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Schwenklager mit kardanischer Aufhängung für Arbeitszylinder Die
Erfindung betrifft ein Schwenklager mit kardanischer Aufhängung für einen Arbeitszylinder,
der nach wenigstens zwei Seiten geschwenkt wird, insbesondere Hubzylinder für Mehrseitenkipper,
wobei am Bodenabschlußteil des Arbeitszylinders auswärts ragende, gegenüberliegende
Lager vorgesehen sind, mittels deren sich das Bodenabschlußteil um eine quer zur
Zylinderachse liegende Schwenkachse schwenkbar in dem Kardanverbindungsstück abstutzt,
welches sich seinerseits mittels zwei gegenüberliegenden, zu den Bodenabschlußteillagern
um 90° versetzt angeordneten Schwenklagern an der Basis schwenkbar abstützt.
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Arbeitszylinder, die an gelenkig gelagerte Teile angreifen, müssen
ihrerseits entsprechend gelenkig gelagert sein, damit sie den sich aus der gelenkigen
Bewegung der verschiedenen Teile ergebenden Schwenkbewegungen folgen können. Dazu
ist es üblich, den Zylinder mit Hilfe von Kugelgelenken, die aus einer einzigen
Kugel und einer entsprechenden Kugelpfanne bestehen, an wenigstens einem Ende zu
lagern. Diese Kugellager stehen beträchtlich über die Enden der Zylinder über, so
daß sich relativ große Baulängen ergeben. Bei vielen Einsatzfällen ist es jedoch
erforderlich, trotz sehr großer Hübe des Arbeitszylinders eine möglichst kleine
Baulänge im eingefahrenen Zustand zu erzielen. Deshalb verwendet man in solchen
Fällen schon Teleskopzylinder mit oft großer Anzahl von Teleskoprohren. Die Führungslänge
der ausgefahrenen Teleskoprohre ist oft sehr kurz. Daher muß man besonderes Augenmerk
auf eine leichtgängige bewegliche Lagerung der Arbeitszylinder legen, damit die
Quer-Belastung der Zylinderführungen möglichst gering und damit der Verschleiß klein
wird. Während üblicherweise die Führungslänge einer Kolbenstange größer ist als
der Durchmesser der Stange, geht. man in der Regel bei Teleskopzylindern aus Gründen
eines günstigen Hub/Bauhöhenverhältnisses auf Pührungslängen an Teleskoprohren,
die kleiner als der Durchmesser sind. Bei derart ausgebildeten Teleskopzylindern
sind verständlicherweise hohe Anforderungen an die Gelenkigkeit des Schwenklagers
mit möglichst geringer Reibung zu stellen, damit während des Ausfahrvorgangs die
Kräfte, die den Zylinder schwenken müssen, und die sich als Querkräfte an den Teleskoprohrführungen
auswirken, klein bleiben. Insbesondere bei Mehrseitenkippern hat man im abgesenkten
Zustand nur sehr wenig Raum unter der Pritsche zur Verfügung. Auch ist man bestrebt,
Aufsatzkonstruktionen zu bauen, bei denen
keinerlei Teile unter
die Grundlinie des Aufbaues, mit welcher dieser auf das Fahrzeugchassis aufgesetzt
wird, reichen. Das ist sinnvoll, damit ein und derselbe Kippertyp für die verschiedensten
Fahrzeugchassis ohne Änderung verwendet werden kann. Dann dürfen naturgemäß auch
keine Teile vorhanden sein, die im Betrieb unter diese Linie hinausragen. Dieses
Bedürfnis befriedigen beispielsweise die bekannten Arbeitszylinder, deren Bodenabschlußteil
mit seiner Außenfläche als Lagerkugel für ein sehr großflächiges Stützlager ausgebildet
ist, wobei sich diese Kugel in einem entsprechend großen, innen teilkugelförmigen
Außenring abstützt. Diese Anordnung besitzt eine sehr große Abstützfläche und verursacht
dadurch verhältnismäßig große Reibung bzw. große Schwenkkräfte, da die wirksamen
Hebel der Reibkräfte relativ groß sind, zumal bei dem rauhen Betrieb von Kippfahrzeugen,
insbesondere auf Baustellen und dergleichen, eine einwandfreie Sauberhaltung dieses
großen und auch aus dem Lagerring mit großem Durchmesser heraustretenden Lagers
schwierig ist.
