-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Radlader bekannt, die zwei Achsen aufweisen. Je nach Lage des Schwerpunktes verteilt sich die Last bei solchen Arbeitsmaschinen in einem bestimmten Verhältnis auf die beiden Achsen (siehe 1).
-
Die beim Arbeiten auftretenden Verschiebungen des Fahrzeugschwerpunkts, beispielsweise durch eine Lastaufnahme in einer Schaufel eines Radladers, und alle auftretenden dynamischen Kräfte, beispielsweise hervorgerufen durch einen Bremsvorgang, sind allerdings sehr groß. Bei einem Radlader wird beispielsweise durch die beladene Schaufel eine Zusatzkraft erzeugt, die weit außerhalb einer Kippachse der Vorderachse liegt. Außerdem muss der Lader beim Befüllen der Schaufel sogenannte Losbrechkräfte aufbringen können, um das zu ladende Material vom Haufen oder der Wand abzulösen. Daher benötigen Radlader ein hohes Eigengewicht für einen sicheren Betrieb und ein schweres Gegengewicht auf der dem Arbeitsgerät abgewandten Fahrzeugseite. Dies führt zu einem sehr schlechten Last-Leergewichtverhältnis und unter anderem zu einem sehr hohen Verbrauch an Primärenergieträgern durch diese Arbeitsmaschinen.
-
Aus der
DE 10 2017 100 963 B4 ist eine Arbeitsmaschine bekannt, die ihren Schwerpunkt mit einer entlang einer Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs verschiebbares Gewicht verändern kann (siehe
2). Arbeitsmaschinen, die am vorderen Ende ein Arbeitsgerät besitzen, so wie zum Beispiel Radlader, können durch die Verwendung eines verschiebbaren Gegengewichts leichter gebaut werden und agiler betrieben werden, als vergleichbare Fahrzeuge mit einem am hinteren Ende fest montierten Ausgleichsgewicht. Je grösser dabei der Verschiebbereich ist, desto besser wird das Last-Leergewichtsverhältnis und somit die Energieeffizienz der Maschinen. Mittels des verschiebbaren Gewichts kann die Lastverteilung bei Fahrzeugen mit zwei oder mehr Achsen zwischen diesen Achsen verstellt werden. Die
DE 10 2017 100 963 B4 beschreibt zudem ein Fahrzeug mit einem verschiebbaren Gewicht, welches nur eine Hauptachse umfasst. Eine solche Maschine mit nur einer Hauptachse kann mittels ihres Arbeitsgeräts dieselben Aufgaben erfüllen, wie Maschinen mit zwei oder mehr Achsen das können. Das Ziel dieser Maschinen ist dabei, diese Aufgaben in der gleichen Zeit zu bewerkstelligen, wobei die Maschinen aber vergleichsweise kleiner und leichter gebaut sind. Außerdem können sie die Lenkfunktion über unterschiedliche Drehzahlen bzw. Drehrichtungen der beiden Räder so darstellen, dass sie deutlich wendiger sind als die Maschinen mit vier oder mehr Rädern. Diese Maschinen können entweder auf nur zwei Rädern fahren, indem sie über die Achse dieser beiden Räder balancieren. Dabei behalten sie ihr Gleichgewicht durch das Verschieben des verschiebbaren Gewichts aufrecht. Oder sie benutzen ein Hilfsrad, welches passiv gelenkt ist und im Vergleich zu der Hauptachse nur sehr wenig Last aufnimmt. Auch zum Erhalt dieses Zustandes wird das Verschieben des verschiebbaren Gewichts verwendet.
-
Diese Maschine verfügt über zwei Hebel, an denen das verschiebbare Gewicht angeordnet ist. Allerdings sind für die stabile Lage dieser Hebel und somit des Gewichts mindestens zwei getrennt voneinander anzusteuernde Antriebe notwendig, wie beispielsweise Hydraulikzylinder oder elektrisch angetriebene Linearmotoren oder andere Getriebe. Durch die Verwendung zweier unabhängig steuerbaren Antriebe kann das Gegengewicht auf einer Linie parallel zur Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs hin und herbewegt werden. Ein erhöhter Aufwand ist dabei nicht nur durch die zwei Linearantriebe einschließlich deren Steuerung gegeben, sondern auch durch den damit verbundenen zusätzlichen Energieverbrauch. Dieser ist dann besonders hoch, wenn einer oder mehrere der verwendeten Antriebe dauerhaft das verschiebbare Gewicht in ihrer jeweiligen vertikalen Position halten müssen. Als einfachere und bessere Lösung wird im Stand der Technik die Verwendung einer Parallelogrammführung vorgeschlagen, wobei auch so mindestens zwei unabhängige Antriebe vorzusehen sind (siehe 3). Erfolgt die Bewegung des Gewichts bei solchen Maschinen nicht nur in Fahrzeuglängsachse, sondern wird überlagert durch eine wesentliche vertikale Bewegung, dann wird dadurch die Länge des Verschiebeweges in Richtung der Fahrzeuglängsachse eingeschränkt. Dadurch wird der Nutzen dieses verschiebbaren Gewichts eingeschränkt.
-
Aus der
WO 2019/ 164 599 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem ein Gewicht auf einem Kreisbogen geschwenkt werden kann. Dadurch lässt sich der Fahrzeugschwerpunkt ebenso in Richtung der Fahrzeuglängsachse verschieben. Allerdings ist mit dieser Bewegung gleichzeitig auch eine Bewegung in vertikaler Richtung verbunden. Damit ist der verschiebbare Weg in Fahrtrichtung nicht sehr groß. Zudem wird das Gewicht zusätzlich zu der gewünschten Verschiebung in Fahrtrichtung angehoben beziehungsweise abgesenkt. Dabei muss beim Anheben Energie aufgebracht werden. Diese kann zwar bei der Gegenbewegung wieder zurückgewonnen werden. Allerdings geht dabei ein gewisser Teil der Energie durch deren Umwandlung verloren. Durch die Drehbewegung des Gewichts verdreht sich auch das Gewicht selbst. Dadurch können innerhalb dieses Behältnisses nicht alle technischen Komponenten untergebracht werden, wie zum Beispiel Hydrauliköltanks.
-
In der
US 2 766 850 A wird ein Fahrzeug mit einem verschiebbaren Gewicht vorgeschlagen. Dabei wird dieses mittels einem Hebeltrieb beim Verschieben in der Fahrtrichtung ein Verdrehen dieses Gewichts verhindert. Allerdings macht es dabei neben seiner Bewegung in Fahrzeuglängsrichtung auch eine Bewegung nach oben beziehungsweise nach unten. Der verschiebbare Bereich ist dadurch eingeschränkt.
-
In der
EP 0 383 279 A2 wird ein landwirtschaftliches Arbeitsgerät vorgestellt mit einem verschiebbaren Gewicht, welches auf linearen Schienen verschoben wird. Dadurch ist der maximale Verschiebeweg ebenso eingeschränkt. Das Fahrzeug kann sich dabei nicht in seiner Länge verkleinern, da die Schienen eine konstante Länge vorgeben. Denkbar wäre zwar die Verwendung teleskopartiger Schienen. Allerdings sind Schienen, und besonders Teleskopschienen in einem staubigen Umfeld technisch schwierig sauber zu halten, um so den oft notwendigen verschleißarmen Betrieb dauerhaft und robust zu gewährleisten.
-
Bei Landmaschinen, wie zum Beispiel Traktoren verschiebt sich der Fahrzeugschwerpunkt beim Arbeiten ebenso wie bei Baumaschinen in einem weiten Bereich. Wird zum Beispiel am hinteren Fahrzeigende ein schweres Arbeitsgerät zum Transport angehoben, übernimmt die Hinterachse zusätzliches Gewicht und die Vorderachse wird stark entlastet. Um diese aber dennoch sicher am Boden zu halten, zum Beispiel um sicher lenken zu können, wird oft mit nicht verschiebbaren, am vorderen Ende des Fahrzeugs angebrachten Gegengewichten gearbeitet. Befindet sich das Fahrzeug dann mit abgesenktem Arbeitsgerät auf dem Feld, übernimmt die Vorderachse eine hohe Last. Um diese Last dem Fahrzeug zu Erzeugung von Traktion zu erhalten, sind die Vorderachsen angetrieben. Ähnlich wie bei den Radladern müssen also beide Achsen so dimensioniert werden, dass sie in allen Last- bzw. Beladungsfällen die Lasten und die notwendigen Drehmomente übernehmen können. Allerdings reicht der Verschiebeweg auf Schienen nicht aus, um den Schwerpunkt der Maschine in allen Betriebszuständen nahe der Hinterachse zu halten und somit auf angetriebene Vorderachsen verzichten zu können. Diese Fahrzeuge sind somit schwer und unbeweglich und entsprechen nicht den modernen ökologischen Anforderungen.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine Arbeitsmaschine, beziehungsweise ein Fahrzeug bereit zu stellen, welches für die Bearbeitung der heute üblichen Arbeitsaufgaben von Arbeitsmaschinen geeignet ist und dabei eine hohe Wendigkeit und Flexibilität aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Arbeitsmaschine, beziehungsweise ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welches ein geringeres Gewicht bei einer gleichbleibenden Leistungsfähigkeit sowie eine höhere Agilität und eine geringere Teiledichte aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Arbeitsmaschine, beziehungsweise ein Fahrzeug bereit zu stellen, welches als Basisträgerfahrzeug für verschiedene Arbeitsgeräte nutzbar sein soll. Zudem soll es Aufgabe der Erfindung sein, eine Arbeitsmaschine, beziehungsweise ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Steigerung der Produktivität ermöglicht werden soll und das zudem modernen ökologischen Anforderungen entspricht.
