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Die Erfindung betrifft einen Zentral-Unterbau, der ausgebildet ist zur Aufnahme von Fahrwerken, welche zusammen einen Oberbau aufnehmen, der sich über einen Drehpunkt auf diesemZentral-Unterbau drehen kann und mit diesem bewegt/verfahren/abgestützt werden kann.
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Als Zentral-Unterbau werden solche Konstruktionen bezeichnet, die als Verbindungselement, Chassis, Trägerrahmen oder Hauptträger fungieren.
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Im Stand der Technik ist bereits bekannt, Fahrwerke an Zentral-Unterbauten anzuschließen. Hier gibt es verschiedene Lösungen.
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Dabei sind häufig für Tagebaugroßgeräte 3-Fahrwerksgruppen eingesetzt, von denen zwei mittels eines Gestänges aus Deichseln gekoppelt sind. An das Gestänge ist beispielsweise ein Hydraulikzylinder/-system angeschlossen, welches das Gestänge verstellt/manipuliert und damit die Stellung der zwei gekoppelten Fahrwerksgruppen miteinander und gegenüber der dritten Fahrwerksgruppe. Diese Manipulation oder Verstellung wird Zwangssteuerung genannt. Eine solche Zwangsteuerung nach dem Stand der Technik ist in 1 beispielhaft gezeigt. Diese Zwangssteuerung ist zwar sehr robust, nachteilig ist jedoch die eingeschränkte Bewegungsfreiheit der lenkbaren Fahrwerke, die sich nachteilig auf die Manövrierbarkeit des Tagebaugerätes auswirkt. Weiterhin nachteilig ist, dass die Fahrwerke mechanisch aufwendig konstruiert sind zum Verdrehen und dafür eine erhöhte Steuerungskomplexität aufgewendet werden muss.
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Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, Fahrwerke einzeln als Basis für Aufbauten zu benutzen, wie bei Baggern, Kettenkränen und Baumaschinen im allgemeinen, sowie Panzern. Jedoch sind diese Lösungen nicht ausgebildet mehrere Fahrwerke zentral aufzunehmen und darüber Aufbauten beweglich anzuordnen. Sind sie es dennoch wie in
WO 2010/ 094 950 A3 und
WO 02/ 092 231 A1 beschrieben, müssen die Aufbauten mittels der Fahrwerke beispielsweise gedreht werden oder im Betrieb durch Stützen gegenüber dem Untergrund stabilisiert werden.
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Weiterhin bekannt aus dem Stand der Technik sind sogenannte Versturz- und Aufbereitungsanlagen im Bereich des Tagebaus, beispielsweise seien genannt
WO 2019/ 053 212 A1 und
DE 10 2018 207 886 A1 , die eine tragende Konstruktion aufweisen, an denen dann Fahrwerke und beispielsweise Bänder angeschlossen sind. Jedoch sind diese Bänder gegenüber der tragenden Konstruktion nicht beweglich, sondern ortsfest und werden über die Fahrwerke mit dem gesamten Gerät bewegt.
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Die
EP 2 886 505 A1 offenbart einen Kran mit einem Unterwagen mit einem über eine Drehverbindung drehbar gelagerten Oberwagen. Der Unterwagen weist dabei Längsträger auf, an denen ein Aufnahmering bzw. Ringelement vorgesehen ist, welches durch geeignete Fahrwerke unterfahren werden kann. Die Ringelemente erlauben dabei eine Drehung der Fahrwerke, sodass diese auf ein gemeinsames Lenkziel ausgerichtet werden können. Dadurch ist eine Versetzung des Krans auf der Baustelle möglich.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die Zwangssteuerung eine mechanische Komplexität aufweist, die als Fehlerquelle angesehen werden muss und einen erheblichen konstruktiven Mehraufwand bedeutet. Dieser Nachteil erfordert erhöhten Materialeinsatz zur Kompensation, was kostenintensiv ist. Wenn die Fahrwerke als Einzelfahrwerke, wie bei Baumaschinen den Unterbau bilden, der nicht mehrere Geräte oder Aufbauten aufnehmen kann, dann sind keine Großgeräte, die mehrere Funktionen oder große Wege überspannen, möglich. Die Großgeräte-Konstruktion mit festem Rahmen, wie Absetzer oder Mobile Brecher, wie in
WO 2010/ 094 950 A3 und
WO 02/ 092 231 A1 beansprucht, an dem alles angeschlossen ist, lässt keine Bewegung der Aufbauten gegenüber den Fahrwerken zu, womit die Bewegung der Aufbauten, wenn überhaupt, nur über die Fahrwerke möglich ist oder die mit zusätzlichen Elementen bei der Arbeit stabilisiert werden müssen. Dies schränkt die Beweglichkeit des Gerätes grundsätzlich ein und macht das Fahren beispielsweise auf Tagebauabschnitten kompliziert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, den Nachteil im Stand der Technik zu überwinden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Zentral-Unterbau, auch ZU abgekürzt, zur Aufnahme von Fahrwerken und Oberbau, umfassend mindestens einen Drehpunkt, vorgeschlagen, wobei dieser zur zentralen Abstützung des Oberbaus ausgebildet ist, wobei dieser eine unabhängige Drehung um die Hochachse ermöglicht, wobei der Zentral-Unterbau mindestens zwei Stützpunkte aufweist, die ausgebildet sind, eine Verdrehung der Fahrwerke gegenüber dem Zentral-Unterbau als auch des Oberbaus zu ermöglichen, wobei die Fahrwerke gegenüber dem Zentral-Unterbau mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad aufweisen, wobei der zumindest eine Freiheitsgrad durch mindestens eines Antrieb manipulierbar ist.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist eine Rotationsachse des zumindest einen Rotationsfreiheitsgrad senkrecht zur Bewegungsebene des Zentral-Unterbaus.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Zentral-Unterbau derart ausgeführt, dass die Fahrwerke pendelnd bzw. beweglich gegenüber dem Zentral-Unterbau angeordnet sind, wobei dieses Pendeln durch die Rotations-/Translationsfreiheitsgrade ermöglicht bzw. eingeschränkt wird.