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Kardanische Aufhängungen sind bezüglich der Lagerreibung und der Empfindlichkeit
der eigentlichen Drehlagerelemente günstiger. Sie haben zwar im Vergleich zur vorgenannten
Lösung höhere spezifische Lagerpressungen, aber wesentlich kleinere wirksame Hebel
der Reibkräfte. Es sind kardanische Aufhängungen für Arbeitszylinder bekannt, bei
denen die zylinderfesten Zapfen auf die Außenwand des Zylinders gesetzt sind. Die
Herstellung ist aufwendig und die Anbringung der Zapfen bringt Unregelmäßigkeiten
in der Zylinderwand sowohl bei der Herstellung als auch vor allem beim Betrieb mit
sich. Bei diesen Konstruktionen, bei denen die Kardanschwenkachsen über dem Bodenabschlußteil
liegen, sind in axialer Richtung nach unten und quer dazu Freiräume an der Einbaustelle
in der
Konstruktion nötig, da das Zylinderende beim Kippen ausschwenkt.
Außerdem ist das Kardanverbindungsstück in diesen Fällen als ungefähr elliptischer
Ring ausgebildet, der 900 zu den Schwenklagern am Mantelrohr des Zylinders versetzt
seine große Achse hat. Die kleine Achse hat in der Regel aus Montagegründen mindestens
den Durchmesser des Bodenabschlußteiles. Diese Kardanringkonstruktionen sind aufgrund
ihrer relativ großen notwendigen lichten Weiten sehr stark zu dimensionieren und
werden dadurch teuer, weil sie als verwindungssteife Biegeträger zu berechnen sind.
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Diesbezüglich etwas günstiger sind die bekannten Arbeitszylinderaufhängungen,
bei denen sich die Zapfen direkt am Bodenabschlußteil befinden. Das Bodenabschlußteil
ist aus Gründen der Bauhöhe so ausgeführt, daß es auf ein Außengewinde des Mantelrohrs
aufgeschraubt wird. Sein äußerer Durchmesser ist also stets größer als der des Zylindermantelrohrs.
Auch hier muß der üblicherweise verwendete Kardanring oder Kardanrahmen, welcher
das Kardanverbindungsstück zwischen den zylinderfesten und den basisfesten Lagern
darstellt, zumindest in der einen Richtung, in welcher der Zylinderin ihm schwenkt,
eine beträchtliche Länge aufweisen. Dadurch sind seine Außenabmessungen in dieser
Richtung in der Regel größer als in der anderen Richtung. Die in der äußersten und
am weitesten nach unten ragenden Ecke liegenden Teile dieses Kardanverbindungsstückes
sind es nun aber, die bei der Verschwenkung des Kardanverbindungsstückes in dem
Basislager den Schwenkkreis bestimmen und deshalb in der geneigten Lage des Arbeitszylinders
entsprechend weit nach unten reichen.
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Eine derartige Gestaltung mit üblichem Kardanverbindungsstück in Form
eines Ringes oder eines Rahmens führt deshalb zu einem Verlust an Bauhöhe und Freiraum,
der oft nicht in Kauf genommen werden kann.
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Durch die Erfindung sollen vor allem die vorerwähnten Nachteile vermieden,
die Vorteile bekannter Konstruktionen so weit als möglich erhalten und insbesondere
die unten aufgeführten Vorteile erzielt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine kardanische Aufhängung der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß sie bei möglichst stabiler Ausbildung beim Schwenken des Zylinders möglichst
wenig Raum in Anspruch nimmt und daß dadurch die Verluste an Bauhöhe und der notwendige
seitliche Freiraum verringert werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Kardanverbindungsstück
als Schale ausgebildet ist, die das untere Ende des Bodenabschlußteiles umfaßt und
in g-eringem Abstand von der Einhüllenden der äußersten Punkte des Bodenabschlußteiles
verläuft. Im Gegensatz zu dem üblicherweise verwendeten Ring oder Rahmen hat eine
Schale, auch wenn sie gegebenenfalls im Boden eine oder mehrere kleine Durchbrechungen
zum Abfluß von Verunreinigungen u. dgl. aufweist, eine wesentlich größere Formsteifigkeit
als ein Ring oder Rahmen. Außerdem bleiben die Gesamtabmessungen wesentlich kleiner
alls die eines offenen Rahmens. Sie kann deshalb, insbesondere an den äußersten
Punkten des Schwenkbereiches, wesentlich dünnwandiger gestaltet werden als ein Ring
oder Rahmen gleicher Tragkraft. Dadurch kann man aber einen Gewinn an Einbauraum,
Bauhöhe, Gewicht und damit Kosten erzielen, ohne daß man auf eine sehr leichtgängige
Lagerung verzichten muß. Der Bauhöhengewinn kann entweder dem Maximalhub des Arbeitszylinders
ode-r der Führungslänge der einzelnen Teleskoprohre zugute kommen und dadurch den
Einsaztbereich vergrößern und den Verschleiß verkleinern.
