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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Wechselrahmen für eine Ladervorrichtung, insbesondere für einen Frontlader, Teleskoplader, Kompaktlader, Schwenklader, Radlader oder Hoflader.
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Hintergrund der Erfindung
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Frontlader, Teleskoplader, Kompaktlader und andere sind Ladervorrichtung, die zur Verrichtung von Stapelarbeiten, Planierarbeiten, Schaufelarbeiten, Räumarbeiten usw. vorgesehen sind. Hierzu weist die Ladervorrichtung einen oder mehrere schwenkbare Ausleger auf, an dem bzw. an denen ein Arbeitswerkzeug befestigt ist.
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Im Falle eines Frontladers sind zwei Ausleger vorgesehen, die üblicherweise über Querstreben miteinander gekoppelt sind und mittels Hubzylindern angehoben und abgesenkt werden können. Im Unterschied zum Frontlader weist der Teleskoplader nur einen Ausleger auf. Mittels einer oder mehrerer Stelleinrichtungen kann eine Kippbewegung des Werkzeugs am Ende des oder der Ausleger durchgeführt werden. Ferner ist bekannt, dass der oder die Ausleger in der Länge veränderbar vorgesehen sein können, um den Aktionsradius für das Werkzeug zu vergrößern.
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Um den oder die Ausleger modulartig mit unterschiedlichen Werkzeugen bestücken zu können, werden im Stand der Technik sogenannte Wechselrahmen eingesetzt. Ein solcher Wechselrahmen ist beispielhaft in der 1 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 1' bezeichnet. Der Wechselrahmen 1' ist mit den beiden Auslegern 100' einer nicht dargestellten Ladervorrichtung gekoppelt. Der Wechselrahmen 1' weist einen Rahmen 2' auf, an dem ein nicht dargestelltes Werkzeug, wie beispielsweise eine Schaufel oder eine Gabel angebracht werden kann. Der Rahmen 2' weist einen oberen und unteren Holm 3' und 4' auf, die über Seitenplatten 5' und 6' miteinander verbunden sind und zusammen den um Wesentlichen rechteckförmigen Rahmen 2' aufspannen. Zur Stabilisierung oder Verstärkung des Wechselrahmens 1' können weitere Verstrebungen vorgesehen sein, die in der 1 angedeutet sind. Der Wechselrahmen 1' steht mit Hydraulikeinrichtungen 101' der Ausleger 100' in Verbindung, mit denen eine Kippbewegung des Wechselrahmens 1' und damit eines ggf. daran angebrachten Werkzeugs um eine im Wesentlichen horizontale Achse B' realisiert werden kann.
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Der Wechselrahmen 1' der 1 ist bis auf den einen Freiheitsgrad der Schwenkbarkeit um die horizontale Achse B' fest mit den Auslegern 100 verbunden. Ferner weist der Wechselrahmen 1' keine weiteren Freiheitsgrade zum Kippen, Drehen oder Schwenken des Werkzeugs auf. Insbesondere ist mit dem herkömmlichen Wechselrahmen ein Seitenneigungsausgleich, etwa bei einer ungleichen Lastverteilung oder bei einer Schrägstellung der Ladervorrichtung im Gelände nicht möglich. Eine beliebige Beweglichkeit des Werkzeugs ist auch nicht unbedingt erwünscht, da dies in der Regel technisch aufwendige Konstruktionen erfordert, die wartungsanfällig sind und die Robustheit bzw. Stabilität beeinträchtigen können.
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Die
US 5 562 398 A beschreibt einen Kompaktlader, bei dem das Werkzeug, das hier eine Schaufel ist, zusätzlich zum oben beschriebenen Freiheitsgrad um eine horizontale Längsachse gedreht werden kann. Dazu weist der Kompaktlader zwei parallele Ausleger auf, an deren Ende sich eine Platte befindet, die über ein Drehelement mit der Schaufel verbunden ist. Die Drehwelle in Längsrichtung befindet sich mittig zwischen den beiden Auslegern und im oberen Bereich der Platte. Die Drehung um die horizontale Längsachse erfolgt in der
US 5 562 398 A hydraulisch und zum Zweck des seitlichen Abkippens von Material aus der Schaufel, wodurch vergleichsweise große Kippwinkel um die horizontale Längsachse realisierbar sind.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wechselrahmen für eine Ladervorrichtung bereitzustellen, der einen Seitenneigungsausgleich der Ladervorrichtung auf technisch robuste, kompakte, leichtgewichtige und wartungsarme Weise ermöglicht.
