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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von schwerem Schnittgut, insbesondere von Bäumen, mit einem Greif- und Schneidwerk, das mittels eines Befestigungselements am Auslegerarm einer Arbeitsmaschine befestigbar ist, wobei zwischen dem Befestigungselement und dem Greif- und Schneidwerk ein Drehwerk mit einem Hydraulikantrieb zur Erzeugung eines Drehmoments auf das Greif- und Schneidwerk um eine Drehachse des Drehwerks angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In der Holzindustrie und der Forstwirtschaft werden etwa zum Schneiden von Bäumen große Arbeitsmaschinen eingesetzt, die an einem Auslegerarm mit einem Greif- und Schneidwerk versehen sind, mit deren Hilfe sie Baumstämme umfassen und durchtrennen können. Der Auslegerarm verfügt über hydraulische Stellelemente, mit denen der Auslegerarm bewegt werden kann. Das Greif- und Schneidwerk verfügt über einen Greifer, dessen Greifarme mit weiteren hydraulischen Stellelementen geöffnet und geschlossen werden können, wobei optional ein zusätzlicher Sammelgreifer vorgesehen sein kann, der ebenfalls hydraulisch geöffnet und geschlossen werden kann. Das Greif- und Schneidwerk verfügt des Weiteren über ein Schneidwerk, das mit zusätzlichen hydraulischen Stellelementen den Schnittvorgang bewerkstelligt. Das Schneidwerk kann etwa in Form einer relativ zu einem Widerlager beweglichen Schwinge mit einer daran befestigten Schneidplatte ausgeführt sein und ermöglicht es die erfassten Baumstämme zu durchtrennen. In weiterer Folge kann der Auslegerarm in Zusammenwirken mit dem Drehwerk den Baum entweder zur Seite legen oder einer Maschine zur Zerkleinerung oder Weiterverarbeitung zuführen. Entsprechende Arbeitsmaschinen wurden in der
EP 2719274 A1 ,
WO 2011046535 A1 ,
WO 2015021400 A1 ,
US 2011132495 A1 und der
US 6123124 A beschrieben.
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Wird ein Baumstamm umfasst, so ist das Greif- und Schneidwerk mit einer im Wesentlichen vertikalen Schwenkachse der Greifer und des Schneidwerks orientiert. Die Drehachse des Drehwerks ist dabei im Wesentlichen horizontal orientiert. Beim Ablegen eines durchtrennten Baumstammes wird das Drehwerk mithilfe von Hydraulikantrieben so betätigt, dass das Greif- und Schneidwerk, das den Baumstamm unmittelbar nach dem Durchtrennen in einer im wesentlichen vertikalen Ausrichtung hält, in eine Position verschwenkt, in der der durchtrennte Baumstamm im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist und am Boden abgelegt werden kann. Falls das Drehwerk dabei so positioniert ist, dass dessen Drehachse horizontal orientiert ist, wirken bei diesem Vorgang hohe Drehmomente auf das Drehwerk und dessen Hydraulikantriebe.
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Starke Belastungen des Drehwerks und seines Hydraulikantriebes können daher in der Praxis nicht vermieden werden. Um eine Beschädigung des Drehwerks, seines Hydraulikantriebes und der sie verbindenden Antriebsmechanik zu verhindern ist daher ein Druckbegrenzungsventil im Hydraulikkreis vorgesehen, das immer dann öffnet, wenn ein Maximaldruck im Hydraulikkreis überschritten wird. Dieser Maximaldruck ist in der Regel aber vergleichsweise gering eingestellt, um die vorerwähnten Beschädigungen zu verhindern, sodass auch die maximalen Drehmomente, die das Drehwerk auf das Greif- und Schneidwerk ausüben und aufnehmen kann, entsprechend begrenzt sind. Eine größere Dimensionierung des Hydraulikantriebes ist wiederum wegen des größeren Gewichts und des benötigten größeren Volumens an Hydraulikflüssigkeit aufgrund der geforderten Mobilität der Vorrichtung wenig praktikabel.
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Es ist daher das Ziel der Erfindung, das vom Drehwerk für das Verschwenken des Greif- und Schneidwerks bereitgestellte und das im Zuge des Umlegens von schwerem Schnittgut unbeschadet aufgenommene Drehmoment auf einfache und für einen mobilen Einsatz praktikable Weise zu erhöhen.