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Das Kardanverbindungsstück in Form einer Schale kann die verschiedensten
Formen aufweisen, die sich nach der Jeweiligen konstruktiven Gestaltung der angrenzenden
Elemente richten. Dabei ist jedoch wichtig, daß ihr unterer
Bereich
die Form eines Rotationskörpers mit der Schwenkachse der Basislager als Achse besitzt.
In dem dem-Schwenkwinkel des Arbeitszylinders entsprechenden unteren Bereich kommt
also eine Teilzylinderform als günstige Form bei ebener Fläche in-Betracht, über
der sich das Kardanverbindungsstück bewegt. Da bei Schwenkungen in der anderen Richtung
im Innern des Kardanverbindungsstückes das Bodenabschlußteil des Zylinders schwenkt,
muß hier ebenfalls eine entsprechende Rotationskörperform gefunden werden. Diese
kann mit einer gestuften Lini-e, einem Trapez od. dgl., jedoch auch mit einem Kreis
als Erzeugender gestaltet sein. Da sich die Schwenkachsen für die Außen- und die
Innenform der Schale jedoch unter einem Winkel von 900 kreuzen, müssen Außen- und
Innenform im Hinblick auf die Festigkeitsgestaltung und die Herstellungsmöglichkeiten
aufeinander abgestimmt werden.
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Auch ist zu berücksichtigen, daß für die Schwenklager Augen, Zapfen
od. dgl. anzubr,ingen oder anzuformen sind, so daß die Schale beim Ubergang zu diesen
Teilen von einer einfachen geometrischen Form in der Regel abweichen wird. In den
Verschneidungszonen der Außen- und Innenrotationskörper kann sie u.U. nur eine ganz
geringe Wandstärke oder sogar eine Durchbrechung aufweisen. Unter der Einhüllenden
der äußersten Punkte des Bodenabschlußteiles wird die Kurve verstanden, die sich
bei einer Verbindung der äußersten für die Schwenkung und die Bestimmung der Formgestalt
des Gegenstückes wichtigen Punkte des Bodenabschlußteiles ergibt. Die Außenfläche
kann auch regelmäßige äußere Gestalt aufweisen, die selbst die Einhüllende darstellt.
Wegen der großen Formsteifigkeit können selbst bei Abstützung sehr hoher Kräfte
und geringer Wandstärke auch Werkstoffe geringerer Festigkeit benutzt werden, als
sie heute vielfach erforderlich sind.
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Besonders günstig bezüglich Formsteifigkeit, damit Festigkeit und
geringer Wandstärke sowie Herstellung, Gewicht und Gestaltung der Anschlußteile
ist es, wenn die das Kardanverbindungsstück bildende Schale zumindest im unteren
Schwenkbereich Teilkugelgestalt besitzt. Diese läßt die Schwenkung der Außen- und
Innenform mit günstige gen Abmessungen bei gleicher und damit auch herstellungsmäßig
giinstiger Wandstärke zu. Am oberen Rand und den Anschlußstellen für die Lager muß
man naturgemäß von der exakten Kugelgestalt abgehen und die Form in die Lagerelemente
festigkeits- und herstellungsmäßig günstig über gehen lassen.
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Bezüglich des ueberganges von der Schalengestalt zu, den Lagerelementen
ist es günstig, wenn die Lager zwischen Bodenabschlußteil und Kardanverbindungsstück
und/oder zwischen Kardanverbindungsstück und Basis mit Kugeln und Kugelpfannen gebildet
sind. Dadurch ist eine vorteilhafte Einleitung der Stützkräfte in die verschiedenen.
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belasteten Teile, insbesondere das Kardanverbindungsstück, möglich.