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Die Aufgabe wird mit einem Wechselrahmen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen folgen aus den Unteransprüchen.
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Der Wechselrahmen gemäß der Erfindung ist mit einem oder mehreren Auslegern einer Ladervorrichtung, etwa einem Frontlader, Teleskoplader, Kompaktlader, Schwenklader, Radlader oder Hoflader gekoppelt oder koppelbar. Die Ladervorrichtung ist üblicherweise ein Fahrzeug, etwa ein Traktor. Durch die Position und Lage der Ladervorrichtung im Benutzungszustand sind die Bezeichnungen „rechts”, „links”, „oben” und „unten” eindeutig bestimmt. Damit sind auch die Lagen einer „horizontalen Längsachse”, „horizontalen Ebene”, „vertikalen Ebene”, „Breitenrichtung”, „Längsrichtung” usw. eindeutig bestimmt.
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Der Wechselrahmen ist mit einem Werkzeug verbunden oder verbindbar. Insbesondere ist der Wechselrahmen als Modul zur Aufnahme und zum Auswechseln verschiedener Werkzeuge, wie beispielsweise einer Schaufel, einer Gabel usw. vorgesehen. Außerdem ist der Wechselrahmen wie herkömmlich vorzugsweise um eine horizontale Achse in Breitenrichtung der Ladervorrichtung relativ zu dem Ausleger bzw. den Auslegern schwenkbar bzw. kippbar.
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Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Wechselrahmen einen Mechanismus zum Kippen des Werkzeugs um eine Ausgleichsachse auf. Die Ausgleichsachse verläuft bezüglich der Ladervorrichtung im Wesentlichen horizontal und in Längsrichtung. Mit anderen Worten ermöglicht der Wechselrahmen neben dem bevorzugten herkömmlichen Kippen des Werkzeugs um die horizontale Achse in Breitenrichtung zusätzlich ein Kippen um die Längsachse.
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Erfindungsgemäß ist die Ausgleichsachse von einer vertikalen Ebene, welche den Schwerpunkt des Wechselrahmens schneidet, nach rechts oder links versetzt. In dem Fall, in dem der Wechselrahmen ein Rechteck aufspannt, liegt die Ausgleichsachse somit nicht in einer Ebene, welche das Rechteck in vertikaler Richtung symmetrisch halbiert. Die Ausgleichsachse ist somit seitlich, nach rechts oder links von der Mitte des Wechselrahmens versetzt. Durch die seitliche Lage des Drehpunkts für das Schwenken um die Ausgleichsachse wird der gewünschte Seitenneigungsausgleich mit geringer Kraft bewerkstelligt. Ein zentraler Drehpunkt würde einen erheblichen konstruktiven Aufwand zur Stabilisierung der Drehung erfordern, insbesondere im Falle großer und sehr ungleich verteilten Lasten. Der Wechselrahmen der Erfindung weist ein geringes Gewicht auf und vermeidet eine erhebliche Sichtbehinderung, die im Falle eines zentralen Drehpunkts vorhanden wäre. Die seitliche Versetzung des Drehpunkts und die damit verbundenen Vorteile sind unter anderem auch deshalb technisch sinnvoll, weil für den Zweck des Seitenneigungsausgleichs keine ausgesprochen großen Schwenkwinkel erzielbar sein müssen.
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Vorzugsweise schneidet die Ausgleichsachse den Wechselrahmen im unteren Bereich. In dem oben beschriebenen Fall, in dem der Ausgleichsrahmen ein Rechteck aufspannt, schneidet die Ausgleichsachse das Rechteck in der unteren Hälfte bezüglich einer horizontalen Halbierenden, bevorzugt schneidet die Ausgleichsachse den Wechselrahmen in der Nähe oder direkt an der unteren Seite. Dadurch kann der Bewegungsradius des Werkzeugs beim Kippen um die Ausgleichsachse klein gehalten werden, was für den Zweck des Seitenneigungsausgleichs besonders vorteilhaft ist.