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Dieses Ziel wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schneiden von schwerem Schnittgut, insbesondere von Bäumen, mit einem Greif- und Schneidwerk, das mittels eines Befestigungselements am Auslegerarm einer Arbeitsmaschine befestigbar ist, wobei zwischen dem Befestigungselement und dem Greif- und Schneidwerk ein Drehwerk mit einem Hydraulikantrieb zur Erzeugung eines Drehmoments auf das Greif- und Schneidwerk um eine Drehachse des Drehwerks angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird dabei vorgeschlagen, dass am Befestigungselement ein Neigungssensor angeordnet ist, der über eine Steuerschaltung mit dem Hydraulikantrieb verbunden ist, wobei die Steuerschaltung in Abhängigkeit von dem vom Neigungssensor ermittelten Neigungswinkel der Drehachse zur Lotrichtung den Hydraulikantrieb von einem ersten Betriebsmodus mit niedrigerem Drehmoment in einen zweiten Betriebsmodus mit höherem Drehmoment umschaltet. Erfindungsgemäß werden somit zumindest zwei Betriebsmodi verwirklicht, bei denen das Drehwerk jeweils unterschiedliche Drehmomente auf das Greif- und Schneidwerk ausübt und somit auch jeweils unterschiedliche maximale Drehmomentbelastungen aufnehmen kann. Das Umschalten zwischen den Betriebsmodi erfolgt automatisch mithilfe eines Neigungssensors, der den Neigungswinkel der Drehachse des Drehwerks zur Lotrichtung ermittelt oder zumindest das Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwinkels detektiert. Der Neigungssensor kann etwa als Neigungsschalter ausgeführt sein, der immer dann ein Stellsignal generiert, wenn ein vorgegebener Grenzwinkel über- oder unterschritten wird. Falls das Drehwerk mittels des Auslegerarmes so positioniert ist, dass dessen Drehachse horizontal steht, etwa beim Schneiden eines Baumstammes, so erkennt der Neigungssensor diese Positionierung und schaltet den Hydraulikantrieb in den zweiten Betriebsmodus mit höherem Drehmoment. Diese Positionierung des Drehwerks ist insofern kritisch, als bei Betätigung des Drehwerks zum Umlegen des Baumstammes ein hohes Drehmoment auf das Drehwerk und seinen Hydraulikantrieb wirkt. Dieses Drehmoment kann durch gleichzeitiges Verschwenken des Drehwerks mithilfe des Auslegerarmes verringert werden, indem sich die Drehachse von ihrer ursprünglich horizontalen Lage in Richtung einer vertikalen Lage ändert. Sobald der Neigungssensor einen Neigungswinkel detektiert, der einen vorgegebenen Grenzwinkel unterschreitet, wird in einen ersten Betriebsmodus umgeschaltet, bei dem der Hydraulikantrieb ein niedrigeres Drehmoment ausübt. Bei bestimmten Ausführungsvarianten ist ein solcher Betriebsmodus auch mit einer höheren Stellgeschwindigkeit verbunden, sodass dieser Betriebsmodus im Folgenden auch als Eilgang bezeichnet wird, wie noch näher beschrieben werden wird. Sobald der durchtrennte Baumstamm abgelegt wurde und das Drehwerk mithilfe des Auslegerarmes wieder so verschwenkt wird, dass dessen Drehachse in Richtung der Horizontalen bewegt wird, schaltet der Neigungssensor den Hydraulikantrieb automatisch wieder in den zweiten Betriebsmodus um, sobald der Neigungssensor einen Neigungswinkel der Drehachse zur Lotrichtung detektiert, der einen vorgegebenen Grenzwinkel überschreitet. Es wird zwar weiterhin ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, das aber nun auf einen höheren Maximaldruck im Hydraulikkreis eingestellt werden kann.
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Vorzugsweise umfasst der Hydraulikantrieb zumindest zwei Hydraulikmotoren, wobei in einem ersten Betriebsmodus lediglich einer der zumindest zwei Hydraulikmotoren aktiviert ist, und in einem zweiten Betriebsmodus zumindest zwei Hydraulikmotoren. Der Neigungssensor bewirkt somit mittels einer hydraulischen Steuerschaltung die Zuschaltung und Abschaltung eines zweiten Hydraulikkreises. Mithilfe eines zweiten Hydraulikmotors kann das Drehmoment des Drehwerks somit erhöht werden, in der Regel verdoppelt werden.