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Dieses Pendeln ermöglicht unteranderem die Fahrt auf unebenem Gelände/Untergrund, wobei die Stellungen der Fahrwerke durch geeignete Kontroll-/Mess-/Prüfeinrichtungen überwacht werden können und die Fahrt daran angepasst werden kann. Diese Überwachung kann dann auch computerunterstützt erfolgen.
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In Ausführungsformen der Erfindung weisen die Fahrwerke zumindest einen Translationsfreiheitsgrad entlang der Rotationsachse des Zentral-Unterbaus auf. Dadurch kann beispielsweise ein Höhenausgleich bei unebenem Untergrund zwischen den Fahrwerken und dem Zentral-Unterbau realisiert werden.
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Damit lassen sich Geländeunebenheiten durch aktive Elemente mittels Ausfahren/Einfahren der Fahrwerke oder Anheben/Absenken des Zentral-Unterbaus gegenüber den Fahrwerken ausgleichen. Verlängerungen oder Zwischenkonstruktionen, die eine stelzenhafte Verbindung zwischen Fahrwerk und Zentral-Unterbau ermöglichen bzw. zur Höherlegung des Zentral-Unterbaus gegenüber den Fahrwerken dienen, sind für größere Höhenunterschiede vorsehbar. Wobei diese Verlängerungen oder Zwischenkonstruktionen aktive Elemente aufweisen können. Zum Ausgleich von begrenztem Fahrweg ist es möglich die Fahrwerke in der Fahrebene im Abstand zueinander zu manipulieren.
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Unter aktiven Elementen werden alle geeigneten Vorrichtungen verstanden, die eine Bewegung und/oder Haltestellung realisieren können, wie beispielsweise hydraulische, pneumatische, elektrische, magnetische, mechanische Mittel oder Kombinationen davon.
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Ergänzend können, für beispielsweise den Lastausgleich, passive Systeme oder Elemente, wie Schwingensysteme auf beispielsweise hydraulischer, mechanischer oder elektromechanischer Bauweise vorgesehen werden, die Geländeunebenheiten durch Gewichtsverlagerung zueinander ausgleichen.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Antrieb der Fahrwerksantrieb.
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Es sind hier auch Konfigurationen realisierbar, bei denen die Fahrwerke lediglich zum Fahren und Lenken ausgebildet sind, die eigentliche Fortbewegung durch eine Zugmaschine oder angeschlossene Zug-/Antriebsvorrichtung übernommen wird.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist die Winkelstellung der Fahrwerke vordefiniert oder stufenlos einstellbar ausgebildet. Dabei bezeichnet eine vordefinierte Winkelstellung der Fahrwerke ausgewählte Winkelstellungen der Fahrwerke zur Realisierung bestimmter Bewegungsmuster des Zentral-Unterbaus, wie etwa den „Hundegang“.
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Der „Hundegang“ ist eine spezielle Fortbewegungsweise für Fahrzeuge, die im Gelände, oft benötigt wird, bei dem sich das Fahrzeug, ohne die Ausrichtung seines Oberbaus zu seiner Längsachse/Primärfahrtrichtung zu ändern, seitlich und nach vorne oder hinten bewegt. Hierzu wird bevorzugt, dass sämtliche Fahrwerke denselben Lenkeinschlag erhalten.
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Die Fahrwerksstellungen für verschiedene Fahrtrichtungen, für 3-Fahrwerke, im „Hundegang“, sind in den 2 und 3 links unten gezeigt.
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In Ausführungsformen der Erfindung weisen die Fahrwerke zumindest eine Prüfeinrichtung und/oder Messeinrichtung zur Erfassung der Position des Fahrwerks und/oder der Winkelstellung des Fahrwerks auf. Eine Prüfeinrichtung ist dabei für Prüfung vordefinierter Winkelstellung vorgesehen.
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Diese Prüfeinrichtung kann im Zusammenspiel mit der Überwachung des Pendelns in dezentralen, lokalen, regionalen oder cloudbasierten Computersystemen den Zustand der gesamten Maschine erfassen/manipulieren/korrigieren/darstellen.
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In Ausführungsformen der Erfindung wird die Winkelstellung der Fahrwerke in zumindest einem Rotationsfreiheitsgrad, bevorzugt zwei Rotationsfreiheitsgraden, besonders bevorzugt wird die Winkelstellung in allen Rotationsfreiheitsgraden erfasst.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist die Messeinrichtung ein Sensor, ausgewählt aus Abstandssensoren: Bezugs-/Kontrollpunkt, GPS oder Geofencing, optischen, wie Laser, oder mittels mechanischen, elektrischen, hydraulischen, pneumatischen, magnetisch, radiometrisch Elementen oder einer Kombination aus den vorher genannten Elementen.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist die Winkelstellung der Fahrwerke automatisiert steuerbar ausgebildet. Dabei können Positions- und Umgebungsdaten für die lokale Positionierung des Zentral-Unterbaus verwendet werden.
