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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Knickmast der mehrere schwenkbar
miteinander verbundene Mastabschnitte umfasst, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Bei
der Förderung
von Dickstoffen, beispielsweise Beton, Mörtel und dgl., werden zur Überwindung
von Höhendifferenzen
so genannte Förderanlagen
eingesetzt, bei denen der zu fördernde
Dickstoff durch eine Förderleitung
bzw. ein Rohrleitungssystem zu der gewünschten Ausbringungsstelle
gefördert
wird. Der Förderdruck
bzw. Fördervolumenstrom wird
hierbei durch eine Dickstoffpumpe erzeugt. Ein gängiges Bauprinzip solcher Förderanlagen
ist die Kombination des Rohrleitungssystems mit einem Knick- und/oder
Teleskopmast, der beispielsweise auf einem Lastfahrzeug montiert
ist. Selbstverständlich
kann eine solche Förderanlage
aber auch stationär
aufgebaut oder als Manipulatoren ausgeführt sein. Für den Fall, dass eine solche
Förderanlage
auf einem Lastfahrzeug montiert ist, wird dieses am Einsatzort zunächst horizontal
ausgerichtet und gegen Kippen gesichert. Erst danach können die
einzelnen Mastabschnitte bzw. Mastarme des Knickmastes ausgeklappt
bzw. ausgefahren und die Förderanlage in
Betrieb genommen werden. Die Dickstoffpumpe fördert dann den extern bereit
gestellten Dickstoff durch ein Rohrleitungssystem, das entlang der
Mastabschnitte angeordnet ist, zu der gewünschten Ausbringstelle, an
der der Dickstoff bspw. durch einen rüsselartigen Schlauchfort satz
aus dem Rohrleitungssystem austritt. Die überwindbaren Höhendifferenzen
sind beträchtlich
und können
50 m und mehr betragen. Selbstverständlich können mit solchen Förderanlagen
auch horizontale Distanzen überwunden
werden, bspw. in unwegsamen oder unzugänglichen Geländen.
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Die
einzelnen Mastabschnitte des Knickmastes sind typischerweise mittels
Schwenklager bzw. Schwenkgelenke miteinander verbunden. Die Stellkräfte werden
in bekannter Weise bspw. durch Hydraulikzylinder aufgebracht, wobei
der Hydraulikzylinder zwischen zwei benachbarten mittels des Schwenkgelenks
miteinander verbundener Mastabschnitte angeordnet ist. Das Aus-
und Einfahren der Kolbenstange führt
zu einer Schwenkbewegung des eines Mastabschnittes relativ zu dem
anderen, zu diesem Zeitpunkt üblicherweise
lagefixierten Mastabschnittes.
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Der
gesamte Knickmast bzw. Mastaufbau ist an einem sogenannten Mastbock
befestigt und an diesem um eine vertikale Achse drehbar gelagert. Der
am Mastbock angeordnete Mastabschnitt wird typischerweise als erster
Mastabschnitt bezeichnet, die ihm nachfolgenden Mastarmabschnitte
werden fortlaufend gezählt.
Am häufigsten
weisen Knickmaste zwei, drei oder vier einzelne Mastabschnitte auf und
werden demgemäß als zwei-,
drei- oder viergliedrige Knickmaste bezeichnet.
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Beim
Einklappen der Mastabschnitte aus einer Betriebstellung in eine
Transport- bzw.
Ruhestellung besteht in der Regel aus Platzgründen das Problem, dass einer
der Mastabschnitte, insbesondere der dritte eines viergliedrigen
Knickmastes, beim Zusammenklappen seitlich am vorausgehenden bzw. vorhergehenden
Mastabschnitt vorbei geführt
werden muss, weil dieser zur Vermeidung einer unvorteilhaften Stapelhöhe nicht
unmittelbar unterhalb des vorhergehenden Mastabschnitts platziert
werden kann. Dies kann auch beim zweiten Mastabschnitt der Fall
sein, falls dieser beim Einklappen am ersten Mastabschnitt oder
an sonstigen Aufbauten vorbei geführt werden muss. Aus diesem
Grund sind die betreffenden Mastabschnitte gekröpft ausgebildet, womit das
Vorbeiführen
des Mastabschnitts ermöglicht wird.
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Aufgrund
der Kröpfung
ergibt sich im ausgeklappten Zustand eine Verlagerung der Schwerpunktlinie
des betreffenden Mastabschnittes. Die Kröpfung bedingt jedoch auch eine
seitliche Gewichtverlagerung der dem gekröpften Mastabschnitt nachfolgenden
Mastabschnitte, einschließlich
der Schwenkgelenke und der an den Mastabschnitten befestigten Förderleitungsabschnitte.
