-
Die Erfindung betrifft einen Schnellwechsler gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art, ein Verfahren zum Betreiben eines Schnellwechslers gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 9 angegebenen Art sowie eine Schnellwechselvorrichtung gemäß dem Anspruch 14.
-
Schnellwechselsysteme umfassen einen Schnellwechsler zum Ankuppeln eines mit einem Adapter versehenen Werkzeugs an eine Arbeitsmaschine, an dem der Schnellwechsler anordbar ist, und sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Zum einen werden Schnellwechsler rein mechanisch mittels Federkraft, rein hydraulisch mittels doppelt wirkendem Hydraulikkolben, oder aus einer Kombination aus mechanischer Verriegelung und mechanischer Absperrung sowie mit hydraulischer Entriegelung mittels einfach wirkendem Hydraulikkolben betrieben.
-
Die Erfindung geht von der kombinierten Version eines Schnellwechslers aus. Dieser Schnellwechsler ist mit einer Verriegelungseinrichtung zur Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen Arbeitsmaschine und Werkzeug versehen. Die Verriegelungseinrichtung weist hierfür zumindest ein Verriegelungselement auf, welches durch eine Federkraft in Richtung einer Verriegelungsposition beaufschlagt ist. Zudem ist ein mit dem Verriegelungselement verbundener Hydraulikkolben vorgesehen, der in einem Hydraulikzylinder verschiebbar angeordnet ist und der den Hydraulikzylinderinnenraum in eine Öffnungskammer und eine Verriegelungskammer teilt. Die Öffnungskammer ist mit einem Hydraulikventil über eine erste Hydraulikleitung verbunden, um die Öffnungskammer und somit den Hydraulikkolben bedarfsweise mit Hydraulikdruck so zu beaufschlagen, dass der Hydraulikkolben und das mit dem Hydraulikkolben verbundene Verriegelungselement aus der Verriegelungsposition in eine Öffnungsposition gegen die Federkraft verfahren wird.
-
Problematisch bei diesen bekannten Schnellwechslern ist, dass die Haltekraft der Feder in der Verriegelungsposition begrenzt ist. Die Feder drückt das Verriegelungselement in die Verriegelungsposition. Mit zunehmendem Bewegen des Verriegelungselementes aus der Öffnungsposition in die Verriegelungsposition nimmt die Federkraft entsprechend ihrer Federkennlinie ab. Bei bestimmten Betriebsbedingungen, kann diese Federkraft nicht ausreichen, um die Verriegelungselemente in der Verriegelungsposition sicher zu halten. Zudem sind auch der Dimensionierung der Feder Grenzen gesetzt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schnellwechsler gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art, ein Verfahren gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 9 angegebenen Art sowie eine Schnellwechselvorrichtung derart weiter zu bilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition sicher gehalten wird, und dies auch bei extremen Beanspruchungen des Schnellwechslers.
-
Diese Aufgabe wird für den Schnellwechsler durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Haltekraft in der Verriegelungsposition auf einfache Weise dadurch verbessern lässt, wenn zusätzlich auf das Verriegelungselement eine Hydraulikkraft wirkt und dadurch der Hydraulikkolben und somit auch das Verriegelungselement nicht nur durch die Federkraft, sondern auch durch eine hydraulische Kraft gehalten und in der Verriegelungsposition fixiert wird.
-
Nach der Erfindung ist daher die Verriegelungskammer mit einem Hydraulikventil über eine zweite Hydraulikleitung verbunden. Die Verriegelungskammer wird dabei mit Hydrauliköl bedarfsweise so beaufschlagt, dass in der Verriegelungsposition der Hydraulikkolben und somit das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition fixiert ist. Mit einfachen Mitteln wird damit die für Schnellwechsler für die Öffnungsbewegung sowieso schon vorhandene Hydraulik genutzt, um den Schnellwechsler in der Verriegelungsposition effektiv zu sichern.