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In dem Fall, in dem der Wechselrahmen ein Rechteck aufspannt, verläuft die Ausgleichsachse vorzugsweise im Wesentlichen durch eine untere Ecke des Rahmens. Ferner ist bevorzugt, dass die Ausgleichsachse im Wesentlichen senkrecht auf dem Rechteck steht. Der Grad des herzustellenden Seitenneigungsausgleichs hängt nicht nur von der Lage der Ladervorrichtung im Gelände und von der Lastverteilung am Werkzeug ab, sondern auch von der Stellung des bzw. der Ausleger und vom Kippwinkel um die horizontale Achse in Breitenrichtung. In Abhängigkeit der Lage der Ausleger und des herkömmlichen Kippwinkels führt ein Seitenneigungsausgleich um die Ausgleichsachse ggf. auch zu einer unerwünschten Drehung um eine oder mehrere andere Achsen. Aus diesem Grund kann das Kippen um die Ausgleichsachse so bewerkstelligt werden, dass nicht gewünschte Drehwinkel kompensiert werden. Dies kann dadurch erzielt werden, dass die Ausgleichsachse nicht exakt senkrecht auf dem Wechselrahmen bzw. der vom Wechselrahmen aufgespannten Ebene stehen. Vielmehr sind Abweichungen um einige Grad möglich. Die Lage der Ausgleichsachse relativ zum Wechselrahmen kann sich sogar in Abhängigkeit vom Kippwinkel um die Ausgleichsachse ändern.
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Vorzugsweise wird das Kippen um die Ausgleichsachse über ein hydraulisches Betätigungsmittel bewirkt. Hierzu kann ein oder können mehrere Hydraulikzylinder vorgesehen sein, der bzw. die vorzugsweise auf der der Ausgleichsachse gegenüberliegenden Seite des Wechselrahmens vorgesehen ist bzw. sind, bezüglich der vertikalen Ebene, welche den Schwerpunkt des Wechselrahmens schneidet. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Einstellung des Kippwinkels um die Ausgleichsachse manuell oder automatisch, insbesondere elektronisch erfolgen kann. Beispielsweise kann ein Sensor vorgesehen sein, der die Schrägstellung der Ladervorrichtung im Gelände und/oder die Lastenverteilung am Werkzeug misst und daraufhin den optimalen Kippwinkel um die Ausgleichsachse einstellt.
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Vorzugsweise weist der Wechselrahmen eine Schiene und eine Rolle auf, die technisch zusammenwirken, um die Kippbewegung um die Ausgleichsachse zu führen. Die Schiene und die Rolle sind an zwei Teilen des Wechselrahmens vorgesehen, die gegeneinander um die Ausgleichsachse schwenkbar sind. Hierbei befinden sich die Schiene und die Rolle vorzugsweise auf der der Ausgleichsachse gegenüberliegenden Seite des Wechselrahmens, bezüglich der vertikalen Ebene, welche den Schwerpunkt des Wechselrahmens schneidet. Insbesondere ist es bevorzugt, dass sich die Schiene und die Rolle möglichst weit am seitlichen Rand des Wechselrahmens befinden, der dem Rand, an dem sich die Ausgleichsachse befindet, gegenüberliegt. Die Schiene ist hierbei vorzugsweise entlang einer Kontur gekrümmt, die der Kippbewegung um die Ausgleichsachse entspricht. Mit anderen Worten beschreibt die Schiene vorzugsweise ungefähr einen Kreisbogen um die Ausgleichsachse.
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Alternativ kann die Führung der Kippbewegung mittels eines Langlochs und eines Stifts, einer Nut/Feder-Konstruktion, eines Drehkreuzes, einer Lenkerkonstruktion, einer Hebelkonstruktion ggf. aus mehreren sich parallel verschiebenden oder drehenden Holmen oder anders bewerkstelligt werden. Allgemein gesprochen sind vorzugsweise somit ein Führungsmittel und ein geführtes Mittel vorgesehen, die technisch zusammenwirken, um die Kippbewegung um die Ausgleichsachse zu stabilisieren. Wenn oben und im Folgenden der Einfachheit halber von Rolle und Schiene die Rede ist, können die entsprechenden Merkmale allgemein für das Führungsmittel und das geführte Mittel angewendet werden. Insbesondere kann das Führungsmittel wie oben und im Folgenden beschrieben gekrümmt sein.
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Vorzugsweise ist die Schiene auch in einer Richtung gekrümmt, die nicht in der Ebene des obigen Kreisbogens liegt, oder allgemeiner gesprochen, nicht in der Ebene liegt, die senkrecht auf der Ausgleichsachse steht. Die Krümmung entlang einer solchen Zusatzrichtung ist vorgesehen, wenn eine Kompensation von Drehungen um „nicht gewollte” Drehachsen bewerkstelligt werden soll, die in Abhängigkeit von der Lage des Werkzeugs stattfinden können, wie es oben beschrieben ist. Wenn eine solche Kompensation stattfinden soll, ist die Lage der Ausgleichsachse in Abhängigkeit des Schwenkwinkels um selbige veränderlich. Eine solche Beweglichkeit kann beispielsweise über ein Kugelgelenk am Drehpunkt auf der Ausgleichsachse realisiert werden.
