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Vorrichtung zur Montage und Demontage von
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Maschinenteilen großer Dimensionen und hydraulische Steuerung hierzu
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 gemäss dem Gegenstand der auf den gleichen Anmelder zurückgehenden, nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldung P 32 22 372.2.
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In dieser Patentanmeldung wurde eine Vorrichtung zur Montage und Demontage
von Maschinenteilen großer Dimensionen beschrieben, die aus einem Tiefbettfahrzeug
besteht, das eine Tiefbettbrücke aufweist, in deren Aufnahmebereich mindestens teilweise
zwei bezüglich der Fahrzeuglängsachse parallel nebeneinander angeordnete, hydraulisch
schwenkbare Hubarme einschwenkbar sind.
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Jeder Hubarm ist in einen unteren, am Tiefbett-Fahrzeug angelenkten
Hauptarm und in einen daran gelenkig ansetzenden Nebenarm unterteilt. Das obere,
freie und schwenkbare Ende der Nebenarme ist gelenkig miteinander durch einen Lastaufnahmekopf
verbunden.
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In der Beschreibungseinleitung der Patentanmeldung P 32 22 372.2 wurde
ausgeführt, dad eine derartige Vorrichtung, insbesondere zur Montage und Demontage
von Maschinenteilen großer Dimensionen in Schiffswerften, Trockendocks und dergleichen
benötigt wird. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung in Schiffswerften
beschränkt ist, soll sie an bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit Schiffsteilen
beschrieben werden. Es ist selbstverständlich, daß auch andere große und schwere
Teile, z .B. Kraftwerksteile,
Brückenteile und dergleichen mit einer
derartigen Vorrichtung handhabbar sind.
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Die vorliegende Erfindung wird also vorzugsweise in Schiffswerften
eingesetzt, wo Ruderblätter mit einem Gewicht von etwa 50 Tonnen und Abmessungen
von 2 x 5 m ausgewechselt werden sollen. Ebenso sollen Schiffsschrauben ausgewechselt
werden, von denen jede etwa ein Gewicht von 35 Tonnen und einen Durchmesser in der
Größenordnung von 5 - 7 m aufweist. Ferner ist die Handhabung von Wellenteilen der
Antriebsanlage beabsichtigt; derartige Teile haben Längen in der Größenordnung von
6 - 10 m und wiegen zwischen 20 und 40 Tonnen. Bisher wurden solche schweren Maschinenteile
in mühevoller Handarbeit durch Aufbauen von Podesten und durch Anbringen von Flaschenzügen
und sonstigen Hebezeugen montiert und demontiert. Insbesondere bei der Montage und
Demontage von Schiffswellen gab es bisher große Schwierigkeiten.
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Solche Schiffswellen mit einer Länge von etwa 6 - 10 m müssen im schrägen
Winkel von unten nach oben gehend in die Wellenlager bzw. Aussenwellenlager des
Schiffes gezogen werden. Es kommt hierbei genau darauf an, die Welle nicht zu verkanten,
um das Wellenlager nicht zu beschädigen. Bisher war die Montage und Demontage solcher
Schiffswellen besonders schwierig , weil der Einbauwinkel der Welle bei der Montage
und Demontage genau eingehalten werden musste, um eine derartige Verkantung der
Welle zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung hat sich ausgehend vom Gegenstand der Patentanmeldung
P 32 22 372.2 die Aufgabe gestellt, ein besonders präzises Manövrieren des Lastaufnahmekopfes
zu ermöglichen.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulisch schwenkbaren
Hubarme derart angesteuert sind,
daß der Lastaufnahmekopf annähernd längs einer vertikalen Geraden bewegbar ist.
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Mit der gegebenen technischen Lehre wird ein bestimmter Bewegungsablauf
des Lastaufnahmekopfes als erfinderisch beansprucht. Durch die Bewegung des Lastaufnahmekopfes
annähernd längs einer vertikalen Geraden wird es vermieden, daß die Maschinenteile
beim Einbau oder Ausbau unzulässig verdreht oder verkantet werden.
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Hierbei sei es dahingestellt, ob sich die vertikale Gerade auf die
Lastaufnahmeebene des Tiefbettfahrzeuges bezieht (z.B. Ebene der Tiefbettbrücke)
oder auf eine Senkrechte zur Erdoberfläche.