-
Lösung der Aufgabe
-
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Dazu sollen Fahrzeuge mit verschiebbaren Gewichten verwendet werden. Diese sollen in einem ausreichend weiten Bereich verschoben werden können und somit den Fahrzeugschwerpunkt in einem idealen Bereich zu halten. Die Verschiebung soll ohne großen Energieverlust möglich sein. Weiterhin soll die Verschiebung einfach steuerbar sein. Sie soll annähernd parallel zur Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs verlaufen. Die Verschiebeeinrichtung soll einfach, kostengünstig und robust sein und beim Verschieben keinen übermäßigen Verschleiß an den verwendeten Bauteilen verursachen.
-
Eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine umfasst ein Arbeitsgerät oder eine Aufnahme für ein Arbeitsgerät. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine eine oder mehrere Fahrzeugachsen, wobei beidseitig an den Achsen Radelemente und/oder Raupenelemente angeordnet sind. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine zumindest ein verschiebbares Gewicht, wobei die Position des verschiebbaren Gewichts so verschiebbar ist, dass damit der Fahrzeugschwerpunkt verschoben werden kann. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mindestens ein Gestänge zur Befestigung und zur Führung des verschiebbaren Gewichts, welches mindestens drei Stangen umfasst, wobei eine erste Stange über einen ersten Gelenkpunkt und eine zweite Stange über einen zweiten Gelenkpunkt drehbar am Fahrzeug/Fahrzeugrahmen angeordnet sind und eine dritte Stange durch einen dritten Gelenkpunkt drehbar mit der erste Stange und einem vierten Gelenkpunkt drehbar mit der zweiten Stange verbunden ist. Dabei ist das verschiebbare Gewicht über einen fünften Gelenkpunkt drehbar oder fest an der dritten Stange angeordnet.
-
Die ersten vier Gelenkpunkte sind so angeordnet, dass sie über ihre Verbindungslinien ein Mehreck mit mindestens vier Seiten bilden. Die drei Gelenkpunkte der dritten Stange sind durch eine erste Verbindungslinie und eine zweite Verbindungslinie miteinander verbunden, die in einem festen Winkel von mehr als 90° zueinanderstehen. Die Positionen der Gelenkpunkte der ersten und der zweiten Stange am Fahrzeug/Fahrzeugrahmen, die Länge der Verbindungslinie der ersten Stange, die Länge der Verbindungslinie der zweiten Stange, der feste Winkel und die Längen der Verbindungslinien der drei Gelenkpunkte auf der dritten Stange sind so angeordnet, dass die dritte Stange das verschiebbare Gewicht beim Verschieben auf einer gegenüber dem Fahrzeug fest zugeordneten im Wesentlichen geraden Linie führt.
-
Eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine weist somit im Gegensatz zu einer Arbeitsmaschine aus dem Stand der Technik ein verschiebbares Gewicht auf, welches in einem sehr weiten Bereich verschiebbar ist, wobei das Verschieben auf einer geraden Linie erfolgt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das verschiebbare Gewicht mit nur einem einzigen Antrieb/Stellelement angetrieben, welches zum Verschieben im Wesentlichen nur die Kräfte überwinden muss, welche zu Beschleunigen und Verzögern des verschiebbaren Gewichts notwendig sind. Der Verschiebeweg in horizontaler Richtung wird durch zwei Stangen erzeugt, die durch Gelenke drehbar gelagert sind, sodass sich die beiden Verschiebewege in horizontaler Richtung summieren. Somit erreicht dieser Verschiebeweg eine wesentliche Länge. Auf diese Weise kann der Schwerpunkt des Fahrzeuges in einem für die Stabilität des Fahrzeugs günstigen Bereich gehalten werden, auch wenn über das Arbeitsgerät sehr dynamische Kräfte auf das Fahrzeug einwirken. Durch den großen Verschiebeweg kann das verschiebbare Gewicht mit einem größeren Hebelarm diesen Kräften entgegenwirken und kann somit dieselbe Wirkung erzeugen, wie das bei den fest angebrachten, und zum Teil deutlich schwereren Gegengewichten der Arbeitsmaschinen aus dem Stand der Technik der Fall ist.
-
Die durch die Schwerkraft auf das verschiebbare Gewicht wirkenden Kräfte, die durch dynamische Fahrzustände noch erhöht werden können, müssen durch die Gelenkpunkte auf das Fahrzeug übertragen werden. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine werden diese Kräfte ausschließlich durch einfache Gelenke übertragen, die durch eine einfache Verdrehung, zum Beispiel durch die Verwendung von Bolzen, die notwendigen Bewegungen zulassen, um das Gewicht zu verschieben. Solche Gelenke können in ihrer Bauart sehr robust ausgeführt werden. Sie sind gut vor Staub und Schmutzeinträgen schützbar, sind wartungsarm und sie können eine lange Dauerhaltbarkeit gewährleisten. Sie verursachen zudem auch bei der Übertragung hoher Lasten nur vergleichsweise geringe Reibungsverluste. Diese können noch weiter reduziert werden, wenn Gleitbuchsen oder Wälzlager verwendet werden.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Gestänge so angeordnet, dass es das verschiebbare Gewicht auf einer Linie führt, die im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Gewicht weit verschoben werden kann, ohne dass es sich dabei dem Boden nähert, wodurch die Bodenfreiheit beeinträchtigt werden würde, beziehungsweise ohne dass es weit nach oben angehoben werden muss, wodurch unnötig viel Energie verbraucht werden würde und wodurch sich der Fahrzeugschwerpunkt in eine höhere für das Fahrzeug ungünstigere Lage verschieben würde. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann diese Linie aber auch so angeordnet sein, dass zusätzlich zum Verschieben des verschiebbaren Gewichts parallel zur Fahrzeuglängsachse, wodurch eine Verschiebung des Fahrzeugschwerpunkts parallel zur Fahrzeuglängsachse bewirkt wird, gleichzeitig eine vertikale Bewegungskomponente eingeschlossen ist.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es durch die Lage und die Länge des Verschiebewegs des verschiebbaren Gewichts möglich, den Fahrzeugschwerpunkt immer genau über einer einzigen Fahrzeugachse einzuregeln, sodass sich diese Maschine auf diese Weise selbst balancieren kann. Dadurch wird es möglich, das Fahrzeug mit den Rädern dieser Achse zu lenken, indem die Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen oder gar mit unterschiedlichen Drehrichtungen angetrieben werden. Solche Maschinen sind also sehr wendig und agil betreibbar.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Gestänge eine vierte Stange, die an einem Ende durch einen weiteren Gelenkpunkt drehbar mit dem verschiebbaren Gewicht verbunden ist und am anderen Ende durch einen weiteren Gelenkpunkt drehbar mit der zweiten Stange. Dabei weist die zweite Stange einen dritten Gelenkpunkt auf, wobei die drei Gelenkpunkte der zweiten Stange durch eine erste Verbindungslinie und eine zweite Verbindungslinie verbunden sind, die in einem festen Winkel von mehr als 90° zueinanderstehen. Dabei sind die Positionen der beiden Gelenkpunkte am verschiebbaren Gewicht, die Länge der dritten Stange (darunter sind die Verbindungslinien der Gelenkpunkte zu verstehen), die Länge der vierten Stange, der feste Winkel und die Länge der Verbindungslinie der zweiten Stange so angeordnet, dass die vierte Stange das verschiebbare Gewicht beim Verschieben in einer im Wesentlichen horizontalen Lage hält. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich die horizontale Lage des verschiebbaren Gewichts bei einem Verschieben entlang der Fahrzeuglängsachse nicht verändert. Somit kann das verschiebbare Gewicht Komponenten umfassen, wie zum Beispiel Motoren zur Energieumwandlung, hydraulische Pumpen, Flüssigkeitsbehälter und/oder weitere Speicher-, Antriebs- oder Steuerungselemente, die störungsfrei arbeiten können und deren Funktion nicht durch eine etwaige Schrägstellung beeinträchtigt werden können.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das verschiebbare Gewicht mit zwei Gestängen mit dem Fahrzeug verbunden, wobei diese derartig an zwei Seiten des Gewichts angeordnet sind, dass das verschiebbare Gewicht zwischen diesen Gestängen Platz hat und zwischen ihnen verschoben werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zwischen den beiden Gestängen eine Art Fahrgasse frei bleibt, in welchem das verschiebbare Gewicht sich hin und herbewegen lässt. Dabei kann sich das verschiebbare Gewicht in der Fahrzeuglängsachse in einem Bereich bewegen, in welchem die Stangen mit dem Fahrzeug verbunden sind. Der Vorteil liegt darin, dass somit sehr kurze und kompaktei Fahrzeuge entstehen können.