-
Vorzugsweise ist dafür eine hydraulische Steuerung vorgesehen, welche ein Hydraulikventil schaltet, damit entsprechendes Hydrauliköl in der Verriegelungskammer vorhanden ist, sobald sich das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition befindet. Zudem wird das Hydraulikventil so geschaltet, dass das Hydrauliköl entweichen kann, sobald das Verriegelungselement aus der Verriegelungsposition in die Öffnungsposition verfahren wird. Durch einfaches Vorsehen von zumindest einem Hydraulikventil lässt sich jeweils der Hydraulikkolben und somit das Verriegelungselement entsprechend der Steuerung des Hydraulikventils sichern und wieder entsichern.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste Hydraulikleitung und die zweite Hydraulikleitung miteinander verbunden und über eine hydraulische Versorgungsleitung an ein gemeinsames Hydraulikventil angeschlossen. Vorzugsweise ist dabei das Hydraulikventil ein Wegeventil, insbesondere ein 4/2-Wegeventil. Durch einfaches Schalten dieses Hydraulikventils wird das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition gesichert, in dem Hydrauliköl sich in der Verriegelungskammer einstellt, wodurch der Hydraulikkolben durch eine Hydraulikkraft in der Verriegelungsposition fixiert wird. Durch weiteres Schalten des Hydraulikventils kann dann die Öffnungsbewegung gegen die Federkraft ohne weiteres erfolgen, wobei sich dann Hydraulikdruck in der Öffnungskammer einstellt und das Hydrauliköl aus der Verriegelungskammer wieder hinausgedrückt wird.
-
Um insbesondere die Geschwindigkeit des Schnellwechslers beim Verriegeln und Entriegeln zu erhöhen, ist in die zweite Hydraulikleitung ein weiteres Ventil eingebracht, wobei vorzugsweise dann die erste und zweite Hydraulikleitung über eine Verbindungsleitung kurzgeschlossen sind. Dabei ist die Verbindungsleitung mit der zweiten Leitung zwischen der Versorgungsleitung und dem weiteren Ventil verbunden. Ist der Verbindungsbereich der Verbindungsleitung und der zweiten Hydraulikleitung kurz hinter dem weiteren Ventil und das weitere Ventil möglichst nah an dem Hydraulikzylinder mit dem Hydraulikkolben angeordnet, wird eine schnelle Bewegung des Verriegelungselements aus der Verriegelungsposition in die Öffnungsposition ermöglicht.
-
Vorzugsweise wird das weitere Ventil durch eine entsperrbare Rückschlagarmatur gebildet. Insbesondere ist die Rückschlagarmatur durch eine mit der ersten Hydraulikleitung verbundene Steuerleitung verbunden. Bei einem Druckanstieg in der ersten Hydraulikleitung und damit mit Beginn der Öffnungsbewegung wird die Rückschlagarmatur geöffnet, also aufgesteuert. Alternativ zu der entsperrbaren Rückschlagarmatur kann das weitere Ventil durch ein Sicherheitsventil gebildet werden, insbesondere durch ein Proportionalventil mit Druckbegrenzungsfunktion, wie ein Senk-Brems-Ventil. Vor allem bei Verwendung eines Sicherheitsventils anstelle einer entsperrbaren Rückschlagarmatur, kann bei unzulässig hohen Belastungen zwischen Schnellwechsler auf der einen Seite und Adapter mit Werkzeug auf der anderen Seite das Sicherheitsventil das Hydrauliksystem kurzzeitig entlasten, um Beschädigungen der Komponenten des Schnellwechslers zu vermeiden.
-
Die oben angegebene Aufgabe wird für das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 9 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
-
Nach dem Verfahren zum Betreiben eines Schnellwechslers, bei dem ein Verriegelungselement mittels Federkraft in eine Verriegelungsposition verfahren wird und das Verriegelungselement mittels einer hydraulischen Kraft gegen die Federkraft aus der Verriegelungsposition in die Öffnungsposition verfahren wird, hält mit der Erreichen der Verriegelungsposition neben der Federkraft zusätzlich auch eine hydraulische Kraft das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln das Verriegelungselement in der Verriegelungsposition effektiv gesichert. Dabei können bestehende halbhydraulische Systeme ohne weiteres einfach nachgerüstet werden.