Im ausgeklappten Zustand wirken daher hohe Querkräfte, die in
den einzelnen Mastabschnitten auch Torsionsmomente hervorrufen (die
aus den Torsionsmomenten resultierenden Spannungen sind insbesondere
im Bereich der Kröpfung
extrem hoch) und insbesondere in den Schwenkgelenken und im Bereich
der Befestigung des Knickmasts am Mastbock zu hohen Biege- bzw.
Kippmomenten führen.
Daher müssen die
einzelnen Mastabschnitte und Schwenkgelenke, aber auch die Befestigung
des Knickmasts am Mastbock entsprechend stabil ausgelegt werden,
was natürlich
einen konstruktiven Aufwand mit sich bringt. Zudem wirkt sich der
hohe konstruktive Aufwand nachteilig auf das entsprechende Gewicht
des Knickmastes aus.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die entstehenden Querkräfte und Biegemomente an einem
Knickmast zu verringern, um den konstruktiven Aufwand gering halten
zu können.
Die Aufgabenlösung
soll zudem gegenüber
dem bekannten Stand der Technik wirtschaftliche Vorteile bringen.
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Die
Aufgabenstellung wird gelöst
durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1. Die
Merkmale der rückbezogenen
Unteransprüche
geben sinnvolle Weiterbildungen und Ausgestaltungen an.
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Durch
die Schrägstellung
der Schwenkgelenkachse, mit der der vorbeizuführende Mastabschnitt mit seinem
einem Ende an dem unmittelbar vorausgehenden Mastabschnitt gelagert
ist, wird erreicht, dass dieser Mastabschnitt in der Ruhe- bzw. Transportstellung
des Knickmastes von dem vorausgehenden Knickmast seitlich weggeführt wird,
d. h. sich am verbindenden Schwenkgelenk abspreizt. Die beiden Längsachsen
der betreffenden Mastabschnitte schneiden sich in etwa im Schwenkgelenk
und schließen
einen Spreizwinkel α ein.
Werden die Mastabschnitt aus ihrer Ruhe- bzw. Transportstellung in
eine Arbeitsstellung geschwenkt, richten diese sich in einer vertikalen
Referenzebene, die sich im Wesentlichen lotrecht zum ersten Mastabschnitt
erstreckt, aus.
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Lediglich
im Zustand des Ausklappens bzw. des Einklappens wirken auf den Knickmast
verhältnismäßig geringe
Querkräfte,
wodurch insgesamt nur kleine Torsions- und Biegemomente auf die
Mastabschnitte und den Mastaufbau einwirken. Die betroffenen Baukomponenten
können
dem geringeren Lastfall gemäß kleiner
dimensioniert werden, wodurch das Gewicht, aber auch die Material-
und Herstellungskosten des Knickmastes reduziert werden.
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Beim
Ausklappen eines Mastabschnitts um eine schräggestellte Schwenkgelenkachse
herum, nähern
sich die mittels Schwenkgelenk verbundenen Mastabschnitte mit zunehmendem
Schwenkwinkel dem idealen Zustand einer gemeinsamen fluchtenden
Ausrichtung an, indem diese innerhalb der vertikalen Referenzebene
ausgerichtet sind. Jedoch wird auch in nicht-idealen Ausrichtungszuständen hinsichtlich
der resultierenden Querkräfte
eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erzielt.
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Die
Schrägstellung
der Schwenkgelenkachse kann, mittels eines Schrägstellungswinkels β erfasst
werden, wobei dieser Winkel bezogen auf eine Senkrechte der Längsachse
eines vorausgehenden Mastabschnitts, typischerweise auf die des
ersten am Mastbock befestigten Mastabschnitts, bestimmt wird. Der
Schrägstellungswinkel
kann hierzu vereinfachend in einer horizontalen Ebene erfasst werden. Der
Schrägstellungswinkel β sollte nicht
größer als 22,5°, bevorzugt
nicht größer als
15°, besonders
bevorzugt nicht größer als
10° und
insbesondere bevorzugt nicht größer als
8° sei,
da sonst die resultierenden Spreizwinkel α und damit die auftretenden
Torsionsmomente (bzw. Querkräfte)
zu groß sind.
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Der
Schrägstellungswinkel β der schräggestellten
Schwenkgelenkachse kann vorteilhaft in einer horizontalen Ebene
bestimmt werden, die eine senkrechte Lage zur vertikalen Referenzebene
einnimmt. In diesem Fall wird nur der ebene Anteil, d. h. die Winkelprojektion
der Schrägsstellung
in die horizontale Ebene erfasst, bei der etwaige Neigungsanteile
nicht berücksichtigt
sind.
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Falls
der Knickmast mehr als zwei Mastabschnitte umfasst, ist es vorteilhaft,
einen dem abgespreizten d. h. seitlich weggeführten Mastabschnitt nachfolgenden
Mastabschnitt, ebenfalls mit einer schräggestellten Schwenkgelenkachse
zu lagern, sodass der abgespreizte und der daran mittels des Schwenkgelenks
(mit schräggestellter
Schwenkgelenkachse) gelagerte Mastabschnitt in der ausgeklappten
Arbeitsstellung des Knickmastes zwar im Wesentlichen in der vertikalen
Referenzebene ausgerichtet sind, jedoch in der eingeklappten Ruhe- bzw.