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Für die Steuerung des Lastaufnahmekopfes annähernd längs einer vertikalen
Geraden gibt es mehrere Möglichkeiten.
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Eine erste Ausführungsform sieht eine elektronische Steuerung derart
vor, daß die Druckmittelzuführung zu den beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen eines
Hubarmes (Nebenarmzylinder und Hauptarmzylinder) mittels elektrischen Drehwinkelgebern
in der Schwenkachse der Hubarme und mittels elektronisch angesteuerter Ventile derart
erfolgt, daß sich der Lastaufnahmekopf annähernd längs einer vertikalen Geraden
bewegt.
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Eine zweite, gemäss dem Gegenstand des Anspruches 2 bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, daß die hvdraulische Steuerung d ektromechnisch arbeitet, wobei wesentlich
ist, daß die beiden Kolben-Zylinder-Einheiten einer Fahrzeugseite in Serie geschaltet
sind.
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Für die Speisung der Hydraulikanlage sind zwei Hydraulikkreise vorgesehen)
wobei jeder Hydraulikkreis genau die gleicheölmenge erhält, was über eine handelsübliche
Gleichhubanlage , Tandempumpe oder dergleichen erfolgt.
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Dies ist erforderlich, um mit zwei gleich großen Volumina die linke
und rechte Hubeinrichtung synchron heben und senken zu können.
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Ausgehend von einer eingefahrenen und abgesenkten Stellung jeweils
des Nebenarmes zum Hauptarm , wobei der Nebenarm innerhalb der Tiefbettbrücke, neben
diese eingefaltet ist, wird zunächst der Hauptarm mit seinem Hauptarmzylinder um
einen Winkel g /2 angehoben.
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Der Nebenarmzylinder wird hierbei noch nicht mit Drucköl versorgt.
In diesem ersten Teilhubbereich bewegt sich hierbei der Lastaufnahmekopf auf einem
Kreisabschnitt mit geringem Radius, annähernd entlang der vertikalen Geraden. Nach
der Erreichung dieser ersten Schwenkposition wird die Hydraulik umgeschaltet und
das Drucköl gelangt nun mit jeweils gleich großem Volumen zum Anheben der Hubeinrichtung
auf die Kolbenfläche des Nebenarmzylinders. Damit stösst dieser das Drucköl aus
dem Zylinderraum aus, der seiner Ringfläche zugeordnet ist und dieses öl wird auf
die Kolbenfläche des Hauptarmzylinders zurückgedrückt.
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Damit fahren beide Zylinder (Haupt- und Nebenarmzylinder) gleichzeitig
und in einem bestimmten Verhältnis zueinander aus. Dieses Verhältnis ist durch die
Ring- und Kolbenflächengröße festgelegt.
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über die konstruktive Abstimmung der Zylinderangriffspunkte an den
Hubarmen bewegt sich die Verbindungsbrücke zwischen den beiden Hubeinrichtungen
nahezu senkrecht entlang der vertikalen Geraden.
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Das Absenken der Hubeinrichtung entlang einer vertikalen
Geraden
erfolgt in umgekehrter Weise.
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Der der Ringfläche zugeordnete Zylinderraum des Hauptarmzylinders
wird mit Drucköl beaufschlagt, wobei dieser Hauptarmzylinder aus dem der Kolbenfläche
zugeordneten Zylinderraum das Drucköl verdrängt, das über eine Leitung in den der
Ringfläche zugeordneten Zylinderraum des Nebenarmzylinders eingeleitet wird. Beide
Arbeitskolben senken sich hierdurch synchron. Dieses Drucköl steuert auch die Rohrbruchsicherung
und Senkbremse an den Kolbenflächen des Haupt- und Nebenarmzylinders an, damit das
öl freigegeben wird.
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Wie schon beschrieben, gelangt durch das Einfahren des Hauptarmzylinders
das Drucköl von der Kolbenfläche des Hauptarmzylinders auf die Ringfläche des Nebenarmzylinders
und hiermit ist das Verhältnis wieder vorhanden und der nahezu senkrechte Hub.