-
Vorzugsweise wirkt in der Verriegelungsposition auch eine hydraulische Gegenkraft in Öffnungsrichtung auf das Verriegelungselement über den Hydraulikkolben, so dass das Verriegelungselement in seine beiden Bewegungsrichtungen gesperrt ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens fliest während des Bewegens des Verriegelungselements und somit des Hydraulikkolbens aus der Verriegelungsposition in die Öffnungsposition zumindest ein Teil des zuvor die hydraulische Kraft erzeugenden Hydrauliköls über eine mit einer Verriegelungskammer verbundene zweite Hydraulikleitung, über ein weiteres Ventil, über eine Verbindungsleitung und eine mit einer Öffnungskammer verbundene erste Hydraulikleitung zu der Öffnungskammer des Hydraulikzylinders. Hierdurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit des Schnellwechslers auf einfache Weise erhöht.
-
Gleiches gilt für die umgekehrte Bewegung: Dabei fliest vorzugsweise während des Bewegens aus der Öffnungsposition in die Verriegelungsposition zumindest ein Teil des zuvor die hydraulische Kraft in der Öffnungskammer erzeugenden Hydrauliköls über die mit der Öffnungskammer verbundene erste Hydraulikleitung, über die Verbindungsleitung, über das weitere Ventil und die mit der Verriegelungskammer verbundene zweite Hydraulikleitung zur der Verriegelungskammer.
-
Vorzugsweise wirkt in der Öffnungsposition eine hydraulische Kraft auf den Hydraulikkolben in Öffnungsrichtung und somit auf das Verriegelungselement und gegen die Federkraft, so dass das Verriegelungselement durch die hydraulische Kraft in der Öffnungsposition auch fixiert wird.
-
Die oben angegebene Aufgabe wird für die Schnellwechselvorrichtung durch die Merkmale der Anspruches 14 gelöst.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
-
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Schnellwechselvorrichtung mit einem Schnellwechsler und einem Adapter, wobei der Schnellwechsler mit einem Bagger und der Adapter mit einem Löffel verbunden ist, und
-
2 eine schematische hydraulische Schaltung.
-
1 zeigt eine Schnellwechselvorrichtung 10, über die ein Werkzeug in Form eines Löffels 12 lösbar an einem Bagger 14 befestigt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist vorliegend lediglich der Ausleger des Baggers 14 dargestellt.
-
Die Schnellwechselvorrichtung 10 umfasst einen mit dem Ausleger verbundenen Schnellwechsler 16 und einen am Löffel 12 angeordneten Adapter 18. Über eine später näher beschriebene Verriegelungseinrichtung 32 ist eine mechanische Kopplung zwischen Schnellwechsler 16 und Adapter 18 herstellbar, so dass ein einfacher und schneller Werkzeugwechsel, beispielsweise Ablegen des dargestellten Löffels 12 und Aufnahme eines Hydraulikhammers oder dergleichen, ermöglicht ist.
-
In 2 ist schematisch die Wirkungsweise die Verriegelungseinrichtung 32 des Schnellwechslers 16 dargestellt. In dem Schnellwechsler 16 sind zwei über eine Querstrebe 20 miteinander verbundene Riegelbolzen 22 und 24 dargestellt. Die Querstrebe 20 ist über eine Hydraulikkolbenstange 26 mit einem Hydraulikkolben 28 fest verbunden. Der Hydraulikkolben 28 ist in einem Hydraulikzylinder 30 verschiebbar gelagert.
-
Die Riegelbolzen 22, 24 sind Teil der Verriegelungseinrichtung 32 des Schnellwechslers 16. Die Riegelbolzen 22, 24 greifen in der Verriegelungsposition in entsprechende Aufnahmen des in 2 nicht dargestellten Adapters 18 ein und verriegeln den Schnellwechsler 16 mit dem Adapter 18 und somit mit dem Löffel 12.
-
Auf die beiden Riegelbolzen 22, 24 wirken Federn 34, 36 in Verriegelungsrichtung, welche durch den Pfeil 38 dargestellt ist. Der Pfeil 40 zeigt die Öffnungsrichtung an. Die Riegelbolzen 22, 24 werden zum Verbinden/Kuppeln mit dem Adapter 18 in Verriegelungsrichtung 38 und zum Entkuppeln in die Öffnungsrichtung 40 bewegt.