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In Kombination mit der erfassten Winkelstellung der Fahrwerke kann somit die Steuerung der Positionierung des Zentral-Unterbaus bedarfsgemäß oder planmäßig erfolgen. Im Falle einer bedarfsgemäßen Steuerung der Positionierung kann auf Basis der erfassten Positionsdaten der Fahrwerke und der erfassten Winkelstellung eine Anpassung der Winkelstellung der Fahrwerke automatisiert erfolgen. Dies kann beispielsweise auf Basis eines vordefinierten Bewegungsmusters oder, in Abhängigkeit der erfassten Positionsdaten und/oder Winkelstellung der Fahrwerke, modellbasiert erfolgen. Denkbar ist hierbei beispielsweise, dass vorab ein Modell des Bewegungsmusters generiert wird, basierend auf den lokalen Positionsdaten oder eine Berechnung des benötigten Bewegungsmusters durch eine Kl, künstliche Intelligenz wie aus dem Stand der Technik bekannt, erfolgt. Dadurch kann ein optimiertes Bewegungsmuster des Zentral-Unterbaus gewährleistet werden, welches beispielsweise aktuellen lokalen Gegebenheiten, wie Wetter, Witterung, Bodenbeschaffenheit, Rechnung trägt.
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Als KI wird im Sinne der Erfindung Künstliche Intelligenz oder auch artifizielle Intelligenz (AI) bezeichnet. Dies bezeichnet vorliegend insbesondere die Technologie des maschinellen Lernens (ML), ein Teilgebiet der künstlichen Intelligenz, welches basierend auf Algorithmen Computer lehrt, aus Daten und Erfahrung zu lernen und Aufgaben immer besser auszuführen.
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In Ausführungsformen der Erfindung werden die erfassten Positionsdaten und/oder die Winkelstellung der Fahrwerke an eine Datenverarbeitungsanlage übermittelt. Diese kann lokal, regional, dezentral oder cloudbasiert sein.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die Fahrwerke Raupenfahrwerke, Kettenfahrwerke, Radfahrwerke oder Schreitwerke.
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Denkbare Kombinationen aus diesen Fahrwerken sind ebenfalls möglich.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die Raupenfahrwerke Mehrraupenfahrwerke, bevorzugt Doppelraupen, wobei deren Raupenschiffe untereinander starr verbunden oder pendelnd gelagert sind.
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Der Aufbau von Raupenschiffen ist aus dem Stand der Technik bekannt und nachfolgend, am Beispiel von Doppelraupen-Fahrwerken, anhand von 4 und der dazugehörigen Figurenbeschreibung als kursorische Übersicht erläutert.
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In Ausführungsformen der Erfindung werden die Fahrwerke geschwindigkeits- oder drehmomentgesteuert.
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Dabei unterliegen die Fahrwerke der Erfassung, sowie einer Regelung/Steuerung von Ist- und Soll-Zustand über eine Datenverarbeitungsanlage. Diese kann wiederum lokal, regional, dezentral oder cloudbasiert sein und mit den anderen Systemen in Verbindung stehen.
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In Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Steuerung der Fahrwerke, bezogen auf ein einzelnes Doppelraupenpaar, mit
- - gleicher Kettenlauf-Richtung, gleicher Geschwindigkeit,
- - gleicher Kettenlauf-Richtung, unterschiedlicher Geschwindigkeit,
- - gegenläufiger Kettenlauf-Richtung, gleicher Geschwindigkeit,
- - gegenläufiger Kettenlauf-Richtung, unterschiedlicher Geschwindigkeit,
- - einer stillstehenden Raupe und einer bewegten Raupe,
- - zwei stillstehenden Raupen, keiner Geschwindigkeit, „aktiver Stillstand“.
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Diese Steuerung der Fahrwerke kann beispielsweise elektrisch, elektronisch (frequenzgeregelt), mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder kombiniert realisiert werden. Diese Steuerung der Fahrwerke dient der Ausrichtung der Fahrwerke zueinander zur gemeinsamen Realisierung der Fahrrichtung und Fahrgeschwindigkeit.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Oberbau modular ausgebildet, wobei die Module beispielsweise ausgewählt sind aus:
- - Zuförderer (Platten-, Gurtband, Kettenkratzer-, Kettengurtförderer),
- - Abförderer (Platten-, Gurtband, Kettenkratzer-, Kettengurtförderer),
- - Zwischenförderer (Platten-, Gurtband, Kettenkratzer-, Kettengurtförderer),
- - Aufnahmeeinrichtung (Schaufelrad, Bunker/Schurren etc.),
- - Turm (Zentral-, C-Rahmen, Fachwerkstruktur etc.),
- - Brecher (Walzen, Wellen-, Steilkegel-, Flachkegel, Backen-, Hammer-, Prall-),
oder in Kombinationen, wobei diese unabhängig von der Ausrichtung des/der FahrwerksE und unabhängig von der Position und sämtlichen Bewegungen des Zentrat-Unterbaus, beweglich sind. Nicht alle Module müssen in Bezug auf den Unterbau beweglich sein, wie beispielsweise der Brecher ortsfest bleiben kann auf dem Zentral-Unterbau. Unter beweglich wird hier beispielsweise das Heben und Senken und/oder Schwenken verstanden.
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In Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Drehung des Oberbaus um den Drehpunkt durch mindestens einen Antrieb, bevorzugt durch mindestens zwei Antriebe.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Oberbau gegenüber dem Zentral-Unterbau mechanisch verriegelbar. Bevorzugt ist die Verriegelung eine Sturmverriegelung.
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In Ausführungsformen der Erfindung weisen die Antriebe integrierte Bremsen auf und/oder es sind zusätzliche Bremsen und/oder Verriegelungen vorgesehen.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Oberbau ausgebildet, eine Drehung um den Drehpunkt auszuführen, wobei diese zusammengesetzt oder durchgängig sein kann.
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Die Umdrehung kann dabei eine zusammengesetzte Drehung, wie ±90° plus ±270° bzw. ±1/2π plus ±3/2π sein oder eine volle Umdrehung von 360° bzw. 2π oder > 360°.