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Um den baulichen Aufwand zu verringern kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Hydraulikantrieb zumindest zwei Hydraulikmotoren umfasst, wobei in einem ersten Betriebsmodus die Hydraulikmotoren in Reihe geschaltet sind und in einem zweiten Betriebsmodus parallel geschaltet sind. Es wirken somit stets zwei Hydraulikmotoren auf das Drehwerk, erzeugen dabei aber unterschiedliche Drehmomente. Im Parallelbetrieb erzeugen die Hydraulikmotoren ein hohes Drehmoment bei halber Geschwindigkeit, da sich die Hydraulikflüssigkeit auf zwei Hydraulikmotoren aufteilt. In Reihenschaltung ergibt sich hingegen im Vergleich zur Parallelschaltung das halbe Drehmoment bei doppelter Stellgeschwindigkeit der Hydraulikmotoren.
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Eine konkrete Ausführungsform sieht etwa vor, dass das Drehwerk einen Drehkranz umfasst, und die zumindest zwei Hydraulikmotoren im Umfangsbereich des Drehkranzes angeordnet sind und jeweils einen Schneckentrieb aufweisen, der mit dem Drehkranz kämmt. Dabei wäre es grundsätzlich auch denkbar, dass anstelle von Hydraulikmotoren Hydraulikzylinder verwendet werden, die beispielsweise über eine Zahnstange mit dem Drehkranz kämmen. Sofern in der vorliegenden Beschreibung von Hydraulikmotoren die Rede ist sind somit auch Hydraulikzylinder mitumfasst.
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Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen hierbei die
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1 eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines Greif- und Schneidwerks gemäß dem Stand der Technik,
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2 das Greif- und Schneidwerk gemäß 1 bei geschlossenen Greifern, geschlossenem Sammelgreifer und geschlossenem Schneidwerk,
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3 das Greif- und Schneidwerk gemäß der 2 bei geöffneten Greifern, geöffnetem Sammelgreifer und geöffnetem Schneidwerk,
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4 eine Arbeitsmaschine mit Auslegerarm und einem daran befestigten Greif- und Schneidwerk in einer Positionierung des Drehwerks, bei der der Neigungssensor den Hydraulikantrieb in einen zweiten Betriebsmodus mit höherem Drehmoment schaltet, und die
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5 eine Arbeitsmaschine mit Auslegerarm und einem daran befestigten Greif- und Schneidwerk in einer Positionierung des Drehwerks, bei der der Neigungssensor den Hydraulikantrieb in einen ersten Betriebsmodus mit niedrigerem Drehmoment schaltet.
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Anhand der 1 werden zunächst Aufbau und Funktion eines Drehwerks mit angebautem Greif- und Schneidwerk erläutert. An einem Mittelteil 1 eines Greif- und Schneidwerks ist ein Greifer 2 befestigt, dessen Greifarme hydraulisch geschlossen und geöffnet werden können, Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei die hydraulischen Leitungen nicht eingezeichnet. Des Weiteren ist am Mittelteil 1 ein Schneidwerk 3 befestigt, das mit zusätzlichen hydraulischen Stellelementen den Schnittvorgang bewerkstelligt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schneidwerk 3 in Form einer relativ zu einem Widerlager hydraulisch bewegten Schwinge 4 mit einer daran befestigten Schneidplatte 5 ausgeführt, die den erfassten Baumstamm durchtrennt. Optional kann ferner ein zusätzlicher Sammelgreifer 6 vorgesehen sein, der ebenfalls hydraulisch geöffnet und geschlossen werden kann. Die Bedienung der genannten hydraulischen Elemente erfolgt dabei über eine Bedienkanzel 11 einer Arbeitsmaschine 10, wie sie in den 4 und 5 ersichtlich ist.