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Die Hauptarmzylinder sind bevorzugt auch einzeln ansteuerbar. Ein
separates Bewegen der Nebenarmzylinder wäre auch durch zusätzliches Installieren
von Ventilen möglich.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich
beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik
neu sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und
ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung
hervor.
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Es zeigen: Figur 1 : Seitenansicht des Tiefbettfahrzeuges mit angehobener
und abgesenkter Hubeinrichtung; Figur 2: Stirnansicht des Tiefbettfahrzeuges in
Richtung des Pfeiles II in Figur 1; Figur 3 : Hydraulikschema zur Steuerung der
Haupt- und Nebenarmzylinder.
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Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Tiefbettfahrzeug 101 weist eine
Tiefbettbrücke 102 auf, die aus zwei parallel und in geringem Abstand voneinander
angeordneten Längstraversen 103,104 besteht, die jeweils über eine Schrägtraverse
105 , 106 mit den erhöhten Plattformteilen 124 , 125 der Tiefbettbrücke 102 verbunden
sind.
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Hierdurch ergeben sich Aufnahmebereiche 134 für das Einschwenken der
Hubarme 112,118, die neben den Längstraversene 103,104 liegen. Gemäss der gestrichelten
Darstellung in Figur 1 kann damit der gesamte Hauptarm 112 mit seinem Schwenklager
119 neben die Längstraversen 103,104 eingeschwenkt werden, so daß sich hierdurch
eine besonders niedrige Höhe des Lastaufnahmekopfes 121 über dem Erdboden ergibt.
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Der Hauptarm 112 ist hierbei mit seinem Schwenklager 111 auf dem Plattformteil
124 montiert. Der Hauptarm 112 ist hierbei gerade und nicht-abgekröpft ausgebildet,
während der kleinere Nebenarm 118 eine starke , aufwärtsgehende Abkröpfung 135 aufweist.
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Der dem Nebenarm 118 zugeordnete Nebenarmzylinder 117 setzt an einem
Befestigungsteil 120 im Bereich der
Abkröpfung 135 des Nebenarmes
118 an. An der gegenüberliegenden Seite greift diese Kolben-Zylinder-Anor-4nung
(Nebenarmzylinder 117) an einem Schwenkpunkt 116 (perl.
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Figur 2) am schwenkbaren Teil des Hauptarmes 112 an.
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Die dem größeren Hubarm 112 zugeordnete Kolben-Zylinder-Anordnung
(Hauptarmzylinder 123) ist mit ihrem unteren Schwenklager 130 an einem gesonderten
Befestigungsstück 1O8 angeordnet, das seitlich an den Längstraversen 103 bzw. 104
ansetzt. Der obere Schwenkpunkt der Kolben-Zylinder-Anordnung (Hauptarmzylinder
123) wird durch ein Schwenklager 131 gebildet, das an einem Befestigungsteil 115
an der Unterseite des Hauptarmes 112 ansetzt.
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Die Verbindungsbrücke 128, welche die beiden Lastaufnahmeköpfe 121
der beiden nebeneinanderliegenden und parallel im Abstand nebeneinander angeordneten
Hubarme 118,118 verbindet, ist-mit einem Kugelkopf lager 1o7 jeweils im Lastaufnahmekopf
121 gelagert, so daß bezüglich der Darstellung in Figur 2 die Verbindungsbrücke
128 auch im Winkel zur Horizontalen geneigt werden kann; sie ist also im Kugelkopflager
1o7 gelenkig aufgenommen.
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In der Bohrung 132 wird ein nicht näher dargestelltes Aufnahmeteil
befestigt, an dem das Hebezeug für die Halterung beispielsweise eines Schiffspropellers
ansetzt.
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Durch die besondere Formgebung der Hubarme 112,118 (ein langer und
gerader Hauptarm 112, kombiniert mit einem stark abgekröpften,kleineren Nebenarm
118) gewährleistet auch eine besonders einfache Befestigung der oberen Kolben-Zylinder-Einheit
(Nebenarmzylinder 117) die an einem einfachen Aufnahmelager mit ihrem unteren Schwenkpunkt
116 ansetzt.
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Hauptarm 112 und Nebenarm 118 sind über das Schwenklager 119 miteinander
gelenkig verbunden.