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In Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Lagerung und Verdrehung der Fahrwerke und/oder des Oberbaus gegenüber dem Zentral-Unterbau mittels zumindest eines Scheibenläufermotors. Bevorzugt erfolgt die Lagerung und Verdrehung mittels zumindest zweier Scheibenläufermotoren, besonders bevorzugt mittels drei oder mehr Scheibenläufermotoren. Diese können beispielsweise in einem Planetengetriebe angeordnet sein. Diese reduziert die Baugröße und Antriebsleistung der Scheibenläufermotoren und erhöht die Redundanz und erleichtert den Austausch bei Reparaturen.
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In Ausführungsformen der Erfindung bildet die zentrale Abstützung des Oberbaus gleichzeitig die Schwerpunkt Mitte des Oberbaus oder des Gerätes.
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Diese Schwerpunktlage ist ein Ideal, weil dadurch die Belastung und Gewichtsverteilung symmetrisch wäre. In der Praxis ist bei dem Einsatz verschiedener Module für den Oberbau diese Symmetrie nur selten zu erreichen.
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In Ausführungsformen der Erfindung befindet sich der Schwerpunkt des Gerätes außermittig.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind die Stützpunkte ausgebildet als Kalottenlager, Kugelstützpunkte, Radialgelenklager, Kardangelenk, Königszapfen oder RadiabBolzen-Konstruktion.
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In Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen die Stützpunkte eine drehbare Verbindung, wobei diese entweder bis zu einer Volldrehung oder ohne bauliche Begrenzung ausführbar sind.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist der Zentral-Unterbau modular aufgebaut, und als insbesondere Schweiß- und/ oder Schraubkonstruktion ausgeführt ist, wobei dieser modulare Zentral-Unterbau skalierbar und frei konfigurierbar ist für eine maximal flexible, rationale und qualitätssichere Fertigung.
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Diese Module lassen sich nach Forderung hinsichtlich der Größe des Zentral-Unterbaus, Anzahl der Fahrwerke/Stützpunkte, Oberbauerfordernissen, Untergrundanforderungen oder Energiebedarf skalieren und beliebig kombinieren. Diese Skalierbarkeit/Modularität erleichtert die Konstruktion, die Herstellung, die Montage und bietet dabei enorme Flexibilität für den Zentral-Unterbau. Die Module weisen dafür beispielsweise Pressenpunkte, Montagezugänge und/ oder Mannlöcher, sowie Ösen oder Bohrungen zur Montage auf. Damit ist der ZU für die Herstellung mehrteilig und besitzt für die Montage oder Reparatur und Wartung beispielsweise einheitliche Montage-/Pressenpunkte. All diese Montagehilfsmittel sind Teil der Module und ihrer Skalierung.
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Damit ermöglicht der Zentral-Unterbau mit den Kombinationen aus verschiedenen Fahrwerken, deren Verbindung und diversen Oberbauten eine hochflexible Basis, die frei bewegliche Oberbauten aufweist und eine davon unabhängige Fortbewegung ermöglicht. Mitdiesem Zentral-Unterbau in Kombination mit Fahrwerken sind die Bewegungsrichtungen im Betrieb komplett frei wählbar, die Positionierung am Arbeits-/Einsatzort exakt und die Fortbewegung zielgerichtet und dennoch komplex möglich. Damit können nicht wie bisher nur Radien/Kurven gefahren werden, sondern die Fahrwerke mit dem Zentral-Unterbau gegenüber dem Oberbau gegenläufig gedreht werden. Von einem Bezugspunkt; der gegenwärtigen Position des Koordinatensystems, beispielsweise des Drehpunktes des Oberbaues; jegliche Richtungen/Vektoren angefahren/vorgegeben werden, ohne durch die Ausmaße des Oberbaues eingeschränkt zu sein. Dieser kann bei engen Stellen einfach gedreht werden und selbst Engpässe durchquert werden. Weiterhin ist durch die Möglichkeit des Höhenausgleichs/Anheben von Oberbau über den Zentral-Unterbau oder von einzelnen/mehreren Fahrwerken bei gleichzeitig pendelnden Fahrwerken die Möglichkeit geschaffen, bisher schwieriges oder unpassierbares Gelände zu überqueren oder hinauf/hinab zu fahren ohne der Gefahr des Umkippens ausgesetzt zu sein, weil der Oberbau in Bezug auf Kipppunkt/Schwerpunktslage über die Fahrwerke nivellierbar ist. Hierbei ist eine Bauteileinsparung gegenüber dem Stand der Technik gegeben, der zu einer Kostenreduktion bei Herstellung und Wartung, Instandhaltung, sowie im Betrieb, Ersatzteilhaltung führt. Die Konstruktion erhöht die Flexibilität im Betrieb nach den genannten Vorzügen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wenigstens eine Steuereinheit bereitgestellt wird, mit der jedes Fahrwerk zur Ausführung einer Bewegung oder zum Stillstand mit mindestens einem separaten Steuersignal angesteuert wird.
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Kerngedanke der Erfindung ist dabei die voneinander unabhängige und ferner vom Oberbau und Zentral-Unterbau unabhängige Selbstausrichtung jedes der Fahrwerke durch eine diskrete Ansteuerung deren Antriebe. Die erfindungsgemäße Ansteuerung kann dabei mit nur einer oder mit mehreren Steuereinheiten vorgenommen werden, wobei dann die mehreren Steuereinheiten gemeinsam dazu ausgebildet sind, jeden Antrieb der Fahrwerke zur Ausführung einer Fahrbewegung oder zum Stillstand mit einem separaten Steuersignal anzusteuern.