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Der Mittelteil 1 ist über ein Drehwerk 7 an einem Befestigungselement 8 montiert, über den das Greif- und Schneidwerk an einem Auslegerarm 9 der Arbeitsmaschine 10 befestigt werden kann. Die Bewegungen des Auslegerarms 9 werden somit über das Befestigungselement 8, das auch als Aufnahmebock bezeichnet wird, unmittelbar auf das Greif- und Schneidwerk übertragen. Über das Drehwerk 7 kann jedoch eine Rotationsbewegung des Greif- und Schneidwerks relativ zum Auslegerarm 9 bewerkstelligt werden. Hierfür ist ein Hydraulikantrieb 12 vorgesehen, der im Ausführungsbeispiel gemäß der 1 als Hydraulikmotor ausgeführt ist, der im Umfangsbereich eines Drehkranzes des Drehwerks 7 angeordnet ist und einen Schneckentrieb aufweist, der mit dem Drehkranz kämmt.
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Die 2 zeigt das Greif- und Schneidwerk gemäß 1 bei geschlossenen Greifern 2, geschlossenem Sammelgreifer 6 und geschlossenem Schneidwerk 3. Die 3 zeigt das Greif- und Schneidwerk gemäß der 2 bei geöffneten Greifern 2, geöffnetem Sammelgreifer 6 und geöffnetem Schneidwerk 3.
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Anhand der 4 und 5 wird in weiterer Folge die Erfindung näher erläutert. Die 4 zeigt dabei jene Konfiguration, bei der ein in der 4 nicht dargestellter Baumstamm umfasst wird, wobei das Greif- und Schneidwerk mit einer im Wesentlichen vertikalen Schwenkachse der Greifer 2 und des Schneidwerks 3 orientiert ist. Die Drehachse D des Drehwerks 7 ist dabei im Wesentlichen horizontal orientiert. Durch hydraulische Betätigung des Schneidwerks 3 wird der Baumstamm durchtrennt und vom Greifer 2 in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung festgehalten. Beim Ablegen des durchtrennten Baumstammes wird das Drehwerk 7 so betätigt, dass das Greif- und Schneidwerk in eine Position verschwenkt wird, in der der durchtrennte Baumstamm im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist und am Boden abgelegt werden kann. Falls das Drehwerk 7 dabei so positioniert ist, dass dessen Drehachse D horizontal orientiert ist, wie es beim Durchtrennen eines Baumstammes der Fall sein wird, wirken hohe Drehmomente auf das Drehwerk 7 und dessen Hydraulikantrieb 12. Diese Drehmomente können verringert werden, indem beim Umlegen des Baumstammes das Drehwerk 7 mithilfe des Auslegerarmes 9 so verschwenkt wird, dass dessen Drehachse D vertikal orientiert ist, wie in der 5 ersichtlich ist, da in diesem Fall die aufgrund des Eigengewichts des durchtrennten Baumstammes wirkenden Kräfte im Wesentlichen vom Befestigungselement 8 und dem Auslegerarm 9 aufgenommen werden.
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Freilich ist in der Bedienpraxis eine belastungsoptimierte Steuerung des Auslegerarms 9 und des Drehwerks 7 nicht immer möglich. Daher ist am Befestigungselement 8 ein Neigungsschalter angeordnet, der über eine Steuerschaltung mit dem Hydraulikantrieb 12 verbunden ist, wobei die Steuerschaltung in Abhängigkeit von dem vom Neigungsschalter ermittelten Neigungswinkel der Drehachse D zur Lotrichtung den Hydraulikantrieb 12 von einem ersten Betriebsmodus mit niedrigerem Drehmoment in einen zweiten Betriebsmodus mit höherem Drehmoment umschaltet. Das Drehwerk 7 verfügt somit über einen zweiten Betriebsmodus, in dem es höhere Drehmomente auf das Greif- und Schneidwerk ausübt und somit auch höhere maximale Drehmomentbelastungen aufnehmen kann. Der Neigungsschalter ermittelt den Neigungswinkel der Drehachse D des Drehwerks 7 zur Lotrichtung oder detektiert zumindest das Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwinkels.