Transportstellung der nachfolgende Mastabschnitt im Wesentlichen
parallel zu dem dem abgespreizten Mastabschnitt vorausgehenden Mastabschnitt
angeordnet ist.
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In
dem vorausgehend dargelegten Fall mehrerer schräggestellter Schwenkgelenkachsen
ist es vorteilhaft, dass die Schrägstellungswinkel β und β' näherungsweise
gleiche Winkelwerte aufweisen. Dies reduziert den Fertigungsaufwand
beim Setzen der Gelenkbohrungen, erleichtert aber auch die vorausgehenden
kinematischen Berechnungen. Ferner ist dadurch sichergestellt, dass
der in der eingeklappten Ruhe- bzw.
Transportstellung dem abgespreizten Mastabschnitt nachfolgende Mastabschnitt
im Wesentlichen parallel zu dem dem abgespreizten Mastabschnitt
vorausgehenden Mastabschnitt angeordnet ist.
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Für den praktisch
häufig
anzutreffenden Fall, dass der Knickmast mehr als zwei Mastabschnitte umfasst,
bspw. vier Mastabschnitte, ist es vorteilhaft, dass der in Ruhestellung
abgespreizte, seitlich weggeführte
Mastabschnitt von der Mastbefestigung am Mastbock aus gezählt, der
zweite oder dritte Mastabschnitt ist. Im letzteren Fall sind dann
in der Ruhe- bzw. Transportstellung der erste und zweite Mastabschnitt übereinander
angeordnet, während
die beiden folgenden Mastabschnitte seitlich versetzt angeordnet
sind, wodurch eine vorteilhafte Gewichtsverteilung in der Ruhestellung
erreicht wird.
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In
der Ruheposition bildet die Längsachse des
abgespreizten seitlich weggeführten
Mastabschnitts mit der Längsachse
des vorausgehenden Mastabschnitts einen Spreizwinkel α, der ebenfalls vereinfachend
als ebener Winkel in einer horizontalen Ebene definiert ist. Der
Spreizwinkel α weist
ungefähr
den doppelten Winkelwert des Schrägstellungswinkels β der schräggestellten
Schwenkgelenkachse auf, d. h. es gelten die mathematischen Beziehungen: α ≈ 2·β bzw. β ≈ α/2.
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Damit,
wie zuvor beschrieben, ein dem abgespreizten und damit seitlich
weggeführten
Mastabschnitt nachfolgenden dritten Mastabschnitt in der Ruhe- bzw.
Transportstellung des Knickmastes parallel zu dem dem abgespreizten
Mastabschnitt vorausgehenden Mastabschnitt angeordnet ist, müssen die
beiden Spreizwinkel α und α', d. h. die Winkel
zwischen den Längsachsen
des abgespreizten und dessen vorausgehenden Mastabschnitts und zwischen den
Längsachsen
des abgespreizten und dessen nachfolgenden Mastabschnitt, annährend den
gleichen Winkelwert aufweisen. Jedoch ist es auch möglich, dass
beide Spreizwinkel α und α' unterschiedliche
Winkelwerte aufweisen.
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Der
ideale Zustand einer gemeinsamen fluchtenden Ausrichtung der einzelnen
Mastabschnitte eines Knickmastes, indem diese innerhalb der vertikalen
Referenzebene ausgerichtet sind, setzt nicht voraus, dass die maximalen
Schwenkwinkel γ zwischen
je zwei schwenkbar miteinander verbundener Mastabschnitte einen
Winkelwert von 180° aufweisen.
Der Knickmast kann bereits bei der Konstruktion im Hinblick auf
die später
zu erwartenden Anwendungsfälle
derart optimiert werden, dass die maximal möglichen Schwenkwinkel γ zwischen
je zwei benachbarten Mastabschnitten deutlich weniger als 180°, beispielsweise
nur 90° betragen,
oder deutlich mehr als 180°,
beispielsweise 220° betragen.
Eine jeweilige entsprechende Schwenk-Endposition der einzelnen Mastabschnitte
kann konstruktiv festgelegt werden, beispielsweise durch Anschläge in den Schwenkgelenken
oder durch Verwendung von Hydraulikzylindern mit entsprechenden
Hublängen.