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In Ausführungsformen der Erfindung können die Fahrwerke entsprechend ausgerichtet werden, und diese können auch zueinander und zum Zentral-Unterbau so ausgerichtet werden, dass die Vorrichtung wunschgemäß eine Bewegung ausführt. Die Bewegung umfasst dabei beispielsweise auch eine Verdrehung der Vorrichtung um eine Achse des Oberbaus oder/ und des Zentral-Unterbaus, sowie eines Fahrwerkes, sodass ein sogenanntes Gieren/Wanken/Nicken ausgeführt wird, und die Bewegung umfasst alles n-ter Ordnung, bevorzugt Fahrten in Seitwärtsrichtung Geradeausfahrten, Quer-/Diagonalfahrten, sowie Kurvenfahrten. Die Vorwärtsbewegung und/oder Seitwärtsbewegung und/oder Drehung der Anlage um die Hochachse erfolgt dabei erfindungsgemäß entweder durch die Ausführung einer Bewegung der einzelnen Fahrwerke oder eben durch das Stillsetzen einzelner Fahrwerke. Dabei wird jedes einzelne Fahrwerk der Vorrichtung mit einem entsprechend separaten Steuersignal von der Steuereinheit angesteuert. Dabei sind die Fahrwerke unter dem Zentral-Unterbau in ihren jeweiligen Hochachsen drehbar/beweglich ausrichtbar, wobei alle Fahrwerke mittels der Ansteuerung der Fahrwerke mit unterschiedlichen Fahrbewegungen oder Fahrrichtungen um die Hochachse verdreht/bewegt werden (können).
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In Ausführungsformen der Erfindung weisen die am Zentral-Unterbau angeordneten Fahrwerke Sensoren auf, mit denen die Drehung/Bewegung der Fahrwerke erfasst und von der Steuereinheit ausgelesen wird.
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Dies dient der Überwachung der Position und der Korrektur der Vorrichtung. Mittels des Verfahrens werden die angeordneten Sensoren der Fahrwerke, mit denen die Drehungen/Bewegung der Fahrwerke erfasst und gegenüber dem Zentral-Unterbau abgeglichen werden, von der Steuereinheit ausgelesen. Dies können horizontale und vertikale Positionen und deren Änderung gegenüber dem Zentral-Unterbau und zu einander sein, sowie gegenüber einem Bezugspunkt/Normal.
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In Ausführungsformen der Erfindung istam Zentral-Unterbau mindestens ein Sensor vorgesehen, mit denen die Drehung/Bewegung der Oberbauten um deren mindestens eine Hochachse erfasst und gegenüber dem Zentral-Unterbau abgeglichen werden und von der Steuereinheit ausgelesen wird.
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In Ausführungsformen der Erfindung weisen die Oberbauten mindestens einen Sensor auf, mit denen die Arbeitszustände der Aggregate, die Arbeitsfortschritte und Umweltbedingungen der Oberbauten erfasst und von der Steuereinheit ausgelesen wird/werden.
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In Ausführungsformen der Erfindung sind am Zentral-Unterbau und/ oder dem/der Oberbau(ten) bzw. den Fahrwerken Sensoren vorgesehen, mit denen die globale Position erfasst und gegenüber einem Normal von der Steuereinheit abgeglichen und ausgelesen werden kann.
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In Ausführungsformen der Erfindung ist ein Eingabemittel vorgesehen, mit dem von einem Bediener oder einer übergeordneten technischen Einheit eine Fahr- oder Drehbewegung der Vorrichtung an die Steuereinheit vorgegeben wird, wobei die Steuereinheit das separate Steuersignal für jede der Fahrwerke notwendige Fahrbewegung oder de Stillsetzung bestimmt und die Fahrwerke mit der bestimmten Fahrbewegung oder der Stillsetzung so ansteuert, dass die vorgegebene Fahr- oder Drehbewegung der Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Zentral-Unterbaus zur Aufnahme von Modulen und Baugruppen aller Art, wie beispielsweise mobiler fördertechnischer Anlagen, Tagebautechnik/Bergbautechnik und Baumaschinentechnik, Transportwesen, Abfallentsorgungswirtschaft, Landwirtschaft, Feuerwehr- und Sicherheitswesen und darüber hinaus.
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Ein weiterer als Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bewegung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ausführungsbeispiel
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
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Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer Zwangssteuerung aus dem Stand der Technik für Tagebaugroßgeräte,
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Auswahl von Fahrwerksstellungen für verschiedene Fahrtrichtungen für 3-Fahrwerke ohne Zentral-Unterbau,
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Auswahl von Fahrwerkstellungen für verschiedene Fahrtrichtungen für 3-Fahrwerke mit Zentral-Unterbau,
- 4 eine schematische Darstellung für Ausführungsformen von Doppelraupen-Fahrwerken aus dem Stand der Technik,
- 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Auswahl von Anordnungen am modularen Zentral-Unterbau,
- 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Konfiguration eines modularen Zentral-Unterbaus,
- 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraub- und Schweißkonstruktion des Zentral-Unterbaus,
- 8 eine schematische Darstellung von einem Absetzer mit einem erfindungsgemäßen Zentral-Unterbau.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des Zwangssteuerungsprinzips 100, am Beispiel eines 6-Raupenfahrwerkes, mit einem ersten Fahrwerk 101 und einem lenkbaren Fahrwerkspaar 102, welche gemeinsam an einem Gestänge mit Deichseln 103 angeordnet sind. Die beiden Fahrwerke 102 werden über einen Zylinder 105, welcher den Fahrradius definiert, verstellt. Das Fahrwerk 101 und das Fahrwerkspaar 102 sind an einem Zentralrahmen 104 angeordnet, siehe im rechten oberen Teil der Figur. In den Positionen 106, links unten in der Figur, 107, rechts unten in der Figur, sind die Fahrt nach links und rechts gezeigt. Die Darstellung weist im linken Randbereich ein globales Koordinatensystem auf.
