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Die Erfindung betrifft ein Forstfahrzeug mit Kran und insbesondere ein Forstfahrzeug mit Kran und Knicklenkung.
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Fahrzeuge, die einen Kran mit Kranausleger bzw. Kranarm tragen, werden in der Forstwirtschaft vielfach eingesetzt. Aus Gründen der Robustheit weisen sie meist eine Knicklenkung auf und sind ungefedert. Die Anpassung an Bodenunebenheiten erfolgt mittels eines Drehgelenks (Pendel- bzw. Verwindungsgelenks) mit in Fahrzeuglängsrichtung verlaufender Drehachse (Verwindungsachse). Bei einer zentralen Rahmenverwindung (Zentralverwindung) verbindet das Drehgelenk einen vorderen und einen hinteren Teil des Fahrzeugrahmens miteinander und erlaubt eine Verschränkung der beiden Rahmenteile gegeneinander. Alternativ verbindet das Drehgelenk eine Fahrzeugachse (auch als Pendelachse bezeichnet) mit dem Fahrzeugrahmen und erlaubt eine Verschränkung dieser Fahrzeugachse gegenüber dem Fahrzeugrahmen.
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Ein solches Drehgelenk beeinträchtigt jedoch die Stabilität und Standfestigkeit des Fahrzeugs bei der Arbeit mit einem Kran. Relevant ist dies insbesondere auch bei einem Fahrzeug mit Knicklenkung, da der Einschlag der Knicklenkung den Schwerpunkt des Fahrzeugs verschieben und dessen Standfestigkeit zusätzlich beinträchtigen kann. Zur Erhöhung der Standfestigkeit bei seitlicher Auslage des Krans ist die Rahmenverwindung daher üblicherweise mittels einer Verwindungssperre blockierbar, um die maximale Stabilität des Trägerfahrzeuges zu erreichen.
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Das so blockierte Fahrzeug ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass es sich bei langsamer Fahrt während des Arbeitsprozesses nicht mehr den Bodenunebenheiten anpasst, so dass häufig ein Rad vom Boden abhebt. Wenn die Verwindungssperre jedoch ausgeschaltet ist, ist die Seitenstabilität reduziert und eine Arbeit nur bei reduzierter Reichweite und Hubkraft des Krans möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Forstfahrzeug mit Kranausleger zu schaffen, das auf einfache Weise eine erhöhte Stabilität bei der Arbeit mit dem Kran bietet.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Forstfahrzeug nach den beiliegenden Patentansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Forstfahrzeug weist ein Drehgelenk (Pendel- bzw. Verwindungsgelenk) mit in Fahrzeuglängsrichtung verlaufender Drehachse (Verwindungsachse) zur Anpassung des Fahrzeugs an Bodenunebenheiten auf und trägt einen Kran mit einem hydraulischen Hubzylinder zur Betätigung eines Kranarms. Außerdem weist es einen hydraulischen Aktor zur Erzeugung eines Drehmoments um die Drehachse des Drehgelenks auf. Der Aktor ist hydraulisch so angeschlossen, dass Hydraulikdruck des Hubzylinders so auf den Aktor wirkt, dass dieser ein Drehmoment um die Drehachse ausübt, das einer von einer Belastung des Krans hervorgerufenen Bewegung des Drehgelenks bzw. der Kranspitze entgegenwirkt.
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Der Aktor erzeugt somit ein Stützmoment, das der Kranbelastung entgegenwirkt und das Standmoment des Forstfahrzeugs erhöht.
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Zweckmäßigerweise ist der Aktor so angeschlossen, dass der Hydraulikdruck des Hubzylinders unmittelbar auf den Aktor wirkt, d.h. ohne den Druck am Hubzylinder zunächst elektronisch zu erfassen und den Aktor dann anhand des Erfassungsergebnisses elektronisch zu steuern. Einfacherweise kann Hydraulikfluid direkt zwischen dem Hubzylinder und dem Aktor strömen oder über einen Hydrotransformator mit einem gewünschten Übersetzungsverhältnis. Gegebenenfalls ist diese Strömung jeweils mittels eines hydraulischen Ventils schaltbar.