-
In einem besonders bevortzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Gelenke der Gestänge Gleitbuchsen oder Wälzlager, die die Reibungskräfte reduzieren, die beim Verschieben des verschiebbaren Gewichts in den Lagerstellen der Gelenke entstehen. Somit kann das Verschieben bei hoher Dynamik schnell und ohne übermäßig hohen Energieverbrauch erfolgen.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Arbeitsmaschine ein Steuergerät, wobei die Steuerung zumindest einen elektronischen Regelkreis umfasst und damit die Position des verschiebbaren Gewichts steuert. Diese Steuerung kann zum Beispiel auch Neigungssensoren umfassen.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Arbeitsmaschine Sensoren, die die Position des verschiebbaren Gewichts erfassen. Diese kann zum Beispiel in einem elektronischen Steuergerät ausgewertet werden und zur Steuerung beziehungsweise zur Regelung der idealen Position des Gewichts und somit zur idealen Position des Fahrzeugschwerpunkts verwendet werden. Solche Sensoren können Linearsensoren sein oder Winkelsensoren, die beispielsweise einen Winkel zwischen zwei Stäben an einem Gelenkpunkt erfassen.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Arbeitsmaschine Sensoren, die das Gewicht des verschiebbaren Gewichts erfassen. Dadurch können einem elektronischen Steuergerät Lastdaten zur Verfügung gestellt werden, die zum Beispiel dadurch veränderlich sind, dass sich die Gewichte von Elementen verändern, die sich innerhalb des verschiebbaren Gewichts befinden. Zum Beispiel können das Brennstofftanks sein, oder Tanks mit Hydraulikflüssigkeit.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Verschiebung durch einen Antrieb/Stellelement, der zum Beispiel ein Hydraulikzylinder oder ein elektrischer Linearantrieb sein kann, oder ein elektrisches Stellelement, welches an einem Gelenkpunkt angeordnet ist, wie zum Beispiel ein elektrischer Motor mit einem Untersetzungsgetriebe.
-
In einem typischen Ausführungsbeispiel umfasst das verschiebbare Gewicht der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine einen Energiespeicher und/oder einen Motor zur Energieumwandlung. Bei einem Motor zur Energieumwandlung kann es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor handeln, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Weiterhin sind dadurch auch weitere bekannte Vorrichtungen zur Energieumwandlung, wie beispielsweise Hydraulikpumpen mitumfasst. Bei dem Energiespeicher kann es sich beispielsweise um Akkumulatoren zur Speicherung elektrischer Energie handeln. Die durch den Energiespeicher und/oder den Motor zur Energieumwandlung bereitgestellte Energie kann neben dem Fahrantrieb auch für Hydraulikmotoren und/oder Pumpen zur Steuerung der Verschiebung des Gewichts genutzt werden oder für die Bewegungen des Arbeitsgeräts. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Gewicht zum Beispiel eines Energiespeichers beim Verschieben des verschiebbaren Geweichts gleichzeitig zur Verschiebung des Schwerpunkts dient. Somit können vergleichsweise leichte Fahrzeuge entstehen.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine kann an dem verschiebbaren Gewicht ein Hilfsrad angeordnet sein. Der Vorteil eines solchen Hilfsrads ist, dass dadurch beispielsweise Lastspitzen abgefangen werden können. Solche Lastspitzen können beispielsweise entstehen, wenn die Arbeitsmaschine als Arbeitsgerät eine Schaufel zum Abbrechen von Material, beispielsweise in einer Steinbruchwand, genutzt wird oder bei einem Entladen der Schaufel, wenn die Last an der Schaufel durch das Herausfallen von Ladegut schlagartig geringer wird. Hierfür kann das Hilfsrad in einem Ausführungsbeispiel als zusätzlicher Abstützelement genutzt werden, indem durch die Steuerung zugelassen wird, dass auf dem Hilfsrad ebenfalls eine geringe Last anliegen darf, sodass der Schwerpunkt kurzzeitig (insbesondere bei einem Beladevorgang) außerhalb der Fahrzeugachse zu dem verschiebbaren Gewicht hin verschoben liegen darf. Zudem kann durch das Hilfsrad verhindert werden, dass das verschiebbare Gewicht durch die schlagartige Verschiebung des Schwerpunkts (beispielsweise beim Entladen der Schaufel) der Arbeitsmaschine auf den Boden aufschlägt oder bei einer solchen schlagartig erforderlichen Positionsverschiebung, auf dem Boden schleift. Somit ist ein Vorteil des Hilfsrades, dass dieses insbesondere beim Beladen und Entladen, bei dem es zu schlagartigen Lastspitzen und daraus resultierenden Schwerpunktverschiebungen kommen kann, als zusätzlicher Abstützpunkt für die Arbeitsmaschine genutzt werden kann. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Hauptlast stets von der Fahrzeugachse getragen werden soll, so dass das Hilfsrad und dessen Lagerung/Aufhängung in und/oder an dem Gegengewicht lediglich für geringe Lasten dimensioniert werden muss. Weiterhin kann das Hilfsrad beispielsweise ein Aufsetzen des verschiebbaren Gewichts auf dem Boden bei einer Notbremsung der Arbeitsmaschine verhindern, bei der das verschiebbare Gewicht der Arbeitsmaschine schlagartig entgegen einer Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine bewegt werden muss.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Arbeitsgerät mit der Arbeitsmaschine über eine Aufnahme gekoppelt, welche um die Fahrzeughochachse verdreht werden kann und welche damit eine Lenkbewegung des Fahrzeugs zulässt. Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, welche an- und abkoppelbare Arbeitsgeräte aufnehmen können. Im abgekoppelten Zustand fährt und lenkt die Arbeitsmaschine durch geeignete Einrichtungen, zum Beispiel, indem eine Achse lenkbare Räder besitzt. Oder es kann selbstbalancieren und über unterschiedliche Drehzahlen der Räder an der Hauptachse lenken. Sind Raupenantriebe an beiden Seiten einer Hauptachse angeordnet, lenkt das Fahrzeug ebenfalls über unterschiedliche Antriebsdrehzahlen und es steht auf den Raupenantrieben stabil und benötigt somit keine Balancierungsmittel. Ist an einem solchen Fahrzeug ein Arbeitsgerät über eine drehbare Aufnahme angekoppelt, wobei das Arbeitsgerät Einrichtungen zur Spureinhaltung, wie zum Beispiel Räder besitzt, dann erfolgt die Lenkung über dieses Drehgelenk. Aus dem Stand der Technik sind solche Lenkeinrichtungen zum Beispiel bei knickgelenkten Muldenkipper bekannt, oder bei knickgelenkten Radladern. Spureinhaltende Einrichtungen können aber auch Arbeitsgeräte sein, die, solange sie im Arbeitseingriff sind, mittels Pflugscharen oder Erdbearbeitungszinken seitlich stabil geführt werden.