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Falls das Drehwerk 7 mittels des Auslegerarmes 9 so positioniert ist, dass dessen Drehachse D horizontal steht, etwa beim Schneiden eines Baumstammes gemäß der 4, so erkennt der Neigungsschalter diese Positionierung und schaltet den Hydraulikantrieb 12 in den zweiten Betriebsmodus mit höherem Drehmoment. Sobald der Neigungsschalter einen Neigungswinkel detektiert, der einen vorgegebenen Grenzwinkel unterschreitet, wird in einen ersten Betriebsmodus umgeschaltet, bei dem der Hydraulikantrieb 12 ein niedrigeres Drehmoment ausübt.
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Die hydraulische Umsetzung der beiden Betriebsmodi kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die vom Hydraulikmotor abgegebene Leistung P ist grundsätzlich direkt proportional dem Schluckvolumen V, der Drehzahl n und dem Druckgefälle Δp. Unter Schluckvolumen oder Schluckmenge versteht man in der Fluidtechnik bei Hydraulikmotoren jene Menge an Hydraulikflüssigkeit, die der Hydraulikmotor pro Umdrehung verbraucht. Das Produkt aus dem zugeführten Volumenstrom Q an Hydraulikflüssigkeit und dem Schluckvolumen ergibt die Drehzahl n. Unter dem Volumenstrom Q versteht man das Volumen der Hydraulikflüssigkeit, die sich innerhalb einer Zeiteinheit durch einen Querschnitt bewegt. Das Druckgefälle Δp ist der Unterschied zwischen dem Druck der zulaufenden Hydraulikflüssigkeit, der zumeist dem Pumpendruck der Hydraulikpumpe entspricht, und dem Druck der ablaufenden Hydraulikflüssigkeit. Dieses Druckgefälle Δp wird im Folgenden auch als Systemdruck bezeichnet. Daraus ergibt sich, dass die Drehzahl n des Hydraulikmotors und somit des Schneckentriebes, der den Drehkranz des Drehwerks 7 antreibt, im Wesentlichen vom Volumenstrom Q der Hydraulikflüssigkeit bestimmt ist, und die Leistung P des Hydraulikmotors und somit das auf den Drehkranz 7 ausgeübte Drehmoment vom Systemdruck Δp der Hydraulik.
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Eine einfache Umsetzung kann daher vorsehen, dass der Hydraulikantrieb 12 zwei Hydraulikmotoren umfasst, wobei in einem ersten Betriebsmodus lediglich einer der beiden Hydraulikmotoren aktiviert ist, und in einem zweiten Betriebsmodus beide Hydraulikmotoren. Der Neigungsschalter bewirkt somit mittels der hydraulischen Steuerschaltung die Zuschaltung und Abschaltung eines zweiten Hydraulikkreises. Mithilfe des zweiten Hydraulikmotors kann das Drehmoment des Drehwerks 7 somit in der Regel verdoppelt werden.
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Alternativ könnte aber auch vorgesehen sein, dass der Hydraulikantrieb 12 zwei Hydraulikmotoren umfasst, die in einem ersten Betriebsmodus in Reihe geschaltet sind und in einem zweiten Betriebsmodus parallel geschaltet sind. Im Parallelbetrieb erzeugen die beiden Hydraulikmotoren bei gleicher Auslegung ein doppeltes Drehmoment bei halber Geschwindigkeit, da der Volumenstrom Q auf zwei Hydraulikmotoren aufgeteilt wird und die Drehzahl n des jeweiligen Hydraulikmotors und somit des Schneckentriebes, der den Drehkranz des Drehwerks 7 antreibt, halbiert wird. In Reihenschaltung ergibt sich hingegen im Vergleich zum Parallelbetrieb das halbe Drehmoment bei doppelter Stellgeschwindigkeit der Hydraulikmotoren.
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Auf diese Weise kann auf einfache und für einen mobilen Einsatz praktikable Weise das vom Drehwerk 7 für das Verschwenken des Greif- und Schneidwerks bereitgestellte und das im Zuge des Umlegens von schwerem Schnittgut unbeschadet aufgenommene Drehmoment je nach Neigungswinkel der Drehachse D des Drehwerks 7 zur Lotrichtung verändert werden. Das Umstellen der Hydraulik auf die jeweilige Belastungssituation erfolgt dabei automatisch mithilfe des Neigungsschalters.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2719274 A1 [0002]
- WO 2011046535 A1 [0002]
- WO 2015021400 A1 [0002]
- US 2011132495 A1 [0002]
- US 6123124 A [0002]