-
Der Hydraulikkolben 28 teilt den Hydraulikzylinder 30 in eine Verriegelungskammer 42 und eine Öffnungskammer 44. Die Verriegelungskammer 42 ist über eine zweite Hydraulikleitung 46 mit einer Versorgungsleitung 48 verbunden. Die Öffnungskammer 44 ist über eine erste Hydraulikleitung 50 ebenfalls mit der Versorgungsleitung 48 verbunden. In die zweite Hydraulikleitung 46 ist ein entsperrbares Rückschlagventil 52 eingebracht. Zwischen Versorgungsleitung 48 und entsperrbaren Rückschlagventil 52 verbindet eine Verbindungsleitung 54 die erste Hydraulikleitung 50 mit der zweiten Hydraulikleitung 46.
-
Die Versorgungsleitung 48 ist an ein schaltbares 4/2-Wegeventil 56 angeschlossen. Das Hydraulikventil 56 ist in üblicherweise an das Hydrauliksystem angeschlossen, wobei ein Anschluss 56a mit einer eine Hydraulikpumpe führenden Hydraulikleitung 60 und der andere Anschluss 56b mit einer zum Hydrauliktank führenden Hydraulikleitung 58 verbunden ist.
-
Durch diese Anordnung wird ein Schnellwechsler 16 mit integrierter Absperrfunktion geschaffen. Beim Bewegen der Riegelbolzen 22, 24 aus der Verriegelungsposition in die Öffnungsposition wird ein Hydraulikdruck in der Öffnungskammer 44 des Hydraulikzylinders 30 durch entsprechende Schaltung des 4/2-Wegeventils 56 aufgebaut. Zudem wird das Rückschlagventil 52 entsperrt, wodurch das in der Verriegelungskammer 42 befindliche Hydrauliköl sukzessive über die zweite Hydraulikleitung 46, über das entsperrte Rückschlagventil 52, die Verbindungsleitung 54, die erste Hydraulikleitung 50 der Öffnungskammer 44 zugeführt wird. Durch die unterschiedlichen Flächenverhältnisse des Hydraulikkolbens 28 – vollflächige Hydraulikkolbenfläche auf der einen Seite, Ringfläche auf der anderen Seite – ergibt sich auf den Hydraulikkolben 28 in der Öffnungskammer 44 eine Entriegelungskraft, welche größer ist als die Hydraulikkraft in der Verriegelungskammer zuzüglich die sich durch die Federn 34, 36 ergebende Federkraft. Dabei gilt, dass der Hydraulikdruck p × Fläche AStangenquerschnitt > FFeder sein muss. Der Schnellwechsler wird entriegelt, indem die Riegelbolzen 22, 24 in Öffnungsrichtung in die Öffnungsposition verfahren.
-
Beim Verriegelungsvorgang wird nach Umschalten des 4/2-Wegeventils 56 der Druck p in der Öffnungskammer 44 mit dem Tank verbunden, so dass der Druck abfällt. Die Kraft der Federn 34, 36 drückt die Riegelbolzen 22, 24 in Verriegelungsrichtung 38 und der Schellwechsler 16 verriegelt. Dabei wird das Hydrauliköl aus der Öffnungskammer 44 herausgedrückt. Das Volumen im Hydraulikzylinder 30 der Verriegelungskammer 42 vergrößert sich, wodurch eine Sogwirkung entsteht. Das Hydrauliköl, welches aus der Öffnungskammer 44 herausgedrückt wird, fließt gegen den in mobilen Hydraulikanlagen üblicherweise anliegenden Staudruck zunächst über die ersten Hydraulikleitung 50 in Richtung Tank. Durch die leichte Sogwirkung in der Verriegelungskammer 42 fließt das Hydrauliköl von der ersten Hydraulikleitung 50, durch die Verbindungsleitung 54, durch das Rückschlagventil 52, die zweite Hydraulikleitung 46 zu der Verriegelungskammer 42 des Hydraulikzylinders 30 und füllt den sich vergrößernden Raum gänzlich mit Hydrauliköl auf. Werden nun die Riegelbolzen 22, 24 in Öffnungsrichtung 40 mit einer Kraft belastet, welche die Kraft der Federn 34, 36 übersteigt, schließt das entsperrbare Rückschlagventil 52 das Hydrauliköl in der Verriegelungskammer 42 des Hydraulikzylinders 30 ein und blockiert dabei hydraulisch die Verriegelungseinrichtung 32. Damit wird eine weit größere Haltekraft der Verriegelungseinrichtung 32 des Schnellwechslers 16 erzielt, als durch die übliche reine Federbeaufschlagung durch die Federn 34, 36.