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Vorteilhafterweise weist das Forstfahrzeug einen Sensor zum Erfassen einer Schwenkstellung des Krans um eine im Wesentlichen vertikale Achse sowie eine Steuerung zum Steuern des Aktors auf der Grundlage eines Signals des Sensors auf. Zweckmäßigerweise ist die Steuerung mit einem hydraulischen Wegeventil versehen, um den Strom von Hydraulikfluid zwischen Hubzylinder und Aktor freizugeben, wenn der Kran in Auslage quer zur Fahrzeuglängsachse geschwenkt ist, und den Strom von Hydraulikfluid zwischen Hubzylinder und Aktor zu sperren, wenn der Kran zur Auslage in Fahrzeuglängsrichtung geschwenkt ist.
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Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei einem Forstfahrzeug mit Knicklenkung zur Erhöhung der Standfestigkeit bei der Kranarbeit einsetzbar.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Forstfahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung des Forstfahrzeugs bei Blick in Fahrzeuglängsrichtung, und
- 3 eine Darstellung des Forstfahrzeugs wie in 2 mit zusätzlicher Darstellung einer Hydraulikschaltung.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht zu jeder Figur erneut erläutert. Angaben zu Orientierungen und Richtungen wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „längs“, „quer“ und „seitwärts“ beziehen sich auf die Orientierung des Fahrzeugs bei bestimmungsgemäßem Gebrauch. Die Längsrichtung ist auch die Fahrtrichtung bei Geradeausfahrt.
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Das Forstfahrzeug des Ausführungsbeispiels ist in 1 perspektivisch und in 2 mit Blick in Fahrzeuglängsrichtung dargestellt. Es weist einen Fahrzeugrahmen mit einem vorderen ersten Rahmenteil 11 und einem hinteren zweiten Rahmenteil 12 auf. In 2 ist das zweite Rahmenteil 12 weggelassen, um die dahinter liegenden Bauteile zu zeigen, die weiter unten beschrieben werden. Das erste Rahmenteil 11 ist mit einer ungefederten vorderen ersten Fahrzeugachse 13 versehen und trägt einen Fahrzeugmotor 14 und eine Fahrerkabine 15. Das zweite Rahmenteil 12 ist mit einer ungefederten hinteren zweiten Fahrzeugachse 16 versehen und trägt einen Kran 17.
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Der Kran 17 weist eine auf dem zweiten Rahmenteil 12 mittels eines Schwenkwerks 18 um eine im Wesentlichen vertikale Achse schwenkbar angebrachte Kransäule 19 auf. Außerdem weist er ein an der Kransäule 19 um eine horizontale Achse kippbar angebrachtes Armsystem 20 mit mindestens einem Kranarm 21 auf. An der Kransäule 19 und dem Kranarm 21 ist mindestens ein hydraulischer Hubzylinder 22 vorgesehen, um den Kranarm 21 gegenüber der Kransäule 19 zu kippen und dadurch das Armsystem 20 mit dem Kranarm 21 zu heben und zu senken. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei solche Hubzylinder 22 vorgesehen.
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Das Schwenkwerk 18 kann auch mittels einer Tilt- bzw. Kippeinrichtung (nicht gezeigt) um eine Achse quer zur Fahrzeuglängsachse kippbar am zweiten Rahmenteil angebracht sein, um Neigungswinkel bei Arbeit des Fahrzeugs am Hang auszugleichen.
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Mit dem Schwenkwerk 18 ist ein (nicht dargestellter) Schwenkwinkelsensor zur Messung des Schwenkwinkels der Kransäule 19 und somit des Krans 20 um die vertikale Achse gegenüber dem zweiten Rahmenteil 12 verbunden.