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Die Tiefbettbrücke 102 ist über die gezeigten Radsätze 3 höhenverstellbar
und auf den Boden absenkbar, wobei ein zentrales Motor-Hydraulik-Aggregat für alle
Hydraulikfunktionen mit Fernsteuereinrilchtung für die Antriebs-, Lenkungs- und
Hub-Funktionen verwendet wird.
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Die entsprechende Aggregate sind im Geräteteil 26 untergebracht.
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Die hydraulischen IKolben-Zylinder-Einheiten (Hauptarmzylinder 23,123,
117,117 - vergl. Figur 3) werden derart gleichmässig und synchron angesteuert, daß
ein Heben und Senken der Last bei praktisch konstanter Nutzlast-Schwerpunktlage
in bezug zur Längsrichtung und Breite (konstante, vertikale Hubbewegung längs der
Geraden 27) sowie zusätzlich manuelle Steuerung des Lastaufnahmepunktes (Quertraverse)
in Fahrzeug-Längsrichtung in festgelegten Grenzen im oberen Hubbereich möglich ist
Die Last-Position kann im oberen Hubbereich zusätzlich manuell in Fahrzeuq-Längsrichtung
in einem Bereich von ca. 120 bis 25O mm gesteuert werden, wobei die Hubbewegung
völlig ruckfrei una stufenlose erfolgt.
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Anhand der Figur 1 wird nun das Ausfahren der Hubvorrichtung erläutert,
wobei stets nur das Ausfahren der Hubeinheit (bestehend aus Hauptarm und Nebenarm
) einer Fahrzeugseite erläutert wird, nachdem das Ausfahren der Hubeinheit der anderen
Fahrzeugseite identisch erfolgt.
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In Figur 1 wird zunächst von der abgesenkten Stellung der Hubeinrichtung
ausgegangen, d.h. der Hauptarm 112 befindet sich in der gestrichelten, abgesenkten
Lage, ebenso wie der Nebenarm 118, der auf den Hauptarm aufgefaltet ist. In dieser
Stellung wird ein Winkel 6 definiert, der sich aus der Winkelstellung eine Geraden
4 durch das Schwenklager 111 und 119 in bezug zu einer
Geraden
5 durch das Schwenklager 119 und den Lastaufnahmekopf 121 ergibt. Dieser Winkel
6 ist konstruktiv festgelegt und bekannt.
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Der Hauptarm 112 wird durch Ansteuerung des Hauptarm zylinders 123
zunächst um die Hälfte des Winkel 6 (Winkel 11) angehoben. Die erforderliche Winkelstellung
wird duch einen elektrischen Drehwinkelgeber erfasst, der am Schwenklager des Hauptarmes
angeordnet ist.
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Die Winkelstellungen der anderen Haupt- und Nebenarme werden ebenfalls
durch Drehwinkelgeber erfasst und der Steuerung eingegeben. Der Winkel 11 ist hierbei
einerseits durch eine Horizontale 8 durch das Schwenklager 111 und andererseits
durch die Gerade 10 definiert, die durch das Schwenklager 111 geht und die den Winkel
11 zur Horizontalen 8 einnimmt.
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Das Schwenklager 119 bewegt sich hierbei entlang des Radius 7, während
der am freien Ende des Nebenarmes 118 angeordnete Lastaufnahmekopf 121 sich längs
einem Radius 9 bewegt, der im Schnittpunkt 14 die vertikale Gerade 27 schneidet.
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Zwischen der Geraden 10 und einer Geraden 13, welche einerseits durch
den Schnittpunkt 12 am Radius 7 und andererseits durch den Schnittpunkt 14 am Radius
9 geht, ergibt sich wiederum der Winkel 6.
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Nach Durchlaufen dieses ersten Teilhubbereiches werden beide Zylinder
synchron und im Verhältnis zueinander angesteuert, so daß sich nachfolgend der Lastaufnahmekopf
121 vom Schnittpunkt 14 ausgehend in einer annähernd Geraden entlang der Linie 27
bewegt, bis er seine obere, angehobene Stellung gemäss Figur 1 erreicht hat.