Umfassen solche Fahrzeuge ein verschiebbares Gewicht, kann beispielsweise der Schwerpunkt dieser Arbeitsgeräte so eingestellt werden, dass nur eine angetriebene Achse verwendet wird, wobei dieses Fahrzeug dieselbe Traktionsfähigkeit besitzt, wie Fahrzeuge aus dem Stand der Technik, die zwei oder mehr angetriebene Achsen besitzen. Durch das verschiebbare Gewicht kann die Lage des Schwerpunkts nahe an der angetriebenen Achse eingeregelt werden, wobei diese Achse das gesamte zur Erzeugung von Traktion verfügbare Gewicht trägt. Ist diese Aufnahme so beschaffen, dass es Bewegungen um die Fahrzeughochachse zulässt, Bewegungen um die Fahrzeugquerachse aber nicht, dann kann auch eine Kraft, die am Arbeitsgerät nach unten wirkt, beispielsweise hervorgerufen durch die Bodenbearbeitungseinrichtungen wie zum Beispiel Pflugscharen, auf die angetriebene Achse geführt werden, indem das verschiebbare Gewicht in die dem Arbeitsgerät abgewandte Seite verschoben wird.
-
Aus dem Stand der Technik sind Pflüge bekannt, die an dem zum Traktor abgewandten Seite ein angetriebenes Rad besitzen. Dieses Rad bezieht die Energie mittels hydraulischem Drucköl oder mittels elektrischen Stroms vom Traktor. Damit kann die Kraft, die auf die Pflugscharen nach unten wirkt, durch dieses angetriebene Rad zur Erzeugung einer Vortriebskraft genutzt werden, die den Traktor somit beim Ziehen des Pfluges hilft. Besitzt ein Traktor ein verschiebbares Gewicht, kann dieselbe Zugkraft mithilfe der einzig angetriebenen Hauptachse erzeugt werden und die Antriebseinrichtung am Pflug kann eingespart werden.
-
Über diese Aufnahme können in einem weiteren Ausführungsbeispiel auch Anhänger an die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine angekoppelt werden, sodass die Lenkfunktion dieses Fahrzeuges über das Drehgelenk stattfindet. Auch solche Fahrzeuge können über das verschiebbare Gewicht die Last des Anhängers zur Erzeugung von Zugkraft an der Hauptachse der Arbeitsmaschine nutzen. Aus dem Stand der Technik sind Anhänger bekannt, die eine angetriebene Achse besitzen und so die Anhängerlast zur Zugkrafterzeugung nutzen. Der vorgespannte Traktor kann damit leichter gebaut werden, bei gleichen Fahrleistungen. Durch das verschiebbare Gewicht kann bei den erfindungsgemäßen Arbeitsmaschinen auf eine solche angetrieben Anhängerachse verzichtet werden.
-
Figurenliste
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
- 1 eine Arbeitsmaschine in Form eines Radladers aus dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine in Form eines Radladers mit verschiebbarem Gewicht aus dem Stand der Technik;
- 3 eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit verschiebbarem Gewicht aus dem Stand der Technik;
- 4 eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine in Form eines Traktors aus dem Stand der Technik;
- 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine mit einem Pflug als Arbeitsgerät;
- 6a bis 6e eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Gestänges einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine zur Verschiebung des verschiebbaren Gewichts in verschiedenen Positionen;
- 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine mit einem verschiebbaren Gewicht;
- 8a bis 8d eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Gestänges einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine zur Verschiebung des verschiebbaren Gewichts mit einer vierten Stange;
- 9 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine in einer weiteren Ansicht; und
- 10 eine schematische Darstellung Ausführungsbeispiels einer weiteren erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine.
-
Ausführungsbeispiel
-
In 1 ist ein Radlader 50 dargestellt, der einer Arbeitsmaschine/einem Fahrzeug aus dem Stand der Technik entspricht, und der zwei Achsen aufweist. Je nach Lage des Schwerpunktes verteilt sich die Last bei solchen Arbeitsmaschinen in einem bestimmten Verhältnis auf die beiden Achsen. Die beim Arbeiten auftretenden Verschiebungen des Fahrzeugschwerpunkts, beispielsweise durch eine Lastaufnahme in einer Schaufel eines Radladers, und alle auftretenden dynamischen Kräfte, beispielsweise hervorgerufen durch einen Bremsvorgang, sind allerdings sehr groß. Bei einem Radlader wird beispielsweise durch die beladene Schaufel eine Zusatzkraft erzeugt, die weit außerhalb einer Kippachse der Vorderachse liegt. Außerdem muss der Lader beim Befüllen der Schaufel sogenannte Losbrechkräfte aufbringen können, um das zu ladende Material vom Haufen oder der Wand abzulösen. Daher benötigen Radlader ein hohes Eigengewicht für einen sicheren Betrieb und ein schweres Gegengewicht 51 auf der dem Arbeitsgerät 52 abgewandten Fahrzeugseite. Dies führt zu einem sehr schlechten Last-Leergewichtverhältnis und unter anderem zu einem sehr hohen Verbrauch an Primärenergieträgern durch diese Arbeitsmaschinen.
-
In 2 ist ein Radlader 50 dargestellt, der einer Arbeitsmaschine/einem Fahrzeug aus dem Stand der Technik entspricht. Der Radlader 50 umfasst nur eine Hauptfahrzeugachse 53, an der beidseitig Radelemente 54 angeordnet sind. Den Radelementen 54 sind jeweils separate Antriebseinheiten zugeordnet, durch die über eine Steuerung eine Selbstbalancierung des Radladers 50 um die Hauptfahrzeugachse 53 bewirkt wird. Über die separaten Antriebseinheiten wird der Radlader 50 zudem gelenkt, wobei er somit auf der Stelle drehen kann.
-
Weiterhin umfasst der Radlader 50 als Arbeitsgerät 52 eine Schaufel, welche über die Arbeitsarme 55 und 55.2 mit dem Fahrzeugrahmen 56 verbunden ist. Auf der dem Arbeitsgerät 52 abgewandten Fahrzeugseite weist die Arbeitsmaschine 50 ein verschiebbares Gewicht 59 auf, mit welchem der Fahrzeugschwerpunkt verschoben werden kann und welcher somit stets über der Hauptfahrzeugachse 53 eingependelt werden kann. Durch eine Verschiebung des verschiebbaren Gewichts 59 kann das Fahrzeug im Selbstbalancierungsmodus in seinen Bewegungsrichtungen gesteuert werden. Am verschiebbaren Gewicht 59 ist ein selbst- gelenktes Hilfsrad 57 angeordnet. Dieses kann eine Last aufnehmen, solange sich das Fahrzeug außerhalb des Selbstbalancierungsmodus befindet. Die Last auf dem Hilfsrad 57 wird durch eine Verschiebung des verschiebbaren Gewichts 59 verändert, wobei diese idealerweise kleiner ist, als die Last auf der Hauptfahrzeugachse 53. So kann sichergestellt werden, dass die Radelemente 54 der Hauptfahrzeugachse 53 stets einen hohen Anpressdruck auf den Boden haben und somit genügend Traktion erzeugen können.
-
Der Radlader 50 umfasst zwei Hebel 58 und 58.2, über die das verschiebbare Gewicht 59 mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist und über die die Verstellung der Position des verschiebbaren Gewichts 59 erfolgt. Die beiden Hebel 58 und 58.9 des Radladers 50 benötigen jeweils einen eigenen Antrieb, wie zum Beispiel einen Hydraulikzylinder oder ein elektrisches Stellelement. Die Antriebe sind in 2 nicht dargestellt. Ein erster Antrieb schwenkt Hebel 58 um das Gelenk 60. Ein zweiter Antrieb schwenkt Hebel 58 um das Gelenk 60. Um das verschiebbare Gewicht 59 in einer horizontalen Lage zu halten und dabei Kräfte auszugleichen, die auf das Hilfsrad 57 wirken, wird ein dritter Antrieb benötigt, der das verschiebbare Gewicht 59 um das Gelenk 60 schwenkt. Zudem kann das verschiebbare Gewicht 59 Elemente, wie Flüssigkeitsbehälter umfassen, für deren störungsfreien Betrieb eine horizontale Position notwendig ist.
-
Die Hebel 58 und 58.2 des Radladers 50 können fahrzeugmittig angeordnet sein. Dabei ist der Hebel 58 weit vorne am Fahrzeugrahmen 56 angeordnet. Das verschiebbare Gewicht 59 kann dabei so weit nach vorne bewegt werden, bis es mit dem Hebel 58 kollidiert. Hebel 58 grenzt somit die Bewegung des verschiebbaren Gewichts 59 nach vorne ein. Damit kann die Selbstbalancierung nur dann erfolgen, wenn das Arbeitsgerät 52 nicht sehr weit nach hinten gezogen wird, wodurch die Fahrzeuglänge nicht deutlich verkleinert werden kann. Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, dass die Hebel 58 und 58.2 seitlich am verschiebbaren Gewicht 59 angeordnet sind. Dann werden die Hebel 58 und 58.2 jeweils auf beiden Seiten des verschiebbaren Gewichts 59 benötigt. In Fahrzeugmitte wird somit eine Fahrgasse für das verschiebbare Gewicht 59 freigehalten, die dessen weitere Verschiebung nach vorne ermöglicht. Eine solche Ausführung kann aber dazu führen, dass diese Hebel 58 und 58.2 jeweils einen eigenen Antrieb auf beiden Fahrzeugseiten benötigen, wodurch die Kosten und das Gewicht für das Fahrzeug negativ beeinflußt wird.