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Zum Vergleich ist der Kran 20 in 2 in einer Stellung mit einem Schwenkwinkel von 90 Grad gegenüber der Fahrzeuglängsachse zur linken Seite des Fahrzeugs hin und in 1 mit einem kleineren solchen Schwenkwinkel dargestellt.
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Das Forstfahrzeug ist mit einer Knicklenkung versehen. Dazu sind das erste Rahmenteil 11 und das zweite Rahmenteil 12 mittels eines Knickgelenks 30 mit vertikaler Achse (Knickachse) miteinander verbunden. Das Knickgelenk 30 ist am ersten Rahmenteil 11 nicht direkt sondern über ein Zwischenstück 31 angebracht, das mit dem ersten Rahmenteil 11 über ein Drehgelenk 40 (Pendel- bzw. Verwindungsgelenk) mit horizontaler, in Fahrzeuglängsrichtung verlaufender Drehachse (Pendel- bzw. Verwindungsachse) verbunden ist. Das Drehgelenk 40 erlaubt eine Verwindung des Fahrzeugs. Es kann auch zwischen dem ersten Rahmenteil 11 und der ersten Fahrzeugachse 13 oder überall dort angeordnet sein, wo es eine Pendel- bzw. Verwindungsbewegung zwischen den beiden Fahrzeugachsen 13, 16 erlaubt, die die beiden Fahrzeugachsen 13, 16 gegeneinander verschränken lässt. Das Zwischenstück 31 kann dann entfallen und das Knickgelenk 30 unmittelbar am ersten Rahmenteil 11 angebracht sein.
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Das Drehgelenk 40 ist mit einem hydraulischen Aktor 41 zum Steuern der Pendel- bzw. Verwindungsbewegung der beiden Rahmenteile 11, 12 versehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Aktor 41 mindestens ein Hydraulikzylinder 41, der mit seinen Enden am ersten Rahmenteil 11 und am Zwischenstück 31 angebracht ist. Das dargestellte Beispiel weist zwei solche Hydraulikzylinder 41 auf. Alternativ kann auch ein Hydromotor als Aktor 41 verwendet werden. Bei Anordnung des Drehgelenks 40 zwischen erstem Rahmenteil 11 und erster Fahrzeugachse 13 ist der Aktor 41 an diesen beiden Teilen angebracht.
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Im Betrieb erlaubt das Drehgelenk 40 die Anpassung des Fahrzeugs an Bodenunebenheiten unter Kontrolle durch den Aktor 41. Der Aktor 41 kann die Pendelbeweg bzw. Verschränkung der beiden Fahrzeugachsen 13, 16 relativ zueinander um die Längsachse des Fahrzeugs steuern, indem er ein Drehmoment um die Drehachse des Drehgelenks 40 aufbaut.
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Eine Hydraulikschaltung, die diese Funktion des Aktors 41 ermöglicht, ist in 3 dargestellt. Um den Blick auf die den Aktor 41 bildenden Hydraulikzylinder 41 zu ermöglichen, ist in 3 ebenso wie in 2 das zweite Rahmenteil 12 nicht dargestellt. Im vorliegenden Beispiel sind der Hubzylinder 22 einfachwirkend und die Hydraulikzylinder 41 jeweils zweifachwirkend angeschlossen. Die Hydraulikzylinder 41 sind zudem so hydraulisch miteinander verbunden, dass sie im Gegentakt zueinander arbeiten, sich einer also streckt, während sich der andere verkürzt und umgekehrt.
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Der Hubzylinder 22 ist hydraulisch mit einem Wegeventil 42 verbunden, mit dem er gesteuert, d.h. ein- und ausgefahren werden kann. Die beiden Hydraulikzylinder 41 sind hydraulisch mit den Wegeventilen 43 und 44 zum Steuern der Verwindung des Fahrzeugs am Drehgelenk 40 verbunden.