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Diese Darstellungen verdeutlichen die Problematik der Zwangssteuerung. Die ermöglichten Radien sind begrenzt durch die Konstruktion der Deichsel und des Gestänges 103 und den Hubweg des Zylinders 105. Eine Niveauregelung (z-Achse) der einzelnen Fahrwerke 101, 102 ist durch das Gestänge mit Deichseln 103 nicht oder nur eingeschränkt möglich.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Auswahl von Fahrwerksstellungen für verschiedene Fahrtrichtungen ohne Zentral-Unterbau 200. Dazu sind 3-Fahrwerksgruppen ohne Unterbau in der Draufsicht dargestellt. Ganz links in der 2 ist ein globales Koordinatensystem (GKS) dargestellt, jedes Fahrwerk weist im Drehpunkt ein lokales Koordinatensystem (LKS) 201 und jeder Zentral-Unterbau ein Bezugskoordinatensystem (BKS) 210 mittig zentriert dazwischen auf. Das BKS 210 ist gleichzeitig der Drehpunkt für den Oberbau. Die LKS 201 sind im linken oberen Bereich für alle 3-Fahrwerksgruppen eingezeichnet, wobei die Achsen/Orientierung dem des GKS und des LKS 210 entsprechen. Im linken oberen Bereich der Darstellung sind alle 3-Fahrwerksgruppen/LKS 201 gleich orientiert gegenüber einander, dem BKS 210 und dem GKS. Hier ist eine Bewegung in positiver und negativer y-Richtung (Vektor 0, ±1, 0) möglich. Im rechten oberen Bereich der Darstellung sind alle 3-Fahrwerksgruppen um 90 Grad gedreht gegenüber dem BKS 210 und dem GKS. Die LKS+90 Grad 202 sind dabei zueinander gleich orientiert, damit wären die Fahrwerksgruppen in der Lage nach rechts oder links zu fahren (Vektor ±1, 0, 0), dies wäre ebenso bei -90 Grad gegeben. Der linke untere Bereich der Darstellung zeigt das BKS 210 gegenüber dem GKS ohne Verdrehung, während die LKS+45 Grad 203 orientiert sind. Dies ermöglicht eine Schrägfahrt nach rechts oben bzw. links unten (Vektor ±1, ±1, 0), wäre das LKS bei -45 Grad so wäre die Schrägfahrt nach rechts unten bzw. links oben möglich (Vektor 1, -1, 0 bzw. -1, 1, 0). Die Ausrichtung der Fahrwerke im linken unteren Bereich bezeichnet man auch als „Hundegang“, weil alle Fahrwerke gleich orientiert sind, aber zueinander versetzt. Im rechten unteren Bereich der Darstellung sind die Fahrwerke für eine Rotation des BKS 210 ausgerichtet. Dazu ist das obere Fahrwerk mit seinem LKS -90 Grad 204 (Vektor 0, ±1, 0), das rechte untere LKS+45 Grad 205 (Vektor ±1, ±1, 0) und das linke untere LKS+135 Grad 206 (Vektor 1, -1, 0) gegenüber dem BKS 210 und dem GKS orientiert. Damit können die Fahrwerke (wenn diese verbunden sind) durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der äußeren und inneren Raupen, eines Fahrwerkes, um das BKS 210 kreisen/drehen. In der dargestellten Position beschreiben die Fahrwerke in der Vorwärtsfahrt den Kreis gegen den Uhrzeigersinn, bei Rückwärtsfahrt der Antriebe mit dem Uhrzeigersinn, um das BKS 210.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Auswahl von Fahrwerksstellungen für verschiedene Fahrtrichtungen mit Zentral-Unterbau 300. Dazu sind 4 Fahrwerke mit Zentral-Unterbau 1 in der Draufsicht dargestellt. Ganz links in der 3 ist ein globales Koordinatensystem (GKS) dargestellt, jedes Fahrwerk weißt im Drehpunkt ein lokales Koordinatensystem (LKS) 301 und jeder Zentral-Unterbau 1 ein Bezugskoordinatensystem (BKS) 310 mittig im Drehpunkt für den Oberbau dargestellt, auf. Die Fahrwerksstellungen, Fahrtrichtungen, Vektoren und Gangarten, wie „Hundegang“ entsprechen denen aus der Beschreibung zu 2, hier sind zur Veranschaulichung des Zentral-Unterbaus 1 darüber dargestellt um zu zeigen, wie frei die Fahrwerke gegenüber diesem sind. Die Vorteile von frei beweglichen Fahrwerken lässt sich gut im unteren rechten Bereich verdeutlichen. Während die Fahrwerke einen Kreis befahren, dreht sich der Zentral-Unterbau 1, beispielsweise im Uhrzeigersinn mit, durch den Drehpunkt des Oberbaus an Position des BKS 310 kann dieser unter Nutzung seines eigenen Antriebes oder äußere Arretierung/Verrieglung in seiner Ausrichtung unverändert bleiben. Dies funktioniert bei allen Fahrwerkseinstellungen und/ oder Positionsänderungen des Zentral-Unterbaus 1 über die Fahrwerke, so dass die Arbeitsposition des Oberbaus unabhängig vom Zentral-Unterbau 1 ist. Im linken oberen Bereich der Darstellung sind alle 3-Fahrwerke/LKS 301 gleich orientiert gegenüber einander, dem BKS 310 und dem GKS. Hier ist eine Bewegung in positiver und negativer y-Richtung (Vektor 0, ±1, 0) möglich. Im rechten oberen Bereich der Darstellung sind alle 3-Fahrwerke um 90 Grad gedreht gegenüber dem BKS 310 und dem GKS. Die LKS+90 Grad 302 sind dabei zueinander gleich orientiert, damit wären die Fahrwerke in der Lage nach rechts oder links zu fahren (Vektor ±1, 0, 0), dies wäre ebenso bei -90 Grad gegeben. Der linke untere Bereich der Darstellung zeigt das BKS 310 gegenüber dem GKS ohne Verdrehung, während die LKS+45 Grad 303 orientiert sind. Dies ermöglicht eine Schrägfahrt nach rechts oben bzw. links unten (Vektor ±1, ±1, 0), wäre das LKS bei -45 Grad so wäre die Schrägfahrt nach rechts unten bzw. links oben möglich (Vektor 1, -1, 0 bzw. -1, 1, 0). Die Ausrichtung