-
Um das verschiebbare Gewicht 59 entgegen der Schwerkraft frei in der Luft zu halten, wie das zum Beispiel im Selbstbalancierungsmodus notwendig ist, oder um die Last auf dem Hilfsrad 57 auch bei dynamischen Arbeitsprozessen gering zu halten, müssen die Hebel 58 und 58.2 hohe Lasten aufnehmen können.
-
Dasselbe gilt für die Antriebe derselben. Die Antriebe müssen zudem das verschiebbare Gewicht 59 schnell und dynamisch bewegen. Gleichzeitig wirkt dann aber neben diesen dynamischen Lasten auch die stetige Last auf den Hebeln 58 und 58.2 und den Antrieben, die durch die Erdanziehungskraft, die auf das verschiebbare Gewicht wirkt, entsteht. Werden Hydraulikzylinder als Stellelemente verwendet, die vergleichsweise robust und kostengünstig sind, so wird der im Kolbenraum anliegende Druck dauerhaft hoch sein, beeinflusst durch die Last des verschiebbaren Gewichts, auch solange keine Bewegung des verschiebbaren Gewichts erfolgt. Wird nun eine Bewegung durch das Steuergerät angefordert, wird zusätzliches Hydrauliköl in den Kolbenraum gepumpt, welches dann vorab durch eine Pumpe oder aus einem Speicherelement auf mindestens denselben Druck vorgespannt werden muss, wie er im Kolbenraum anliegt. Es wird dazu in Folge deutlich mehr Energie benötigt, als für die alleinige Beschleunigung des verschiebbaren Gewichts notwendig wäre. Infolge dessen sind diese Antriebe nicht sehr energieeffizient. Somit umfasst der Radlader 50 mindestens drei Antriebe/Stellelemente, die jeweils unabhängig voneinander angesteuert werden, womit auch unabhängige Positionssensoren notwendig sind. Dadurch ist eine aufwändige Steuerung erforderlich.
-
3 zeigt eine Arbeitsmaschine 50 aus dem Stand der Technik, die ein verschiebbares Gewicht 59 umfasst, welches über zwei Hebel 58 und 58.2 mit dem Fahrzeugrahmen 56 verbunden ist, wobei das verschiebbare Gewicht 59 über die weiteren Hebel 58,3, 58.4 und 58.5 in einer horizontalen Lage gehalten wird. Dabei wird eine Längsachse des verschiebbaren Gewichts 59 stets parallel zum Fahrzeugrahmen 56 gehalten. Dabei bilden der Fahrzeugrahmen 56 zusammen mit den Hebel 58, 58.4 und 58.3 ein Parallelogramm, wobei der Hebel 58 stets parallel zum Fahrzeugrahmen 56 liegt. Weiterhin bilden die Hebel 58, 58.2 und 58.5 zusammen mit der Verbindungslinie der Gelenkpunkte 60 und 60.6 ein Parallelogramm. Dabei liegt die Verbindungslinie der Gelenkpunkte 60 und 60.6 stets parallel zum Hebel 58 und somit zum Fahrzeugrahmen 56. Nachteilig dabei ist, dass für die Verstellung der Hebel 58 und 58.2 immer noch mindestens zwei Antriebe 61 und 61.2 benötigt werden, um das verschiebbare Gewicht 59 zu verschieben. Das Arbeitsgerät der Arbeitsmaschine 50 ist in der 3 nicht dargestellt.
4 zeigt eine Arbeitsmaschine 50 aus dem Stand der Technik, die ein verschiebbares Gewicht 59 umfasst, welches über ein Scherengelenk 62 mit dem Fahrzeugrahmen 56 verbunden ist. Das Scherengelenk 62 führt das verschiebbare Gewicht 59 auf einer Linie 63 und hält es gleichzeitig in einer horizontalen Lage. Zudem kann die Verschiebung mit einem einzigen Antrieb/Stellelement 61 erfolgen. Die Schwerkraft des verschiebbaren Gewichts 59 muss nicht durch den Antrieb/Stellelement 61 getragen werden, wenn das Hilfsrad 57 entlastet ist. Nachteilig an dieser Arbeitsmaschine 50 ist allerdings, dass das Scherengelenk 62 an beiden Enden, am Fahrzeugrahmen 56 und am verschiebbaren Gewicht 59, je ein Linearlager 64 und 64.2 benötigt, welches auf einer Stange/Schiene 65 und 65.2 so befestigt ist, dass es sich leichtgängig entlang dieser verschieben lässt. Dabei müssen diese Linearlager 64 und 64.2 hohe Lasten aufnehmen, die durch die Schwerkraft des verschiebbaren Gewichts 59 erzeugt werden. Im staubigen Umfeld einer Arbeitsmaschine sind solche Linearlager zudem nicht sehr robust und auch nicht wartungsarm.
-
In 5 ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Arbeitsmaschine 1 dargestellt, die die Nachteile der Arbeitsmaschinen/-fahrzeuge aus dem Stand der Technik beseitigt oder zumindest minimiert. Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine 1 umfasst ein Arbeitsgerät 2, das über die Aufnahme 24 mit dem Fahrzeug verbunden ist. Über die Aufnahme 24 kann das Arbeitsgerät 2 für den Transport angehoben werden. Bei dem dargestellten Arbeitsgerät 2 handelt es sich um einen Pflug, wie er in der Landwirtschaft eingesetzt wird. Als Arbeitsgerät 2, das an der Aufnahme 24 angeordnet ist, sind aber sämtliche Arbeitsgeräte denkbar, die im Bauwesen und/oder in der Landwirtschaft genutzt werden und die ein Trägerfahrzeug benötigen.
-
Außerdem umfasst die Arbeitsmaschine 1 eine Fahrzeugachse 3 mit beidseitig angeordneten Radelementen 4 und/oder Raupenelementen.
-
Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine 1 kann als Schwarmroboter verwendet werden. Dabei arbeitet die Maschine fahrerlos, also ferngesteuert und/oder autonom. Schwarmroboter, wie sie zum Beispiel in der Landwirtschaft eingesetzt werden, sind oft leichter und kleiner als die Traktoren, wie sie heute meistens verwendet werden. Dadurch, dass mehrere solcher Schwarmroboter zur Verrichtung der Arbeiten eines einzigen Traktors eingesetzt werden, können sie kleiner und leichter sein und dennoch dieselbe Leistung erbringen. Vorteilhaft ist dabei, dass durch die kleineren Fahrzeuggewichte eine deutlich niedrigere Bodenverdichtung stattfindet. Die hohe Bodenverdichtung der heutigen Traktoren ist für die landwirtschaftlich genutzten Böden oft nachteilig.
-
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine 1 ein verschiebbares Gewicht 5, das über ein Gestänge 6 mit dem Fahrzeugrahmen 15 verbunden ist. Dabei ist das Gestänge 6 so angeordnet, dass das verschiebbare Gewicht 5 in einem weiten Bereich verschoben werden kann, dass es dabei weder wesentlich angehoben noch abgesenkt wird und dass der Verschiebeweg im Wesentlichen eine gerade Linie 16 nachbildet. Durch den weiten Verschiebebereich kann das verschiebbare Gewicht 5 vergleichsweise klein sein und dennoch über die Hebelwirkung das Gewicht eines schweren Arbeitsgeräts 2 ausgleichen, wenn dieses angehoben wird.
-
Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 umfasst das verschiebbare Gewicht 5 ausschließlich Elemente, wie zum Beispiel einen elektrischen Speicher, bei dem die Einhaltung der horizontalen Lage nicht erforderlich ist. Es kann fest an der Stange 7 angebracht sein, sodass es sich mit demselben Winkel gegenüber der horizontalen Lage dreht, wie die Stange 7 selbst. Das verschiebbare Gewicht 5 ist beispielhaft als Kreis dargestellt, wobei es aber auch zylinderförmig sein kann. Es kann aber genauso gut jede andere Bauform einnehmen.