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Im Folgenden werden drei Schaltzustände der Hydraulikschaltung beschrieben, die als Schwimmstellung, Sperrstellung und dynamische Stabilisierung bezeichnet werden und drei mögliche Betriebsarten des Forstfahrzeugs ermöglichen. In Schwimmstellung und Sperrstellung verhält sich das Forstfahrzeug wie konventionelle Fahrzeuge entsprechenderweise ohne und mit Verwindungssperre. Die Betriebsart der dynamischen Stabilisierung bietet demgegenüber eine verbesserte Stabilität des Fahrzeugs bei der Kranarbeit.
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Bei der in 3 gezeigten Schwimmstellung steht das hydraulische Wegeventil 43 in seiner sperrenden Stellung und das hydraulische Wegeventil 44 ist auf Durchgang geschalten, so dass es jeden der beiden Hydraulikzylinder 41 überbrückt, d.h. die beiden Kammern auf beiden Seiten des Kolbens des jeweiligen Hydraulikzylinders 41 kurzschließt. So kann sich die Verwindung frei an Bodenunebenheiten anpassen. Dieser Schaltzustand ist für die Fahrt im Gelände und auf der Straße vorteilhaft. Bei Arbeiten mit zur Seite geschwenktem Kran 20 wird das Drehgelenk 40 jedoch ein Verwinden des Fahrzeugs zulassen, was ein leichtes Absinken der Kranspitze bei großer Belastung und eine größere Auf- und Ab-Bewegung der Kranspitze bei Fahrt über Unebenheiten zur Folge haben kann. Gegebenenfalls kann für die Hydraulikzylinder 41 ein Nachsaugen von Hydraulikfluid und/oder ein Vorspannen durch Beaufschlagen mit Hydraulikfluid vorgesehen sein (nicht dargestellt).
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In Sperrstellung der Hydraulikschaltung wird, anders als in der in 3 gezeigten Schwimmstellung, das Wegeventil 44 in seine sperrende Stellung geschaltet, in der es kein Hydraulikfluid passieren lässt. Das Wegeventil 43 verbleibt in seiner sperrenden Stallung. Dadurch ist das Drehgelenk 40 blockiert und die Verwindung gesperrt. Dies ist der geeignete Schaltzustand für Kranarbeiten bei größerer Reichweite und Hubkraft, insbesondere wenn der Kran 17 zu Seite geschwenkt ist. Beim Fahren wird sich das Fahrwerk jedoch nicht an Bodenunebenheiten anpassen.
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Beim Einschalten der dynamischen Stabilisierung wird das Wegeventil 44 in seine sperrende Stellung geschaltet und das Wegeventil 43 wird zu einer seiner Seiten geschaltet, so dass es eine Verbindung für Hydraulikfluid zwischen dem Hubzylinder 22 und dem Aktor 41 herstellt. Dabei erfolgt die Wahl der Seite des Wegeventils 43 abhängig von der Fahrzeugseite, zu der der Kran 17 hin geschwenkt ist, so dass der vom Hubzylinder 22 aus auf den hydraulischen Aktor 41 wirkende Hydraulikdruck jeweils ein Moment in eine Richtung auf das zweite Rahmenteil 12 ausübt, die den von ihm getragenen Kran 17 stabilisiert.
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Genauer gesagt verbindet das Wegeventil 43 den Hubzylinder 22 und den Aktor 41 hydraulisch so, dass bei Blick in Fahrzeuglängsrichtung die Momente auf den Kranarm 21 und auf das den Kran 17 tragende zweite Rahmenteil 12 einander entgegengesetzt sind. Dabei ist das Moment auf den Kranarm 21 durch eine Änderung des Hydraulikdrucks des Hubzylinders 22 repräsentiert und das Moment auf das zweite Rahmenteil 12 wird vom Aktor 41 auf das zweite Rahmenteil 12 aufgebracht, hier über das Zwischenstück 31 und das Knickgelenk 30.