Als weiterer besonderer Vorteil ist zu nennen, daß die kugelförmige Gestalt der
einzelnen Lager er kardanischen Aufhängung Einbautoleranzen ausgleich und vor allem
bei dem rauhen Betrieb im Kipperfahrzeugwesen und dem nicht zu vermeidenden Eindringen
von Schmutz sehr günstige Einlaufverhältnisse und damit Abstützverhältnisse mitz
geringer Lagerreibung ermöglicht. Man kann die Lagerteile getrennt fertigen, bearbeiten
und dann an die übrigen Teile der Aufhängung ansetzen. Dabei besteht jedoch bei
dem rauhen Betrieb die Gefahr, daß die Befestigungen ausschlagen und die Aufhängung
dann schneller unbrauchbar wird. Außerdem erfordert die Befestigung der Lagerelemente
entsprechend dickwandige
Augen oder sonstige Anschlußteile, insbesondere
an dem Kardanverbindungsstück. Diese relativ großvolumigen Anschlußelemente und
das Ausschlagen der Befestigung lassen sich vermeiden, wenn gemäß einem weiteren
Merkmal die Lagerzapfen, Lageraugen, Lagerkugeln, Lagerpfannen od.
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dgl. einstückig an das schalenförmige Kardanverbindungsstück angeformt
sind. Dann lassen sich relativ dünnwandi-.
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ge, günstig herzustellende und die Kräfte gtinstig überleitende Anschlüsse
erzielen.
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Weitere Einzelheiten, Ausgestaltungen, Vorteile und Merkmale der Erfindung
sind in der nachfolgenden, anhand der Zeichnungen gegebenen Beschreibung vorteilhafter
Ausführungsbeispiele behandelt.
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Es zeigen: Fig. 1 die Teilseitenansicht eines LKW mit aufgesetzter,
teilweise angehobener Kippbrücke; Fig. 2 einen Teillängsschnitt längs der Linie
2-2 in Fig. 4 durch den Hubzylinder nebst Schwenklager für das Fahrzeug nach Fig.
1; Fig. 3 eine Seitenansicht des Schwenklagers in Richtung des Pfeiles 3 in Fig.
4; Fig. 4 einen -Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3 durch den Teleskopzylinder
mit Schwenklager in Draufsicht; Fig. 5 einen Teilvertikalschnitt durch ein Lager
zwischen Basis und Kardanverbindungsstück mit kugeliger Ausbildung des Lagers;
Fig.
6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5; Fig. 7 einen Teilschnitt durch ein
Lager zwischen Bodenabschlußteil und Kardanverbindungsstück mit kugeliger Ausbildung-des
Lagers und-Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7.
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Die Fig; 1 zeigt einen LKW 10 mit einer kippbaren Pritsche 11, für
die ein Hubzylinder 12 in ü0>lieher Anordnung vorgesehen ist. Dieser hat ein
Schwenklager 13, mittels dessen er gelenkig an den Quertraversen 14 befestigt ist,
die mit dem Chassis 15 fest verbunden sind und der Basis im Sinne des Anspruches
entsprechen. Der Kipper ist ein Dreiseitenkipper, so daß der Hubzylinder 12 in seinem
Schwenklager 13 nach drei Richtungen schwenken können muß.
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Die Fig. 2 bis 4 zeigen das Schwenklager in größerer Darstellung.
An den Quertraversen 14 sind die Basislager 16 befestigt. In diesen können sich
die Zapfen 17 um die Achse Al drehen. Die Zapfen 17 sind einstückig an das Kardanverbindungsstück
18 nach auswärts ragend angeformt.
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Die Achse A1 liegt senkrecht zur Zylinderachse ZA und bei diesem Einbaubeispiel
in Fahrtrichtung. Senkrecht zur Achse A1 und ebenfalls senkrecht zur Zylinderachse
ZA liegt die zweite Schwenkachse A2 der kardanischen Aufhängung. Auf dieser Achse
A2 liegen die Lagerzapfen 19, welche auswärts ragend einstückig an das Bodenabschlußteil
20 angeformt sind. Der Zapfen 19a trägt die Zuführungsbohrung 21 für das Hydrauliköl
zur Betätigung des Kubzylinders 12, welcher mehrere Teleskoprohre 22 aufweist, die
in üblicher Art im Zylinder angeordnet sind.
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Das Bodenabsohlußteil 20 hat unterhalb der Zapfen außen die Gestalt
einer Teilkugel, wie es sich aus den Fig. 2 bis 4 ergibt. Seine innere Ausnehmung
25 ist im Bodenteil kegelstumpfförmig gestaltet, so daß die Teleskoprohre 22 und
der Kolben 24 so tief wie irgend möglich eintauchen können. Die kugelförmige Außenfläche
24 des Bodenabschlußteiles 20 stellt auch die Einhüllende ihrer äußersten Bewegungspunkte
dar. In geringem Abstand a von der teilkugeligen Außenfläche 24 des Bodenabschlußteiles
verläuft der untere schalenförmige Teil 25 des Kardanverbindungsstückes 18. Dieser
hat, wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich, Teilkugelgestalt mit geringer Wandstärke
W. Im Boden ist eine Abflußbohrung 26 vorgesehen. Der kugelschalenförmige Teil 25
des Kardanverbindungsstückes 18 geht einstückig in die Lageraugen 28 für die Zapfen
19 der zylinderfesten Schwenklager über, die, wie aus Fig. 3 ersichtlich, oben mit
einem Passstück 29 ausgestattet sind, welches die Zapfen 19 gegen Abheben sichert.