Damit können
Gewicht und Kosten reduziert werden. Ist eine, oder sind mehrere
schräggestellte
Schwenkgelenkachsen im Knickmast vorgesehen, so muss der ideale
Zustand der gemeinsamen fluchtenden Ausrichtung der einzelnen Mastabschnitte,
indem diese innerhalb der vertikalen Referenzebene ausgerichtet sind,
auf diesen zu erwartenden Anwendungsfall abgestimmt werden. In anderen
Worten formuliert müssen
die Mastabschnitte eines Knickmastes, unabhängig von den individuell maximal
möglichen Schwenkwinkeln,
beim Ausklappen in eine Arbeitsstellung eine fluchtende Position
einnehmen, in der diese innerhalb der vertikalen Referenzebene ausgerichtet
sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des Knickmastes soll nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben
und erläutert
werden. Darin zeigen:
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1 einen
Knickmast nach dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht;
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2 ein
Schwenkgelenk eines Knickmastes nach 1 in perspektivischer
Darstellung;
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3 ein
Schwenkgelenk gemäß 2 im Teilschnitt;
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4 ein
Schwenkgelenk gemäß 2 in einer
Seitenansicht;
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5 ein
Schwenkgelenk mit schräggestellter
Schwenkgelenkachse im Teilschnitt;
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6 eine
vereinfachte, schematische Darstellung eines gemäß 1 ausgeklappten
Knickmastes, in einer perspektivischen Ansicht;
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7a eine
schematische Darstellung des Knickmastes gemäß 6, von oben
betrachtet;
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7b eine
schematische Darstellung des Knickmastes gemäß 6 im Ruhe-
bzw. Transportzustand, von oben betrachtet.
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1 zeigt
beispielhaft einen dem Stand der Technik entsprechenden mit 1 bezeichneten
Knickmast bzw. Mastaufbau in Arbeitsstellung, der auf einem Mastbock 2 schwenkbar
befestigt ist, wobei sich der Mastbock 2 typischerweise
um eine vertikale Achse (z-Richtung) drehen kann. Der Mastbock 2 kann
beispielsweise auf einem nicht dargestellten Lastkraftwagen eines
Betonförderfahrzeuges
montiert, oder aber auch auf einer stationären Anlage befestigt sein.
Der Knickmast 1 setzt sich aus einzelnen hintereinander
angeordneten Mastabschnitten bzw. Mastarmen 4 bis 7 zusammen.
Bei dem dargestellten Knickmast 1 handelt es sich um einen
viergliedrigen Mastaufbau. Ein Schwenkgelenk 8 verbindet
jeweils zwei benachbarte Mastabschnitte. Der gezeigte viergliedrige
Mastaufbau umfasst demnach drei Schwenkgelenke 8, zuzüglich eines
vierten Schwenkgelenkes 8a über das der Mastaufbau selbst
am Mastbock 2 angelenkt ist. Der Übersichtlichkeit halber sind
in 1 die weiteren Bauelemente wie z. B. die Betonförderleitung
und ihre Befestigungsmittel oder die hydraulischen Schwenkzylinder und
deren Anschlussleitungen und dgl. nicht dargestellt.
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In
eingeklappter Ruhe- bzw. Transportstellung des Knickmastes 1 ist
es aus Platzgründen
erforderlich, in Abhängigkeit
der Länge
einzelner Mastabschnitte bzw. aufgrund notwendiger Aufbauten auf dem
Chassis des Betonförderfahrzeugs,
dass wenigstens ein Mastabschnitt seitlich versetzt zu den anderen
Mastabschnitten angeordnet wird und damit seitlich an einem anderen
Mastabschnitt vorbei geführt
werden muss. Diese Maßnahme
dient auch zur Absenkung des Fahrzeugschwerpunktes. Im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 möge in der
Ruhe- bzw. Transportstellung des Knickmastes 1 der zweite Mastabschnitt 5 kompakt
unter dem ersten Mastabschnitt 4 anordenbar sein, jedoch
wäre kein
weiterer Platz mehr vorhanden, um einen dritten Mastabschnitt 6 oder
sogar einen vierten Mastabschnitt 7 unterhalb der Mastabschnitte 4 und 5 anzuordnen,
sodass also zumindest der dritte Mastabschnitt 6 seitlich
vorbei geführt
werden muss. Hierzu weist der dritte Mastabschnitt 6 eine
mit 9 bezeichnete Kröpfung
auf, durch die der hintere Teil 61 des dritten Mastabschnittes
und der nachfolgende vierte Mastabschnitt 7 um einen Betrag
d seitlich versetzt ausgelagert sind. Durch die Kröpfung 9 kommen
nunmehr beim Einklappen des Knickmastes 1 aus seiner Arbeitsstellung
in die Ruhe- bzw. Transportstellung die einzelnen Mastabschnitte
teilweise seitlich nebeneinander liegend in Endlage und es kann
infolge der Kröpfung
somit eine weitgehend kompakte Einfaltstellung erreicht werden.