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Insbesondere gilt bei Blick in Fahrzeuglängsrichtung wie in 3 folgendes: Bei wie dort gezeigt nach links geschwenktem Kran 17 und Belastung des an der Kransäule 19 angelenkten Kranarms 21 mit einem gegen den Uhrzeigersinn wirkenden Moment, soll vom Aktor 41 ein Drehmoment auf das Drehgelenk 40 ausgeübt werden, das im Uhrzeigersinn auf das zweite Rahmenteil 12 mit dem Kran 17 wirkt, so dass einem Absinken der Kranspitze auf der linken Seite bei Belastung entgegengewirkt wird. Dazu wird das Wegeventil 43 ausgehend von der gezeigten sperrenden Mittelstellung auf diejenige Seite geschalten, die die beiden Anschlüsse A und C miteinander und die beiden Anschlüsse B und D miteinander verbindet. Umgekehrt soll, bei nach rechts geschwenktem Kran 17 und Belastung des Kranarms 21 mit einem im Uhrzeigersinn wirkenden Moment, vom Aktor 41 ein Drehmoment auf das Drehgelenk 40 ausgeübt werden, das gegen den Uhrzeigersinn auf das zweite Rahmenteil 12 mit dem Kran 17 wirkt, so dass einem Absinken der Kranspitze auf der rechten Seite bei Belastung entgegengewirkt wird. Dazu wird das Wegeventil 43 auf diejenige Seite geschalten, die die beiden Anschlüsse A und D miteinander und die beiden Anschlüsse B und C miteinander verbindet.
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Die Betriebsart der dynamischen Stabilisierung wirkt nicht nur stabilisierend auf das Fahrzeug bei der Kranarbeit im Stand. Auch bei Fahrt über Unebenheiten stabilisiert sie die Kranspitze gegen übermäßige Auf- und Ab-Bewegungen, da die Momente am Drehgelenk 40 der Verwindung stets denen am Kranarm 21 entgegengesetzt sind. Da das Wegeventil 43 eine direkte Verbindung für Hydraulikfluid zwischen dem Hubzylinder 22 und dem Aktor 41 herstellt, ist der Hydraulikdruck am Aktor 41 vom Hydraulikdruck am Hubzylinder 22 bestimmt und umgekehrt, so dass die dort jeweils wirkenden Momente stets die geeignete stabilisierende Größe aufweisen. Das Verhältnis der beiden Momente zueinander kann bei Bedarf durch Einsatz eines Hydrotransformators in der hydraulischen Verbindung zwischen Hubzylinder 22 und Aktor 41 geeignet gewählt werden.
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Das Ausführungsbeispiel weist eine (nicht gezeigte) Steuerung auf, die die Wegeventile 43 und 44 ansteuert. Die drei genannten Betriebsarten der Schwimmstellung, Sperrstellung und dynamischen Stabilisierung können an der Steuerung manuell ausgewählt werden. Vorzugsweise schaltet die Steuerung jedoch in Abhängigkeit des Schwenkwinkels des Krans 17 automatisch zwischen der gewählten Schwimm- oder Sperrstellung und der dynamischen Stabilisierung um. Dabei wählt sie bei Auslage des Krans 17 in Fahrzeuglängsrichtung die gewählte Schwimm- oder Sperrstellung; wenn jedoch der Kran 17 um mehr als einen Grenzwert des Schwenkwinkels aus der Fahrzeuglängsrichtung heraus zur linken oder rechten Seite des Fahrzeugs geschwenkt wird, schaltet sie die Wegeventile 43, 44 wie oben als dynamischen Stabilisierung beschrieben. Den Schwenkwinkel misst die Steuerung mittels des Schwenkwinkelsensors direkt oder anhand des Durchflusses von Hydraulikfluid zum Schwenkwerk 18. Der Grenzwert liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich, dessen untere Grenze etwa 15 oder 20 Grad und dessen obere Grenze etwa 35 oder 45 Grad beträgt.