-
Mit dem Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 kann das verschiebbare Gewicht 5 mit einem einzigen Antrieb/Stellelement 25 verschoben werden, welches beispielsweise fahrzeugmittig angeordnet ist. Es können selbstverständlich auch zwei oder mehrere Antriebe verwendet werden. Der Antrieb/das Stellelement 25 nimmt keine Kräfte auf, die dazu benötigt werden, das verschiebbare Gewicht gegen die Schwerkraft oben zu halten, sondern einzig Kräfte, die zum Beschleunigen und Abbremsen des Gewichts 5 benötigt werden einschließlich von Reibungskräften der Gelenke, die einer Bewegung des verschiebbaren Gewichts 5 entgegenwirken. Die Gelenkpunkte 8, 8.2, 8.3 und 8.4 sind einfache Bolzengelenke, die reibungsarm ausgeführt werden können, die sehr robust, verschleißarm und wartungsfreundlich sind und vergleichsweise kostengünstig. Bauartbedingt können solche Gelenke gut vor Schmutz- und Staubeintrag geschützt werden. Somit stellt das Gestänge 6 eine kostengünstige und energieeffiziente Lösung für die Befestigung und die Führung des verschiebbaren Gewichts 5 dar.
-
Die 6a zeigt das Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in seiner vollständig gestreckten Position, in der das verschiebbare Gewicht 5 am weitesten ausgelenkt ist, sich also auf der am weitesten vom Fahrzeugrahmen entfernten Position befindet. Das Gestänge 6 umfasst drei Stangen 7, 7.2, 7.3, die mittels Gelenkpunkten 8, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5 mit anderen Elementen gekoppelt sind. Weiterhin sind Verbindungslinien 9, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 zwischen den Gelenkpunkten dargestellt. Die Länge der einzelnen Verbindungslinie ist somit gleich dem Abstand der beiden Gelenkpunkte, die durch diese Verbindungslinie verbunden sind. Eine erste Stange 7 und eine zweite Stange 7 sind über die Gelenkpunkte 8 und 8.2 drehbar mit dem Fahrzeugrahmen 15 verbunden, der hier nicht dargestellt ist. Jeweils am entgegengesetzten Ende der ersten Stange 7 und der zweiten Stange 7 befinden sich die Gelenkpunkte 8 und 8.4. An diesen ist eine dritte Stange 7 angeordnet, wobei diese mittels den Gelenkpunkten 8 und 8.4 jeweils drehbar gelagert ist. Am entgegengesetzten Ende der dritten Stange 7 ist das verschiebbare Gewicht 5 über den Gelenkpunkt 8 mit der dritten Stange 7 verbunden, wobei diese Verbindung entweder fest sein kann oder drehbar gelagert ist. Die dritte Stange 7 umfasst somit die drei Gelenkpunkte 8, 8.4 und 8.5, wobei die Verbindungslinie 9, die die Gelenkpunkte 8 und 8.4 miteinander verbindet und die Verbindungslinie 9, die die Gelenkpunkte 8 und 8.5 miteinander verbindet, im festen Winkel 17 zueinanderstehen, der mehr als 90° beträgt. Der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der dritten Stange 7 verbindet, befindet sich in seiner vertikalen Ausrichtung auf der geraden Linie 16. Um die Position des verschiebbaren Gewichts 5 sehr weit ausstrecken zu können, müssen die beide Stangen 7 und 7.2 sich jeweils in einem möglichst kleinen Winkel 17 und 17.3 zur Horizontalen befinden. Dabei müssen also jeweils die beiden Verschiebewege 18 und 18.2 so groß wie möglich werden, damit jede der beiden Stangen 7 und 7.3 einen möglichst großen Beitrag zum gesamten Verschiebeweg 18 in horizontaler Richtung leistet. Allerdings darf dabei der Winkel 17 zwischen der zweiten Stange 7 und der dritten Stange 7 nicht zu groß werden, sondern sollte deutlich kleiner als 180° bleiben, da sonst die Kräfte in den Gelenkpunkten 8, 8.2, 8.3 und 8.4 zu groß werden. Der feste Winkel 17 der dritten Stange 7 ist so zu wählen, dass der Winkel 17 zwischen der Verbindungslinie 9 der dritten Stange 7 und der Verbindungslinie 9 der ersten Stange 7 grösser als 0° ist. Um die Vorgaben eines großen Verschiebewegs 18 einhalten zu können und den Winkel 17 deutlich unter 180° zu halten, haben die Stangen 7, 7.2 und 7.3 eine notwendige Mindestlänge, die allerdings so klein wie möglich sein soll, damit die Arbeitsmaschine 1 in seiner Bauhöhe begrenzt bleibt. Daher ist ein fester Winkel 17, der grösser ist als 90° notwendig.
-
Die 6b zeigt das Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in einer zusammengezogenen Position, in der das verschiebbare Gewicht 5 nicht weit ausgelenkt ist, sich also wenig weit weg vom Arbeitsgerät 2 befindet, wobei der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der Stange 7 verbindet, sich in seiner vertikalen Ausrichtung im Wesentlichen auf der geraden Linie 16 befindet.
-
Die 6c zeigt das Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in einer mittleren Position, wobei der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der dritten Stange 7 verbindet, sich in seiner vertikalen Ausrichtung im Wesentlichen auf der geraden Linie 16 befindet. Die Gelenkpunkte 8, 8.2, 8.3 und 8.4 bilden ein Mehreck mit vier Seiten, wobei der feste Winkel 17 der dritten Stange 7 mehr als 90° beträgt. Die erste Stange 7 ist über einen ersten Gelenkpunkt 8 und die zweite Stange 7 über einen zweiten Gelenkpunkt 8 drehbar am Fahrzeug/Fahrzeugrahmen angeordnet und die dritte Stange 7 ist durch einen dritten Gelenkpunkt 8 drehbar mit der erste Stange 7 und einem vierten Gelenkpunkt 8 drehbar mit der zweiten Stange 7 verbunden. Dabei ist das verschiebbare Gewicht 5 über einen Gelenkpunkt 8 drehbar oder fest an der dritten Stange 7 angeordnet, wobei die Gelenkpunkte 8, 8.2, 8.3 und 8.4 so angeordnet sind, dass sie über ihre Verbindungslinien 9, 9.2, 9.4 und 9.5 ein Mehreck mit vier Seiten bilden. Die drei Gelenkpunkte 8, 8.4 und 8.5 der dritten Stange 7 sind durch eine erste Verbindungslinie 9 und eine zweite Verbindungslinie 9 verbunden, die in einem festen Winkel 17 von mehr als 90° zueinanderstehen. Die Position des Gelenkpunkts 8 und die Position des Gelenkpunkts 8 am Fahrzeug/Fahrzeugrahmen, die Länge der Verbindungslinie 9 der ersten Stange 7, die Länge der Verbindungslinie 9 der zweiten Stange 7, der feste Winkel 17 und die Länge der Verbindungslinien 9 und 9.3 der dritten Stange 7 sind so angeordnet, dass die dritte Stange 7 über den Gelenkpunkt 8 das verschiebbare Gewicht 5 beim Verschieben auf einer gegenüber dem Fahrzeug fest zugeordneten im Wesentlichen geraden Linie 16 führt.
-
Die 6d zeigt die dritte Stange 7 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 mit den Gelenkpunkten 8, 8.4 und 8.5, mit deren Verbindungslinien 9 und 9.5 und dem festen Winkel 17. Außerdem zeigt sie die Lage des Mehrecks 19 in der eingezogenen Position des Gestänges 6. Bei einer Drehung der dritten Stange 7 um den Gelenkpunkt 8 bewegt sich der Gelenkpunkt 8 auf der Kreisbahn 20, dessen Mittelpunkt der Gelenkpunkt 8 ist und dessen Radius 21 gleich der Länge der Verbindungslinie 9 der Stange 7 ist. Gleichzeitig dreht sich der Gelenkpunkt 8 der dritte Stange 7 um den Gelenkpunkt 8, wobei sich der Gelenkpunkt 8 auf der Kreisbahn 20 bewegt, dessen Mittelpunkt der Gelenkpunkt 8 ist und dessen Radius 21 die Länge der Verbindungslinie 9 der Stange 7. Die dritte Stange 7, die an den Gelenkpunkten 8 und 8.4 angeordnet ist, bewegt sich dabei entlang der Kreisbahnen 20 und 20.2 derart, dass sie dabei eine Drehbewegung erfährt, welche durch die beiden Kreisbahnen 20 und 20.2 vorgegeben ist.