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Der
Knickmast 1 wird in seine Transport- bzw. Ruhestellung überführt, in
dem der vierte Mastabschnitt 7 unter dem dritten Mastabschnitt 6,
der dritte Mastabschnitt 6 auf den zweiten Mastabschnitt 5 und
der zweite Mastabschnitt 5 unter den ersten Mastabschnittes 4 geklappt
wird. In der Transportstellung sind somit der zweite Mastabschnitt 5 und der
dritte Mastabschnitt 6 unterhalb des ersten Mastabschnittes 4 angeordnet,
wobei der unterste dritte Mastabschnitt 6 an seiner Kröpfung 9 seitlich
aus dem Stapel heraustritt und auf dessen versetzten hinteren Mastabschnitt 61 der
vierte Mastabschnitt 7 aufliegt. Hierbei handelt es sich
nur um eine exemplarische Anordnung, die je nach Ausführung des Knickmastes
abweichend sein kann. Ziel ist einerseits die Reduktion von Stapelhöhe, andererseits aber
auch eine Optimierung hinsichtlich des Schwerpunktes.
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2 zeigt
die mögliche
Ausführungsform eines
Schwenkgelenkes 8 in einer perspektivischen Darstellung,
mittels dessen zwei benachbarte Mastabschnitte, hier exemplarisch
mit A und B bezeichnet, schwenkbar miteinander verbunden sind. Der Mastabschnitt
A weist eine Endgabelung 10 auf, in der das stabartig ausgebildete
Endstück
des benachbarten Mastabschnittes B aufgenommen ist. Die seitlichen
Innenflächen
der Endgabelung 10 dienen hierbei gleichzeitig als Führung um
ein Verkippen entgegen der Schwenkrichtung zu verhindern. Die Fixierung
der beiden verbundenen Mastabschnitte A und B erfolgt durch einen
Gelenkbolzen bzw. Gelenkzapfen 11 (vgl. 3),
der innerhalb einer Gelenkbuchse bzw. -bohrung 15 angeordnet
ist, von der in 2 lediglich das Gelenkauge 12 sichtbar
ist.
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Wie
aus 2 ferner hervorgeht, können die beiden miteinander
verbundenen exemplarischen Mastabschnitte A und B eine Schwenkbewegung
um eine Schwenkgelenkachse 13 ausführen. Die Schwenkgelenkachse 13 ist
identisch mit der Mittellinie des Gelenkbolzens 11 und
mit der Mittellinie der Gelenkbuchse 15 und verläuft senkrecht
zu der gemeinsamen Mittellinie 14. Die momentane Position der
beiden Mastabschnitte A und B zueinander kann mit einem Schwenkwinkel γ beschrieben
werden.
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3 zeigt
das Knickmastgelenk der 2 im Teilschnitt aus einer vertikalen
Richtung betrachtet (von oben entgegen der z-Richtung gemäß 1). Der
Gelenkbolzen 11 für
beide Mastabschnitte A und B ist innerhalb einer Gelenkbuchse bzw.
-bohrung 15 angeordnet und in bekannter Weise gesichert.
Durch die inneren seitlichen Führungsflächen der
Endgabelung 10 des Mastabschnittes A wird das Endstück des gelagerten
Mastabschnittes B quer zur Schwenkrichtung ausgerichtet und geführt, sodass
die beiden Mastabschnitte A und B unabhängig von einem momentanen Schwenkwinkel
stets entlang einer gemeinsamen Längsachse 14 fluchten.
Die Schwenkgelenkachse 13 und die gemeinsame Längsachse 14 sind
stets rechtwinklig zueinander.
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4 zeigt
das Schwenkgelenk 8 der 2 und 3 in
einer Seitenansicht, d. h. gemäß 1 aus
einer horizontalen Richtung betrachtet. Die beiden schwenkbar miteinander
verbundenen Mastabschnitte A und B nehmen hier einen Schwenkwinkel γ von 180° zueinander
ein, wodurch die betreffenden Mastabschnitte maximal von einander
beabstandet sind. In der Praxis beträgt der maximale Schwenkwinkel
häufig
weniger oder auch mehr als 180°.
Der maximale Schwenkwinkel kann durch konstruktive Maßnahmen
bestimmt sein, bspw. mittels Endanschläge im Schwenkgelenk oder durch
die maximale Hublänge
des betätigenden
Hydraulikzylinders.
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Bei
dem bisher beschriebenen Stand der Technik besteht das Problem,
dass die Kröpfung beim
Ausklappen und maßgeblich
in der Arbeitsstellung des Knickmastes hohe gewichtsbedingte Querkräfte hervorruft,
die sich aus dem seitlichen Versatz der Mastabschnitte um den Betrag
d (gemäß 1) ergeben.