-
Die Erfindung zeichnet sich somit gegenüber dem Stand der Technik durch eine hydraulisch betriebene Schnellwechselvorrichtung 10 aus, bei dem die mechanische Verriegelungsfunktion zusätzlich hydraulisch unterstützt wird. Alle hierfür erforderlichen Komponenten sind in einen hydraulischen Blockzylinder integrierbar. Trotz der Doppelbeaufschlagung des Hydraulikzylinders 30 wird sowohl für die Bewegung in Öffnungsrichtung 40 als auch für die Bewegung in Verriegelungsrichtung 38 nur ein hydraulischer Anschluss 56c an das Hydraulikventil 56 benötigt, was die Installationskosten deutlich senkt. Der Anschluss 56c ist mit der Versorgungsleitung 48 verbunden. Der Anschluss 56d ist gesperrt.
-
Anstelle des entsperrbaren Rückschlagventils 52 kann auch ein Sicherheitsventil des Hydraulikventils 56, beispielsweise ein Proportionalventil, wie ein Senk-Brems-Ventil verwendet werden. Durch dieses Ventil kann das Hydrauliksystem kurzzeitig entlastet werden, um Beschädigungen der Komponenten des Schnellwechslers 16 zu vermeiden.
-
Zudem ist eine Steuerung 62 vorgesehen, welche über eine Leitung 64 das Hydraulikventil 56 zum Verriegeln und Entriegeln des Schnellwechslers 16 schaltet. Über eine Steuerleitung 66 ist die erste Hydraulikleitung 50 mit dem Rückschlagventil 52 verbunden. Bei einem Druckanstieg in der ersten Hydraulikleitung 50 und damit einer Bewegung des Hydraulikkolbens 28 und somit der Riegelbolzen 22, 24 aus der Verriegelungsposition in die Öffnungsposition wird das Rücklagventil 52 aufgesteuert, also geöffnet. Hydrauliköl kann aus der Verriegelungskammer 42 über die zweite Hydraulikleitung 46 und das geöffnete Rückschlagventil 52 entweichen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Schnellwechselvorrichtung
- 12
- Löffel
- 14
- Bagger
- 16
- Schnellwechsler
- 18
- Adapter
- 20
- Querstrebe
- 22
- Riegelbolzen – oben
- 24
- Riegelbolzen – unten
- 26
- Hydraulikkolbenstange
- 28
- Hydraulikkolben
- 30
- Hydraulikzylinder
- 32
- Verriegelungseinrichtung
- 34
- Feder – oben
- 36
- Feder – unten
- 38
- Verriegelungsrichtung
- 40
- Öffnungsrichtung
- 42
- Verriegelungskammer
- 44
- Öffnungskammer
- 46
- zweite Hydraulikleitung
- 48
- Versorgungsleitung
- 50
- erste Hydraulikleitung
- 52
- entsperrbares Rückschlagventil
- 54
- Verbindungsleitung
- 56
- 4/2-Wegeventil
- 56a
- Anschluss an Hydraulikleitung 60 – links
- 56b
- Anschluss an Hydraulikleitung 58 – rechts
- 56c
- Anschluss an Versorgungsleitung 48
- 56d
- gesperrter Anschluss
- 58
- Hydraulikleitung – Tank
- 60
- Hydraulikleitung – Hydraulikpumpe
- 62
- Steuerung
- 64
- Steuerleitung
- 66
- Steuerleitung
