mit einem zweiten Arbeitswerkzeug 18,
hier eine Ladeschaufel, in einer unteren Stellung, in welcher das
zweite Arbeitswerkzeug 18 mit der Unterlage horizontal
ausgebildet ist und auf dem Boden aufliegt. In der ebenfalls dargestellten
oberen Stellung ist das zweite Arbeitswerkzeug 18 nach
vorne um einen Winkel von ungefähr
45° gekippt,
so dass die Ladeschaufel entleert werden kann. Die Hub- und Kippeinrichtung 11 ist
an sich entsprechend 1 ausgebildet. Der einzige Unterschied
besteht in der Anordnung der Lager E und F an dem zweiten Arbeitswerkzeug,
vgl. 8. Demgemäß ist an
dem zweiten Arbeitswerkzeug 18 das Lager E in vertikaler
Richtung 312 Einheiten gegenüber dem Lager F nach oben versetzt
und um 15 Einheiten in horizontaler Richtung nach vorne versetzt,
so dass die durch die Lager E und F vorgegebene Achse um einen Winkel α = 2,8° gegenüber der Vertikalen
nach vorne geneigt ist.
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Bei
den angegebenen Einheiten handelt es sich beispielsweise um Millimeter
oder rationale Vielfache von Millimetern. Die Abmessungen der Bauteile
der Hub- und Kippeinrichtung 11 können um 5%, insbesondere um
2%, vorzugsweise um 1 % von den angegebenen Abmessungen abweichen.
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10 zeigt
den Verlauf des Schwenkwinkels des zweiten Arbeitswerkzeugs 18 gemäß 2, wobei
als Referenz der Winkel zwischen der Unterseite des zweiten Arbeitswerkzeugs 18 und
der Horizontalen angegeben ist. Von der unteren skizzierten Stellung
aus steigt zunächst
der Winkel des zweiten Arbeitswerkzeugs 18 an, so dass
sich in der Ladeschaufel befindliches Transportgut allenfalls in
Richtung der Ladeschaufel in diese hineinbewegt und nicht herausfällt. Der
maximale Winkel ist ungefähr für eine Hubhöhe von 750
mm erreicht. Der maximale Winkel beträgt ungefähr 3–4°. Mit einer weiteren Vergrößerung der
Hubhöhe
fällt der
Winkel in negative Bereiche bis auf – 45° bei einer Hubhöhe von 3.200 mm.
Der Verlauf des Winkels gemäß 10 ist
ungefähr
parabelförmig.
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- 10
- Fahrzeugrahmen
- 11
- Hub-
und Kippeinrichtung
- 12
- Erstes
Arbeitswerkzeug
- 13
- Hubarm
- 14
- Traverse
- 15
- Kipphebel
- 16
- Kippstange
- 17
- Halterung
- 18
- Zweites
Arbeitswerkzeug