der Fahrwerke im linken unteren Bereich bezeichnet man auch als „Hundegang“, weil alle Fahrwerke gleich orientiert sind, aber zueinander versetzt. Im rechten unteren Bereich der Darstellung sind die Fahrwerke für eine Rotation des BKS310 ausgerichtet. Dazu ist das obere Fahrwerk mit seinem LKS-90 Grad 304 (Vektor 0, ±1, 0), das rechte untere LKS+45 Grad 305 (Vektor ±1, ±1, 0) und das linke untere LKS+135 Grad 306 (Vektor 1, -1, 0) gegenüber dem BKS 310 und dem GKS orientiert. Damit können die Fahrwerke (wenn diese verbunden sind) durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der äußeren und inneren Raupen, einer Fahrwerksgruppe, um das BKS 310 kreisen/drehen. In der dargestellten Position beschreiben die Fahrwerke in der Vorwärtsfahrt den Kreis gegen den Uhrzeigersinn, bei Rückwärtsfahrt der Antriebe mit dem Uhrzeigersinn, um das BKS 310.
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4 zeigt eine schematische Darstellung für Ausführungsformen von Doppelraupen-Fahrwerken 400 aus dem Stand der Technik, in der Draufsicht. Dazu sind in jedem der vier Darstellungsbereiche 2 Raupenschiffe 401 und an eine Raupenabstützung 402 angeschlossen. Im Zentrum dieser Raupenabstützung 402 ist der Drehpunkt oder die Aufnahme für anschließbare Strukturen vorgesehen und das Bezugskoordinatensystem (BKS) 410 dargestellt. Dieses ist der Aufnahmepunkt von Lagern die der Abstützung eines Zentral-Unterbaus dienen. Im linken oberen Bereich der 4 sind die beiden Raupenschiffe 402 starr mit der Raupenabstützung 402 verbunden. Diese Variante ist eher für kleinere Baumaschinen favorisiert. Der rechte obere Bereich der Darstellung zeigt die Raupenschiffe 401 in einer halb starr, halb pendelnden Ausführung. Dazu ist das linke Raupenschiff 401 über eine Raupentragachse 403 mit der Raupenabstützung 402 verbunden. Darüber kann das linke Raupenschiff gegenüber dem Aufnahmepunkt/BKS 410 und dem rechten Raupenschiff 401 pendeln und ausgleichend wirken. Die Weiterbildung ist in der Ausführungsform links unten in der Darstellung gezeigt. Die beiden Raupenschiffe 401 sind pendelnd über Raupentragachsen 403 mit der Raupenabstützung 402 verbunden und können gegenüber dieser und einander ausgleichend wirken. Diese Ausführungsform ist nachteilig für Einzelraupenanwendungen, weil der Aufbau der über dem Drehpunkt/BKS 410 angeordnet ist über die Raupenträgerachsen 403 gegenüber den Raupenschiffen 401 pendeln bzw. kippen kann. Deshalb ist für Einzelraupenanwendungen häufig die vierte Ausführungsform, rechts unten dargestellt, favorisiert. Diese weist zusätzlich zu den über Raupentragachsen 403 an die Raupenabstützung 402 angeschlossenen Raupenschiffe 401 eine Querschwinge 406 auf. Die Querschwinge 406 ist hier hinter der Raupenabstützung 402 dargestellt/angeordnet und über eine Querschwingen-Tragachse 404 an dieser pendelnd gelagert. Die Raupenschiffe 401 sind ihrerseits durch Querschwingen-Stützachsen 405 mit der Querschwinge 406 verbunden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Auswahl von Anordnungen am modularen Zentral-Unterbau 500, in der Draufsicht. Im oberen linken Bereich der Darstellung ein Zentral-Unterbau-Kern 4, im Folgenden ZU-Kern 4, in einer Explosionsansicht mit zwei Zentral-Unterbau-Anschlusselementen 3, im Folgenden ZU-Anschlusselement 3, gezeigt. Diese Auswahl soll eine einfache Möglichkeit zeigen, dabei ist die Form der ZU-Anschlusselemente 3 und des ZU-Kerns 4 an die Anforderungen des Gerätes und Fahrwerke 2 gleichermaßen angepasst. Bei z.B. größeren Geräten deren Gewicht auf viele Punkte verteilt werden soll bieten sich Anordnungen wie unten in der Mitte an, bei der drei Fahrwerke 2 an drei ZU-Anschlusselementen 3 anschließen und damit an den ZU-Kern 4 angebunden sind. Drei Fahrwerke bilden eine statisch bestimmte Stützung, wobei auch beispielsweise fahrspursymmetrische Fahrwerke, wie oben rechts dargestellt, möglich sind. Oben rechts ist ein ZU-Kern 4 mit jeweils vier ZU-Anschlusselementen 3 und vier Fahrwerken 2 gezeigt. Die gezeigten Fahrwerksgrößen/-ausführungen lassen sich unter Umständen auch in einem Zentral-Unterbau variieren, wenn beispielsweise zwei kleine Fahrwerke mit einem großen kombiniert werden, wie 6 veranschaulicht.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Konfiguration eines modularen Zentral-Unterbaus 600, in Draufsicht und Isometrie. Im oberen Bereich der Darstellung ist links eine Explosionsdarstellung von ZU-Kern 4 mit drei ZU-Anschlusselementen 3, davon sind die zwei links übereinander angeordneten von gleicher Gestalt, während das rechte davon verschieden ist. Diese Konfiguration könnte für ein konstruktiv-abweichendes Fahrwerk, rechts gedacht sein und die zwei gleichen sind zum Manövrieren vorgesehen, ohne dass die Maßstäbe, Abmaße, Distanzen zum ZU-Kern 4 der ZU-Anschlusselemente 3 gleich sind. Im rechten oberen Bereich der Darstellung ist die beschriebene Konfiguration montiert dargestellt. In der unteren Darstellung ist eine Explosionsdarstellung in Isometrie gezeigt, dass rechte ZU-Anschlusselement 3 ist hier das, welches von den zwei gleichen verschieden ist.