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Vorzugsweise ist der Wechselrahmen zur Verwendung mit einem Frontlader oder Teleskoplader vorgesehen und geeignet. Insbesondere für Frontlader und Teleskoplader, aber auch für Kompaktlader und andere ist ein Seitenneigungsausgleich der oben beschriebenen Art wünschenswert. Indem der Mechanismus zum Seitenneigungsausgleich im Wechselrahmen integriert ist, kann der Seitenneigungsausgleich auf technisch einfache, robuste, leichte und wartungsarme Art und Weise, ohne erhebliche Sichtbehinderung, vorgenommen werden, ohne dass eine konstruktive Anpassung der Ladervorrichtung und/oder des Werkzeugs erforderlich ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen hervor. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Wechselrahmen aus dem Stand der Technik.
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2 zeigt einen Wechselrahmen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die 3, 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform des Wechselrahmens gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Ansichten.
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Die 6, 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform des Wechselrahmens gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Ansichten.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Die 2 zeigt einen Wechselrahmen 1, der an zwei Auslegern 100 einer darüber hinaus nicht dargestellten Ladervorrichtung angebracht ist. Der Wechselrahmen 1 weist einen rechteckförmigen Rahmen 2 auf, der wiederum aus einem oberen 3 und unteren 4 Holm und einer rechten 5 und linken 6 Seitenplatte aufgebaut ist und ein Rechteck aufspannt. Weitere Elemente zur Stabilisierung oder Verstärkung des Wechselrahmens 1, wie beispielsweise Verstrebungen können vorgesehen sein und sind in der 2 angedeutet, jedoch nicht näher bezeichnet.
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Der Wechselrahmen 1 ist über Hydraulikzylinder 101 an den Auslegern 100 befestigt, sodass der Wechselrahmen 1 um eine horizontale Achse in Breitenrichtung B nach vorn und hinten gekippt werden kann.
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Zusätzlich dazu kann der Wechselrahmen 1 um eine Ausgleichsachse A gekippt werden, die ungefähr senkrecht auf dem Rechteck steht, dass durch den Rahmen 2 aufgespannt wird. In der 2 ist der Wechselrahmen 1 in drei Stellungen dargestellt, um die seitliche Kippbewegung um die Ausgleichsachse A zu zeigen. Der Drehpunkt dieser Kippbewegung befindet sich ungefähr in der linken unteren Ecke des durch den Rahmen 2 aufgespannten Rechtecks. Der Drehpunkt ist somit seitlich von einer vertikalen Ebene, welche den Schwerpunkt des Wechselrahmens 1 schneidet, versetzt. Die hier angesprochene vertikale Ebene ist in der 2 nicht eingezeichnet; sie steht senkrecht auf dem Rahmen 2 und halbiert diesen in vertikaler Richtung. Als Schwerpunkt ist hier der geometrische Schwerpunkt des Rahmens 2 gemeint.
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Ein Betätigungsmittel zum Schwenken des Rahmens 2 um die Ausgleichsachse A, etwa ein Hydraulikzylinder, ist vorgesehen, jedoch in der 2 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
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Während der Wechselrahmen 1 der 2 in erster Linie für einen Frontlader vorgesehen ist, zeigen die 3 bis 5 einen Wechselrahmen 1, der zur Anbringung an einem Teleskopausleger 102 eines Teleskopladers vorgesehen ist. Hierbei ist die 3 eine Vorderansicht auf den Wechselrahmen 1, die 4 eine Seitenansicht und die 5 eine Draufsicht.
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In den 3 bis 5 ist der Teleskoparm des darüber hinaus nicht dargestellten Teleskopladers mit dem Bezugszeichen 102 bezeichnet. An diesen ist ein Wechselrahmen 20 angebracht. Wie in der vorangegangenen Ausführungsform ist der Wechselrahmen 20 um eine horizontale Achse in Breitenrichtung B kippbar. Dazu ist der Wechselrahmen 20 über eine Welle 103 mit dem Teleskoparm bzw. Teleskopausleger 102 verbunden.