Die Querkräfte
verursachen in den Mastabschnitten, insbesondere im Bereich der
Kröpfung 9, hohe
Torsionsmomente, führen
aber auch zu Biegemomenten und zu einem resultierenden, auf den
gesamten Knickmast 1 einwirkenden Kippmoment. Daher müssen die
betroffenen Mastabschnitte besonders steif und damit schwer ausgeführt werden. Ebenso
müssen
die Schwenkgelenke 8 und die Befestigung des Knickmastes 1 am
Mastbock 2 für
diese hohen Belastungen ausgelegt werden. Hieraus ergibt sich ein
hoher konstruktiver und materieller Aufwand, der auch ein hohes
Gesamtgewicht des Knickmastes 1 und des Mastbocks 2 bedingt.
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Die 5 zeigt
die erfindungsgemäße Ausführungsform
mit einem Schwenkgelenk 81 mit schräggestellter Schwenkgelenkachse 131.
In der hier gezeigten Dar stellung nehmen die beiden exemplarischen
Mastabschnitte A und B eine Position gemäß 4 ein, das
heißt,
der Schwenkwinkel γ beträgt annähernd 180°, wobei die
beiden Mastabschnitte A und B in dieser Position gemäß der Darstellung
in 5 entlang einer gemeinsamen Längsachse 14 fluchten.
Die Gelenkbohrung 151 ist hier so ausgeführt, dass
ihre Mittellinie, die der Schwenkgelenkachse 131 entspricht,
einen nicht-senkrechten Winkel zu der gemeinsamen Längsachse 14 einnimmt.
Wird der in der Gabelung 10 aufgenommene Mastabschnitt
B um die schiefe Schwenkgelenkachse 131 herum geschwenkt,
bewegt sich dieser schief im Raum und damit außerhalb einer vertikalen Referenzebene
die sich lotrecht zur gemeinsamen Längsachse 14 erstreckt.
Beim Schwenken des Mastabschnittes B aus seiner mit dem Mastabschnitt
A fluchtenden Position (gemäß 5)
bewegt dieser sich demnach in eine ihn seitlich zum Mastabschnitt
A versetzende Position. Auf den Knickmast 1 übertragen
bedeutet dies, dass ein zunächst
in der Arbeitsstellung mit den vorausgehenden Mastabschnitten fluchtender
Mastabschnitt beim Einklappen in die Ruhe- bzw. Transportposition
eine Lageposition einnimmt, in der dieser zu den vorausgehenden
Mastabschnitten seitlich vorbei geführt, genau genommen weggeführt ist.
Auf die nachteilbehaftete Kröpfung dieses
Mastabschnittes kann demnach verzichtet werden. Auf den insgesamt
komplexen Mechanismus soll nachfolgend näher eingegangen werden.
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Der
komplizierte Bewegungsablauf beim Ein- und Ausklappen des Knickmastes 1 kann
vereinfacht anhand der 6, 7a und 7b beschrieben
werden. Die 6 zeigt schematisch in einer
perspektivischen Ansicht einen ausgeklappten Knickmast gemäß 1 mit
insgesamt vier Mastabschnitten 4 bis 7. Aus einer
vertikalen Richtung betrachtet (entgegen der z-Achse des Raumkoordinatensystems)
sind alle vier Mastabschnitte 4 bis 7 fluchtend
entlang einer gemeinsamen Längsachse 14 angeordnet,
wie in 7a dargestellt. Lotrecht zu dieser
gemeinsamen Längsachse 14,
mindestens jedoch lotrecht zur Längsachse
des ersten Mastabschnittes 4, kann eine vertikale Ebene
aufgespannt werden, die als vertikale Referenzebene 16 bezeichnet
werden kann. In dem dargestellten Beispiel der 6 verläuft die
vertikale Referenzebene nur zufällig
entlang der y-Achse des Raumkoordinatensystems.
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Bei
einem Knickmast mit Schwenkgelenken herkömmlicher Ausführung gemäß des Beispiels
der 2 bis 4, bewegen sich die Mastabschnitte 4 bis 7 beim
Ein- und Ausklappen
ausschließlich
innerhalb der vertikalen Referenzebene 16. Weist der Knickmast
gekröpfte
Mastabschnitte auf, so bewegen sich die versetzten Mastabschnitte
beim Ein- und Ausklappen ausschließlich in parallelen Ebenen
zu der vertikalen Referenzebene 16. Wie bereits beschrieben
resultieren aus den versetzten Mastabschnitten Querkräfte, die
zu Torsionsmoment-, Biegemoment- und Knickmomentbelastungen führen.