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7 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schraub- und/oder Schweißkonstruktion des Zentral-Unterbaus 700, in der Kavaliersansicht mit Explosionsdarstellung. In der Mitte ist der ZU-Kern 4 und daran zugeordnet drei ZU-Anschlusselemente 3. Der ZU-Kern 4 und die ZU-Anschlusselemente 3 sind mit Montagebohrungen 701 und Montageösen 702 versehen. Durch die Montagebohrungen 701 sind beispielsweise Schrauben zu führen um diese dann gegenüber einer Montagelasche 701 mittels Mutter zu verschrauben. Die Montagebohrungen/-Ösen 701 ermöglichen damit bei der Montage von ZU-Anschlusselement 3 gegenüber dem ZU-Kern 4 eine lösbare, positionierbare und fixierbare Erleichterung. Dabei ist der ZU-Kern 4 und die ZU-Anschlusselemente 3 mit Montageösen 702 versehen, die beispielsweise ein Kranen ermöglichen oder als Zugpunkte für Pressen oder Kettenzüge dienen können. Die Position 703 zeigt exemplarisch einen Montagezugang, der bei entsprechender Zentral-Unterbau-Größe auch als Mannloch ausgeführt werden kann. Diese dienen der Wartung von innen oder zur Montage, wie Schweißarbeiten. Exemplarisch ist ein Pressenpunkt 704 gezeigt, der bildet einen horizontalen Auflagepunkt zum Aufsetzen von Pressen, die beim Anheben des Oberbaus benötigt werden. Diese Pressenpunkte 704 können durch Materialstärke oder zusätzliches Material an der entsprechenden Position die mögliche Last tragen ohne Schaden zu nehmen.
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8 zeigt eine schematische Darstellung von einem Absetzer mit einem erfindungsgemäßen Zentral-Unterbau 800, im oberen Bereich in der Seitenansicht und im unteren Bereich in der Draufsicht. Im oberen Bereich der Darstellung ist der Zentral-Unterbau 1 zwischen den Fahrwerken 2 und dem Oberbau 7 gezeigt. Links im oberen Bereich der Darstellung ist ein Über-/Aufgabewagen (Bandschleifenwagen) 6 zu erkennen. Dieser dient der Fördergut-Übergabe von einer Bandanlage auf den Absetzer. Im unteren Bereich der Darstellung sind der Oberbau 7 und darunter ein Teil vom Zentral-Unterbau, ein ZU-Anschlusselement 3 und die drei Fahrwerke 2 zu sehen.
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Bezugszeichen
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- 1
- Zentral-Unterbau, ZU
- 2
- Fahrwerk
- 3
- ZU-Anschlusselement
- 4
- ZU-Kern
- 5
- ZU-Kern-Modul
- 6
- Über-/Aufgabewagen
- 7
- Oberbau
- 100
- Zwangssteuerungsprinzip
- 200
- Fahrtrichtungen ohne Zentral-Unterbau
- 300
- Fahrtrichtungen mit Zentral-Unterbau
- 400
- Ausführungsformen Doppelraupen-Fahrwerke
- 500
- Modularer Aufbau Zentral-Unterbau
- 600
- Konfiguration modularer Zentral-Unterbau
- 700
- Schraub- und Schweißkonstruktion Zentral-Unterbau
- 800
- Absetzer mit Zentral-Unterbau
- 101
- Fahrwerk, einzeln
- 102
- Fahrwerkspaar, lenkbar
- 103
- Gestänge mit Deichsel
- 104
- Zentralrahmen
- 105
- Zylinder
- 106
- Fahrt nach links (als Teilfigur)
- 107
- Fahrt nach rechts (als Teilfigur)
- 201, 301
- Lokales Koordinatensystem (LKS), Fahrwerke
- 202, 302
- LKS +90 Grad
- 203, 303
- LKS +45 Grad
- 204, 304
- LKS -90 Grad, oberes Fahrwerk
- 205, 305
- LKS +45 Grad, Fahrwerk rechts unten
- 206, 306
- LKS +135 Grad, Fahrwerk links unten
- 210, 310, 410
- Bezugskoordinatensystem (BKS), Aufnahmepunkt (des Oberbaus), Zentral-Unterbau
- 401
- Raupenschiff
- 402
- Raupenabstützung
- 403
- Raupentragachse
- 404
- Querschwingen-Tragachse
- 405
- Querschwingen-Stützachse
- 406
- Querschwinge
- 701
- Montagebohrung, Montagelasche
- 702
- Montageöse
- 703
- Wartungszugang
- 704
- Pressenpunkt