-
Die 6e zeigt die dritte Stange 7 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 mit den Gelenkpunkten 8, 8.4 und 8.5, der Verbindungslinie 9 sowie dem festen Winkel 17 in verschiedenen Positionen 7.3', die durch die Bewegung der Gelenkpunkte 8 und 8.4 auf den Kreisbahnen 20 und 20.2 vorgegeben sind. Bei jeder dieser Positionen befindet sich der Gelenkpunkt 8 im Wesentlichen auf der Linie 16. Die Drehung der Stange 7 wird maßgeblich durch den Abstand der beiden Gelenkpunkte 8 und 8.2, die gleichzeitig die Mittelpunkte der Kreise 20 und 20.2 sind, und deren unterschiedlichen Radien 21 und 21.2 vorgegeben, sowie durch die Länge der Verbindungslinie 9 der dritten Stange 7. Dabei muss die Verbindungslinie 9 mindestens so lang sein, dass sie an jedem Punkt seiner vorgesehenen Bewegung den Abstand überbrücken kann, den die Kreislinien 20 und 20.2 zueinander haben. Bei der Drehung der zweiten Stange 7 um den Gelenkpunkt 8 dreht sich der Gelenkpunkt 8 der dritten Stange 7 auf dem Kreis 20. Dabei verschiebt sich dieser Gelenkpunkt 8 sowohl in horizontaler Richtung 22, als auch in vertikaler Richtung 23. Da der Gelenkpunkt 8 der dritten Stange 7 sich im Wesentlichen auf der Linie 16 bewegen soll, muss diese dritte Stange 7 sich in dem Maße um den Gelenkpunkt 8 drehen, dass der Gelenkpunkt 8 durch die Verdrehung der dritten Stange 7 die Veränderung des Gelenkpunkts 8 in vertikaler Richtung 23 ausgleicht. Um diese Bewegung zu erreichen, bilden die Gelenkpunkte 8, 8.2, 8.3 und 8.4 das Mehreck 19 mit vier Seiten, wobei die dritte Stange 7 drei Gelenkpunkte 8, 8.4 und 8.5 hat, wobei deren Verbindungslinien 9 und 9.5 in einem festen Winkel 17 von mehr als 90° zueinanderstehen. Die Positionen der Gelenkpunkte 8 und 8.2, sowie die Länge derer Verbindungslinie 9, sowie die Längen der Verbindungslinien 9 und 9.2 der ersten Stange 7 und der zweiten Stange 7, der feste Winkel 17 und die Länge der Verbindungslinie 9 der dritten Stange 7 sind in ihrer Größe so aufeinander abgestimmt, dass sich der Gelenkpunkt 8 in jeder Position, innerhalb der Strecke 18, auf welcher dieser verschoben werden kann, im Wesentlichen auf der geraden Linie 16 befindet.
Beispielhaft können diese Größen so gewählt sein, dass sich die Positionen der Gelenkpunkte 8 und 8.2 auf einer parallel zur Fahrzeuglängsachse liegenden Linie befinden. Ihre Verbindungslinie 9 ist 0,4 Meter lang. Die Verbindungslinie 9 der ersten Stange 7 ist 1,60 Meter lang, die Verbindungslinie 9 der zweiten Stange 7 ist 1,45 Meter lang. Bei der dritten Stange 7 ist die Verbindungslinie 9 dann 0,2 Meter lang, die Verbindungslinie 9 beträgt 1,30 Meter, wobei diese im festen Winkel 17 von 140° zueinanderstehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel verschiebt sich der Gelenkpunkt 8 auf einer im Wesentlichen geraden Linie 16 über eine Strecke 18 von etwa 2,5 Meter, die im Wesentlichen parallel zu der Verbindungslinie 9 liegt und somit das verschiebbare Gewicht 5 parallel zur Fahrzeuglängsachse verschoben werden kann. Die Festlegung dieser Größen sowie deren Abhängigkeit voneinander kann mit graphischen Methoden erfolgen, wie in 6a bis 6e gezeigt, oder mit analytischen Methoden.
-
In 7 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Die Arbeitsmaschine 1 gemäß des Ausführungsbeispiels der 7 umfasst eine Hauptfahrzeugachse 3 mit beidseitig angeordneten Radelementen 4, ein Arbeitsgerät 2 in Form einer Schaufel 14 und ein verschiebbares Gewicht 5, das durch das Gestänge 6 mit dem Fahrzeugrahmen 15 verbunden ist. Weiterhing umfasst das Gestänge 6 der Arbeitsmaschine 1 einen vierten Stab 7, welcher das verschiebbare Gewicht 5 über den verschiebbaren Bereich hinweg in einer im Wesentlichen horizontalen Lage hält.
-
Mit dem Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 kann das verschiebbare Gewicht 5 mit einem einzigen Antrieb/Stellelement 25 verschoben werden, welches beispielsweise fahrzeugmittig angeordnet ist wobei die vierte Stange 7 das verschiebbare Gewicht 5 in seiner horizontalen Lage hält. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das verschiebbare Gewicht 5 Elemente enthalten kann, wie zum Beispiel Motoren zur Energieumwandlung, hydraulische Pumpen, Flüssigkeitsbehälter und/oder weitere Speicher-, Antriebs- oder Steuerungselemente, die störungsfrei arbeiten können und deren Funktion nicht durch eine etwaige Schrägstellungen beeinträchtigt werden können. Weiterhin kann somit ein Hilfsrad 10 am verschiebbaren Gewicht 5 angebracht werden, welches eine Einrichtung zur Lasterfassung umfassen kann.
-
Die 8a zeigt das Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in einer mittleren Position. Das Gestänge 6 umfasst zusätzlich zu den Elementen des Gestänges 6 eine vierte Stange 7, die durch einen weiteren Gelenkpunkt 8 mit dem verschiebbaren Gewicht 5 drehbar verbunden ist. Durch einen weiteren Gelenkpunkt 8 ist die vierte Stange 7 drehbar mit der zweiten Stange 7 verbunden. Dabei weist die zweite Stange 7 einen dritten Gelenkpunkt 8 auf, wobei die drei Gelenkpunkte 8, 8.4 und 8.6 der zweiten Stange 7 durch eine erste Verbindungslinie 9 und eine zweite Verbindungslinie 9 verbunden sind, die in einem festen Winkel 17 von mehr als 90° zueinanderstehen. Die Positionen der beiden Gelenkpunkte 8 und 8.7 sind am verschiebbaren Gewicht 5 so angeordnet, dass sie einen festen Abstand 26 in horizontaler Richtung und einen festen Abstand 26 in vertikaler Richtung haben. Dabei sind die Positionen der Gelenkpunkte 8 und 8.7 am verschiebbaren Gewicht 5, die Länge der Verbindungslinie 9 der dritten Stange 7, die Länge der Verbindungslinie 9 der vierten Stange 7, der feste Winkel 17 und die Länge der Verbindungslinie 9 der zweiten Stange 7 so angeordnet, dass die vierte Stange 7 das verschiebbare Gewicht 5 beim Verschieben in einer im Wesentlichen horizontalen Lage hält.
-
Die 8b zeigt das Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in einer gestreckten Position. Der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der dritten Stange 7 verbindet, befindet sich auf der geraden Linie 16. Der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der vierten Stange 7 verbindet, befindet sich auf der geraden Linie 16, die parallel zur geraden Linie 16 verläuft und hält das verschiebbare Gewicht 5 somit in einer im Wesentlichen horizontalen Position.
Die 8c zeigt das Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in einer mittleren Position. Der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der dritten Stange 7 verbindet, befindet sich auf der geraden Linie 16. Der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der vierten Stange 7 verbindet, befindet sich auf der geraden Linie 16 und hält das verschiebbare Gewicht 5 in einer im Wesentlichen horizontalen Position.
-
Die 8d zeigt das Gestänge 6 der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in einer eingezogenen Position. Der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der dritten Stange 7 verbindet, befindet sich auf der geraden Linie 16. Der Gelenkpunkt 8, der das verschiebbare Gewicht 5 mit der vierten Stange 7 verbindet, befindet sich auf der geraden Linie 16 und hält das verschiebbare Gewicht 5 in einer im Wesentlichen horizontalen Position.