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Bei
einem Knickmast 1, der ein Schwenkgelenk 81 mit
schräggestellter
Schwenkgelenkachse 131 umfasst (gemäß dem Beispiel der 5),
bewegt sich der um diese schräggestellte
Schwenkgelenkachse 131 geschwenkte, dem exemplarischen Mastabschnitt
B entsprechende Knickmastabschnitt schief zu der vertikalen Referenzebene 16,
wobei sich die Schieflage während
der Schwenkbewegung kontinuierlich verändert. Nur in einer vorher
festgelegten Lageposition, die beispielsweise durch den Schwenkwinkel γ zum vorausgehenden
Mastabschnitt beschrieben werden kann, befinden sich diese beiden
Mastabschnitte innerhalb der vertikalen Referenzebene 16,
also in einer idealen fluchtenden Arbeitsstellung. Beim Einklappen
des Knickmastes aus seiner Arbeits- in seine Ruhe- bzw. Transportstellung
spreizt sich der um die schräggestellte Schwenkgelenkachse 131 geschwenkte,
dem exemplarischen Mastabschnitt B entsprechende Knickmastabschnitt
in einem Spreizwinkel α von
dem vorausgehenden Mastabschnitt ab, wird also von diesem seitlich
weggeführt.
Dies bedeutet, dass der dem Mastabschnitt B entsprechende Knickmastabschnitt
im Wesentlichen langgestreckt, d. h. ohne Kröpfung ausgebildet werden kann,
wodurch die mit der Kröpfung
einhergehenden Nachteile entfallen. Als Folge der nicht auftretenden
Querkräfte
können die
Mastabschnitte entsprechend weniger steif ausgeführt werden, wodurch Gewicht,
Fertigungsaufwand und Kosten reduziert werden. Gleiches gilt für die Befestigung
des Knickmastes 1 am Mastbock 2, die aufgrund
eines verringerten seitlichen Kippmomentes des Knickmastes 1 entsprechend
kleiner gestaltet werden kann.
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Die 7a und 7b verdeutlichen
am Beispiel eines viergliedrigen Knickmastes 1, welche Position
der dritte, in diesem Fall nicht gekröpfte Mastabschnitt 6 in
der Arbeitsstellung (7a) und in der Ruhe- bzw. Transportstellung
(7b) einnimmt. In der Arbeitsstellung ist infolge
der schräggestellten Schwenkgelenkachse 131 der
dritte Mastabschnitt 6 mit den vorausgehenden Mastabschnitten 4 und 5 entlang
einer gemeinsamen Längsachse 14 fluchtend,
und damit auch innerhalb der vertikalen Referenzebene 16 (vgl. 6)
ausgerichtet. Dadurch entfallen die aus einer Kröpfung des Mastabschnitts resultierenden
Querkräfte.
In seiner Ruhe- bzw. Transportposition steht hingegen derselbe Mastabschnitt 6 infolge
der schräggestellten
Schwenkgelenkachse 131 von seinem vorausgehenden Mastabschnitt 5 in einem
Spreizwinkel α ab.
Dadurch wird dieser am vorausgehenden Mastabschnitt vorbeigeführt, genau genommen
von diesem weggeführt.
Die Schrägstellung
der Schwenkgelenkachse 131 vermeidet demnach die mit der
Kröpfung 9 verbundenen
Nachteile. Hierdurch wird Material und Gewicht eingespart und Fertigungsaufwand
reduziert.
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Während bei
der Kröpfung
die Querkräfte permanent
voll wirksam sind, also auch beim Ein- und Ausklappen des Knickmastes 1,
verringern sich bei der erfindungsgemäßen Lösung mit schräggestellter
Schwenkgelenkachse 131 die von dem abgespreizten Mastabschnitt
herrührenden
Querkräfte während des
Ausklappvorgangs kontinuierlich und sind in der idealen Arbeitsstellung
praktisch nicht mehr vorhanden. Mit dem erfindungsgemäßen Knickmast 1 tritt
demnach gegenüber
dem Stand der Technik hinsichtlich der Querkräfte und der daraus resultierenden
Momente auch dann eine deutliche Verbesserung ein, wenn der Knickmast
in einer Mastabschnittsanordnung betrieben wird, die nicht der idealen
Arbeitsstellung entspricht.
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Da
dem dritten Mastabschnitt 6 in dem Beispiel der 7, 7a und 7b ein
weiterer vierter Mastabschnitt 7 folgt, ist es zweckdienlich,
diesen ebenfalls mittels einer schräggestellten Schwenkgelenkachse
zu lagern. In der Ruhe- bzw. Transportposition des Knickmastes 1 stellt
sich somit der vierte Mastabschnitt 7 gemäß der Darstellung
in 7b zu dem bereits schräg verlaufenden dritten Mastabschnitt 6 mit
einem Spreizwinkel α' ab und verläuft damit
wieder im Wesentlichen parallel zu dem ersten bzw. zweiten Mastabschnitt 4 bzw. 5.
Im Falle, dass der zweite Mastabschnitt eines mehrgliedrigen Knickmastes
mittels schräggestellter
Schwenkgelenkachse am vorausgehenden ersten Mastabschnitt gelagert
ist, gilt sinngemäßes für den nachfolgenden dritten
Mastabschnitt. Ein sonst gekröpfter
Mastabschnitt wird demnach erfindungsgemäß im Wesentlichen gerade ausgeführt, dafür aber mit
schräggestellten
Schwenkgelenkachsen 131 in den Knickmast 1 eingebunden.