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Außerdem ist der Wechselrahmen 20 um die Ausgleichsachse A drehbar, die von der Mitte des rechteckförmigen Wechselrahmens 20 seitlich um einen Abstand a versetzt ist. Die vertikale Ebene, welche den Wechselrahmen im geometrischen Schwerpunkt schneidet, ist hier mit VE bezeichnet. In der Ausführungsform der 3, 4 und 5 wird auch ein rechteckiger Rahmen aufgespannt. Die Ebene des Rechtecks ist in der 3 die Papierebene und steht in den 4 und 5 senkrecht auf der Papierebene. In der 3 ist der Wechselrahmen 20 in drei Kippstellungen um die Ausgleichsachse A gezeigt.
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Ferner geht aus dieser Figur ein Hydraulikzylinder 21 hervor, der über einen Stift 22 und ein Langloch 23 die Kippbewegung um die Ausgleichsachse A bewirkt. Geführt wird die Bewegung durch ein Gleiten des Stifts 22 im Langloch 23.
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Eine weitere Ausführungsform des Wechselrahmens 40 ist in den 6, 7 und 8 gezeigt. Die 6 zeigt eine Vorderansicht auf den Wechselrahmen 40 im gekippten Zustand. Die 7 und 8 sind Detailansichten des Betätigungsmechanismus zum Kippen des Wechselrahmens 40.
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Aus der 6 geht ein oberer Holm 41 und ein unterer Holm 42 hervor, die zusammen mit seitlichen Platten 43 und 44 einen rechteckförmigen, kippbaren Rahmen aufspannen. Der kippbare Rahmen ist relativ zu einem Grundteil 45 des Wechselrahmens 40 kippbar bzw. schwenkbar, der wiederum mit nicht dargestellten Auslegern einer Ladervorrichtung verbindbar ist.
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In 6 ist ein Gelenk 46 gezeigt, um das der Rahmen 41, 42, 43, 44 kippbar ist. Die Ausgleichsachse A, um die die Kippbewegung erfolgt, steht ungefähr senkrecht auf der Papierebene der 6 und verläuft durch das Gelenk 46.
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Die 7 und 8 sind Detailansichten des Betätigungsmechanismus zum Kippen des Rahmens 41, 42, 43, 44 um die Ausgleichsachse A. Die Bewegung wird von einem Hydraulikzylinder 47 bewirkt. Darüber hinaus findet eine Führung entlang einer Schiene 48 statt. Eine Rolle 49 läuft auf einer Lauffläche der Schiene 48, wodurch die Kippbewegung um die Ausgleichsachse A geführt und stabilisiert wird. Die Schiene 48 ist sowohl in der Ebene gekrümmt, die senkrecht auf der Ausgleichsachse A steht, als auch entlang einer dazu senkrechten Komponente. Damit können für eine typische Stellung der Ausleger und des Werkzeugs nicht gewollte Drehkomponenten beim Seitenneigungsausgleich kompensiert werden.
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Die oben dargestellten beispielhaften Ausführungsformen realisieren die Erfindung auf technisch robuste und wartungsarme Art und Weise. Zudem sind die gezeigten Wechselrahmen vergleichsweise leicht und werden über einen technisch besonders einfachen Betätigungsmechanismus betätigt, was insbesondere deshalb möglich ist, weil die Ausgleichsachse nicht zentral bezüglich des Wechselrahmens vorgesehen ist, sondern seitlich versetzt.
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Der hier dargestellte Seitenneigungsausgleich ist für Radlader (Schaufellader), Frontlader (für Schlepper, Zugmaschinen), Teleskoplader, Schwenklader, Kompaktlader und Hoflader mit Hubschwinge oder Hubarm (der oder die auch seitlich versetzt sein können) mit oder ohne Teleskopeinheit geeignet.
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Der Mechanismus zum Seitenneigungsausgleich ist Teil des Wechselrahmens oder an diesem vorgesehen. Dadurch ist es nicht erforderlich, dass die Werkzeuge und/oder Ausleger der Ladervorrichtung auf besondere Weise für diese zusätzliche Funktionalität angepasst werden. Durch die vergleichsweise geringe Neigungsbewegung (eine sehr große Neigungsbewegung ist für den hier beschriebenen Seitenneigungsausgleich nicht erforderlich) ist eine sehr kompakte Bauweise mit geringem Zusatzgewicht realisierbar. Darüber hinaus kann die zusätzliche Funktionalität des Seitenneigungsausgleichs preiswert hergestellt werden, sie ist unempfindlich gegen Schmutz und äußerst langlebig. Eine hydraulische Betätigung ist bevorzugt.