Der obere Rand des Kardanverbindungsstückes 18 ist mit Randverstärkungsrippen 30
ausgestattet. Auf der Achse A1 liegend sind an das Kardanverbindungsstück 18 einstückig
die Zapfen 17 angeformt, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, so daß sich allseits
herstellungs- und festigkeitsmäßig günstige Übergänge ergeben. Dieses Kardanverbindungsstück
18 mit Teilkugelschalengestalt bietet bei sehr geringer Wandstärke und kleinstmöglichem
Abstand seines äußersten Punktes 32 von der Schwenkachse Al größtmögliche Festigkeit
wegen seiner großen Formsteifigkeit. Beim Verschwenken des Hubzylinders 12 um die
bei Mehrseitenkippern üblichen Schwenkwinkel bewegt sich keines der Teile der kardanischen
Aufhängung unter die Grundlinie G. Große Schwenkwinkel werden auch dadurch ermöglicht,
daß die Achse A2 in gewissem Abstand oberhalb der Achse A1 liegt und dadurch
die
Lageraugen 28 verhältnismäßig hoch gezogen sind. Der Abstand a zwisehen Bodenabschlußteil
und Innenwand der Teilkugelschale 25 kann außerordentlich gering gehalten werden
und braucht selbst bei großen Ausführungen nur wenige Millimeter zu betragen, die
sich nach der Art und Qualität der Herstellung richten. Das Kardanverbindungsstück
18 kann je nach den Bedürfnissen aus den verschiedensten Materialien hergestellt
werden. Insbesondere kann es als Stahlschmiedestück oder im Stahlguß oder Sphäroguß
hergestellt sein. Wenn es in irgendeiner Form für die Führung des Hydrauliköles
herangezogen wird, so muß es hydraulischtes Material sein, wie man es auch für das
Bodenabschlußteil zu verwenden hat, wenn der Druckanschluß über das Bodenabschlußteil
in üblicher Weise erfolgt. Es kommt jedoch wegen der großen Formsteifigkeit für
das Kardanverbindungsstück auch Leichtmetall und je nach Einsatzfall und Materialqualität
auch Kunststoff in Betracht.
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Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen, wie anstelle der zylindrischen
Lagerzapfen und zylindrischen Lageraugen für die basisfesten Lager zwischen Kardanverbindungsstück
18 und Basis 14 Lager mit Lagerkugeln 40 und Kugelpfannen 41 verwendet werden können.
Dabei ist die Kugel 40 einstückig mit einem Fuß 42 ausgestattet, der an der Basis
14 befestigt wird. Über die Kugel 40 greift die Kugelpfanne 41 von oben herüber.
Sie ist einstückig mit glat-tem Übergang an die- Teilkugelschale 18 angeformt und
ist nach unten hin - wie aus den Figuren ersichtlich -offen. Gegen Abheben sichert
ein Schraubbolzen 43. Diese Art der Lagerung ist festigkeits-, reibungs- und herstellungsmäßig
günstig und gleicht zudem automatisch Einbautoleranzen aus. Sie ist auch für den
rauhen Betrieb an Kippern gut geeignet.
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Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine gleichartige Lagerung für die
Schwenklager zwischen Bodenabschlußteil 20 und Kardanverbindungsstück 18, wobei
bei diesem Aus-= führungsbeispiel die Kugel 50 einstückig mit festigkeitsmäßig günstigen
Übergängen an das teilkugelschalenförmige Kardanverbindungsstück 18 angeformt ist.
Die nach unten offene Kugel-pfanne 51 ist einstückig an das Bodenabschlußteil 20
nach auswärts ragend angeformt. Ein Schraubbolzen 52 verhindert das unbeabsichtigte
Abheben. Die für ihn vorgesehene Bohrung 53 in der Kugel 50 ist ausreichend groß,
um das erforderliche Spiel zu gewähren.
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Sie liegt in Richtung der Schwenkachse A2. Eine entsprechende Lagerung
ist gegenüberliegend an dem Bodenabschlußteil 20 vorgesehen.