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Die 7a verdeutlicht
ferner die Definition der ebenen Schrägstellungswinkel β und β', den die schräggestellten
Schwenkgelenkachsen 131 zu den Senkrechten einer gemeinsamen
Längsachse 14 einnehmen,
wobei die gemeinsame Längsachse 14 zumindest
einer Verlängerung
der Längsachse
des ersten Mastabschnitts (4) entspricht. Die Schrägstellungswinkel β und β' werden vereinfachend
in einer horizontalen Ebene bestimmt, wobei sich diese horizontale
Ebene definitionsgemäß senkrecht
zur vertikalen Referenzebene 16 erstreckt. Die Schwenkgelenkachsen 13 eines
herkömmlichen
Schwenkgelenks 8, gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 2 bis 4, entsprechen ebenfalls den
Senkrechten der gemeinsamen Längsachse 14.
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Der
Schrägstellungswinkel β entspricht
typischerweise dem halben Spreizwinkel α (vgl. 7b), unter
der Voraussetzung, dass der durchschrittene Schwenkwinkel γ der mittels
dieses Schwenkgelenks 81 verbundenen Mastabschnitte beim
Ein- bzw. Ausklappen ungefähr
180° entspricht.
Gleiches gilt für die
Beziehung des Winkels β' zu α'.
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Da
es gemäß obiger
Ausführungen
zweckdienlich ist, einen dem abgespreizten Mastabschnitt nachfolgenden
Mastabschnitt ebenfalls mittels einer schräggestellten Schwenkgelenkachse 131 zu
lagern, sollten in diesem Fall idealerweise die beiden Schrägstellungswinkel β und β' den selben Winkelwert
aufweisen, wie in 7a dargestellt. In diesem Fall
ergeben sich gleiche Spreizwinkel α und α', sodass der betreffende nachfolgende
Mastabschnitt in seiner Ruhe- bzw. Transportposition wieder im Wesentlichen
zu seinem vorausgehenden, insbesondere zu dem ersten Mastabschnitt 4 parallel
angeordnet ist. Dies gilt jedoch zunächst einschränkend nur
für den
Fall, dass die durchschrittenen Schwenkwinkel γ beim Ein- bzw. Aus klappen an
den beiden betreffenden Schwenkgelenken 81 gleich sind.
Sollten die Schwenkwinkel unterschiedlich sein, müssten die Schwenkgelenkachsen 131 bei
gleichem Schrägstellungswinkel β und β' zusätzlich unterschiedlich
geneigt werden, um gleiche Spreizwinkel α und α' zu erreichen.
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Die
Orientierung der Schrägstellungswinkel β und β' ergibt sich aus
der Ein- bzw. Ausklappfolge der betreffenden Mastabschnitte. Typischerweise sind
die Schrägstellungswinkel β und β' gleich orientiert,
können
jedoch auch eine unterschiedliche Orientierung aufweisen.
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Schließlich sollte
noch betont werden, dass die Schwenkgelenke 81 mit schräggestellter Schwenkgelenkachse 131 insgesamt
auf den veränderten
Schwenkmechanismus ausgelegt werden müssen. Das Ausführungsbeispiel
der 5 weist beispielsweise ein Spiel auf, in Form
eines Spalts zwischen dem Endstück
des Mastabschnitts B und der Endgabelung 10 des Mastabschnitts
A. Um auch bei dieser Ausführungsform
ein Verkippen der um die schräggestellten
Schwenkgelenkachse 131 geschwenkten Mastabschnitte A und
B entgegen der Schwenkrichtung zu verhindern, ist eine Führungsanordnung 17 vorgesehen,
welche die auch für
dieses Schwenkgelenk gleichfalls erforderlichen seitlichen Führungsflächen bereit
stellt. Eine erste Führungsfläche einer
solchen Führungsanordnung
kann beispielsweise einteilig mit der Gabelung 10 des Mastabschnitts
A ausgebildet sein, die entsprechende Gegenfläche kann einteilig mit dem
stabartig ausgebildeten Endstück
des Mastabschnitts B ausgebildet sein. Die Führungsanordnung 17 kann
auch aus mehreren Distanzscheiben aufgebaut sein, die entsprechend
gestaltete schräge
Flächen
aufweisen. Auch andere Ausführungsformen
sind möglich.
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Für eine praxisgerechte
Ausführung
eines Knickmastes 1 mit schräggestellter Schwenkgelenkachse
bzw. schräggestellten
Schwenkgelenkachsen 131, sollten die Schrägstellungswinkel β und β' einen Maximalwert
von 10°,
bevorzugt von 8° nicht übersteigen.
Dies ergibt eine etwa doppelt so großen Spreizwinkel α bzw. α', was sich derzeit
als praktikabler Wert erweist.