Beispielhaft können diese Größen so gewählt sein, dass sich die Positionen der Gelenkpunkte 8 und 8.2 auf einer parallel zur Fahrzeuglängsachse liegenden Linie befinden. Ihre Verbindungslinie 9 ist 0,4 Meter lang. Die Verbindungslinie 9 der ersten Stange 7 ist 1,60 Meter lang, die Verbindungslinie 9 der zweiten Stange 7 ist 1,45 Meter lang. Die Verbindungslinie 9 der zweiten Stange 7 ist 0,2 Meter lang und der feste Winkel 17 der zweiten Stange 7 beträgt 150°. Bei der dritten Stange 7 ist die Verbindungslinie 9 dann 0,2 Meter lang, die Verbindungslinie 9 beträgt 1,30 Meter, wobei diese im festen Winkel 17 von 140° zueinanderstehen. Die Gelenkpunkte 8 und 8.7 haben einen horizontalen Abstand 26 von 0,34 Meter und einen vertikalen Abstand 26 von 0,2 Meter. Bei diesem Ausführungsbeispiel verschiebt sich der Gelenkpunkt 8 auf einer im Wesentlichen geraden Linie 16 über eine Strecke 18 von etwa 2,5 Meter, die im Wesentlichen parallel zu der Verbindungslinie 9 liegt und somit das verschiebbare Gewicht 5 parallel zur Fahrzeuglängsachse verschoben werden kann. hält das verschiebbare Gewicht 5 in einer im Wesentlichen horizontalen Position. Die Festlegung dieser Größen sowie deren Abhängigkeit voneinander kann mit graphischen Methoden erfolgen, wie in 6a bis 6e, sowie in den Gig. 8a bis 8d gezeigt, oder mit analytischen Methoden.
Die 9 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 in einer weiteren Ansicht. Die Arbeitsmaschine 1 umfasst zwei Gestänge 6 und 6.2', die jeweils seitlich am verschiebbaren Gewicht 5 angeordnet sind, sodass dieses zwischen den beiden Gestängen 6 und 6.2' Platz hat und zwischen diesen verschoben werden kann. In einem Bereich oberhalb des verschiebbaren Gewichts können in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel eine oder mehrere Querstreben 11 angeordnet sein, die die beiden Gestänge 6 und 6.2' miteinander verbinden. Somit werden beide Gestänge sehr robust, wobei die Stangen 7, 7.2, 7.3, 7.4 und 7.1', 7.2',7.3',7.4' gewichts- und kostengünstig hergestellt werden können.
-
In 10 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Die Arbeitsmaschine 1 umfasst ein verschiebbares Gewicht 5, welches mit zwei seitlich am verschiebbaren Gewicht 5 angeordneten Gestängen 6 und 6.3' (nicht abgebildet) verschiebbar ist. Außerdem umfasst die Arbeitsmaschine 1 eine Fahrzeugachse 3 mit seitlich angeordneten Radelementen 4, um die die Arbeitsmaschine 1 balancierbar ist. Zusätzlich umfasst die Arbeitsmaschine 1 eine Aufnahme 24 für ein Arbeitsgerät 2, welches hier beispielhaft gezeigt ein Anhänger 28 ist. Bei dieser beispielhaften Aufnahme 24 kann sich die Arbeitsmaschine 1 gegenüber dem Anhänger 28 so um die Fahrzeughochachse 29 drehen, dass damit eine Lenkbewegung erfolgen kann. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme 24 eine Verdrehung des Anhängers 28 um die Fahrzeuglängsachse 30 zulässt, da dann keine der Achsen eine Pendelaufhängung benötigt. Drehbewegungen um die Querachse (hier nicht dargestellt) werden durch die Aufnahme 24 allerdings nicht zugelassen. Solche Aufnahmen sind im Stand der Technik zum Beispiel bei selbstfahrenden, knickgelenkten Muldenkippern, nachfolgend als Muldenkipper bezeichnet, bekannt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Last, die auf die Fahrzeugachse 3 wirkt, durch ein Ausschwenken des verschiebbaren Gewichts 5 vergrößert werden kann. Somit kann die Traktionsfähigkeit der an der Fahrzeugachse 3 angebrachten Radelementen 4 erhöht werden. Das daraus resultierende höhere Kippmoment nach vorne wird durch die Aufnahme 24 auf den Anhänger übertragen. Die Räder des Anhängers werden dementsprechend entlastet. Vorteilhaft dabei ist, dass ein solches Fahrzeug eine ähnlich gute Traktion aufweisen kann, wie ein vergleichbares Fahrzeug aus dem Stand der Technik, bei welchem eine oder mehrere Achsen des Anhängers angetrieben sind. Die Arbeitsmaschine 1 ist somit in der Lage, sich das Gewicht des Anhängers 28 zur Erzeugung von Traktion nutzbar zu machen, ohne dafür eine aufwändige Einrichtung zu benötigen, wie sie üblicherweise zum Antrieb der Anhängerachse notwendig sind. Daraus ergeben sich Gewichts- und Kostenvorteile sowie eine bessere Energieeffizienz.
-
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Aufnahme 24 für ein Arbeitsgerät 2 eine An- und Abkoppelung des Anhängers 28 ermöglicht. Dann kann die Arbeitsmaschine 1 als Universalmaschine vorgesehen werden, die die verschiedenartigsten Arbeitsgeräte nutzen kann, wie sie in der Bau- und Landwirtschaft verwendet werden. Wird dabei die unterschiedliche Drehzahl oder Drehrichtung der an der Fahrzeugachse 3 angeordneten Radelementen 4 zu Lenkung verwendet, entsteht so ein sehr wendiges und gut manövrierbares Fahrzeug, das somit auch dann Vorteile hat, wenn kein Arbeitsgerät 2 angebaut ist. Um Arbeitsgeräte 2 zum Beispiel einen Anhänger 28 sehr einfach und schnell ankoppeln zu können, können Sensoren verwendet werden, die zusammen mit einem elektronischen Steuergerät, welches über Fahrerassistenzsysteme verfügt, die Arbeitsmaschine 1 automatisch, schnell und präzise an das Arbeitsgerät heranführt.
-
Weiterhin kann die Arbeitsmaschine 1 mit einem Anhänger 28 bei Erdbewegungsarbeiten so eingesetzt werden, dass der Anhänger 28 im vom Arbeitsgerät 1 abgekoppelten Zustand beladen wird. Währenddessen ist die Arbeitsmaschine 1 mit einem anderen Anhänger 28 unterwegs auf seiner vorgesehenen Fahrstrecke und braucht den Ladevorgang nicht abzuwarten. Oft ist es so, dass mehrere Muldenkipper zwischen der Ladestelle und der Abladestelle im Einsatz sind. Aus Gründen der Effizienz soll dabei die Lademaschine, zum Beispiel ein Bagger oder ein Radlader nicht warten müssen, bis der nächste leere Muldenkipper ankommt. Daher wird oft so geplant, dass die Zahl der eingesetzten Muldenkipper höher ist als unbedingt notwendig. Unter Umständen müssen diese dann an der Ladestelle warten. Verlangt eine Baustelle zum Beispiel eine bestimmte Anzahl von Muldenkippern, um effizient betrieben zu werden, reicht es bei der Verwendung von Arbeitsmaschinen 1 dieselbe Aufgabe mit derselben Anzahl von Anhängern 28 aber mit weniger Arbeitsmaschinen 1 bewältigen zu können. Durch die Verwendung des verschiebbaren Gewichts 5 und der Aufnahme 24 zur Ankoppelung der Anhänger 28 können diese Maschinen auch an Orten eingesetzt werden, an denen das Gelände sehr schwierig ist, und den Muldenkippern ein hohes Traktionsvermögen abverlangt.
-
Obwohl nur einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, ist es offensichtlich, dass der Fachmann zahlreiche Modifikationen oder andere Arbeitsgeräte hinzufügen kann, ohne Wesen und Umfang der Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Arbeitsmaschine
- 2
- Arbeitsgerät
- 3
- Fahrzeugachse
- 4
- Radelement
- 5
- Verschiebbares Gewicht
- 6
- Gestänge
- 7
- Stange
- 8
- Gelenkpunkt
- 9
- Verbindungslinie
- 10
- Hilfsrad
- 11
- Querstrebe
- 12
- Arbeitsarm
- 13
- Schwenkarm
- 14
- Schaufel
- 15
- Fahrzeug/Fahrzeugrahmen
- 16
- Linie
- 17
- Winkel
- 18
- Verschiebeweg
- 19
- Mehreck
- 20
- Kreisbahn
- 21
- Radius
- 22
- Horizontale Richtung
- 23
- Vertikale Richtung
- 24
- Aufnahme
- 25
- Antrieb/Stellelement
- 26
- Abstand
- 27
- Fahrerkabine
- 28
- Anhänger
- 29
- Fahrzeughochachse
- 30
- Fahrzeuglängsachse
- 50
- Radlader
- 51
- Gegengewicht
- 52
- Arbeitsgerät
- 53
- Hauptfahrzeugachse
- 54
- Radelement
- 55
- Arbeitsarm
- 56
- Fahrzeugrahmen
- 57
- Hilfsrad
- 58
- Hebel
- 59
- Verschiebbares Gewicht
- 60
- Gelenk
- 61
- Antrieb
- 62
- Scherengelenk
- 63
- Linie
- 64
- Linearlager
- 65
- Stange/Schiene