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Im Hydraulikschema nach Figur 3 ist die Ansteuerung von Hauptarmzylinder
123 und Nebenarmzylinder 117 gezeigt, wobei zur Erläuterung auch die Ansteuerung
des
Hauptarmzylinders 23 und des Nebenarmzylinders 17 -der anderen Fahrzeugseite gezeichnet
ist, wobei
zu bemerken ist, daß diese Ansteuerung in Verbindung
mit den Absperrventilen 24,25 identisch ist mit der Ansteuerung der erstgenannten
Haupt- und Nebenarmzylinder 123, 117.
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Die Steuerungsschaltung besteht aus zwei identischen Hydraulikkreisen
1,2, wobei die Anschlußpunkte 15 und 16 der Druck- und Rücklauf im Hydraulikkreis
1 sind, während die Anschlußpunkte 18 und 19 der Druck- und Rücklauf im Hydraulikkreis
2 sind. Zum Anheben des Hauptarmes 112 auf den Winkel 11 werden die Absperrventile
20 und 25 geöffnet, während die Absperrventile 21, 24 geschlossen sind. Das Drucköl
wird in den Anschlußpunkt 16 und 18 mit genau gleichem Volumen eingespeist, während
der Rücklauf über die Anschlußpunkte 15 und 19 erfolgt.
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In diesem ersten Teilhubbereich bewegt sich das Schwenklager 119 des
Hauptarmes 112 entlang des Radius 7.
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Nachdem der Lastaufnahmekopf 121 des Nebenarmes 118 den Schnittpunkt
14 des Radius 9 mit der vertikalen Geraden 27 erreicht hat, wird die Hydraulik wie
folgt geschaltet: Das Absperrventil 20 und 25 wird geschlossen, während die Absperrventile
21 und 24 geöffnet werden. Damit gelangt das Drucköl von den Anschlußpunkten 16
und 18 über die Leitung 4o.in Pfeilrichtung 36 in den Zylinderraum des Nebenarmzylinders,
welcher der Kolbenfläche 35 zugeordnet ist.
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Der Nebenarmzylinder 117 bewegt sich hierbei in Pfeilrichtung 37 nach
oben, wobei das Drucköl aus dem der Ringfläche 34 zugeordneten Zylinderraum verdrängt
wird und in Pfeilrichtung 38 über die Leitung 31 in den Zylinderraum des Hauptarmzylinders
123 eingespeist wird, welcher der Kolbenfläche 33 zugeordnet ist.
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Damit fahren beide Zylinder gleichzeitig und in einem bestimmten Verhältnis
zueinander aus, wobei dieses Verhältnis durch die Ringfläche 34 des Nebenarmzylinders
1i7 und durch die Kolbenfläche 33 des Hauptarmzylinders 123 bestimmt ist.
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Ober die konstruktive Abstimmung der Zylinderangriffspunkte (Schwenklager
130,119 einerseits und 116,120 andererseits) bewegt sich die Verbindungsbrücke 128
zwischen den beiden Hubeinrichtungen nahezu senkrecht.
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Das öl aus dem Zylinderraum des Hauptarmzylinders 123 welcher der
Ringfläche 32 zugeordnet ist, wird über die Leitung 29 und den Anschlußpunkt 15
in den Tank abgeleitet.
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Wesentlich ist hierbei also, daß jenseits des Druckanschlusspunktes
16 jeweils eine Leitung 30,40 ansetzt in jeder Leitung ein Absperrventil 20,21 enthalten
ist. Die Leitung 30 verbindet über eine weitere Leitung 31 den Kolbenraum des Hauptarmzylinders
123 mit dem Ringraum des Nebenarmzylinders 117.
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Das Absenken der Hubeinrichtung erfolgt dadurch, daß das Drucköl in
die Anschlußpunkte 15,19 eingespeist wird. Damit kommt das Drucköl auf die Ringfläche
32 des Hauptarmzylinders 123. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung 22 eine Rohrbruchsicherung
und Senkbremse 39 angesteuert, damit im Hauptarm- und Nebenarmzylinder das Drucköl
freigegeben wird. Durch das Einfahren des Hauptarmzylinders 123 gelangt nun das
öl von der Kolbenfläche 33 auf die Ringfläche 34 des Nebenarmzylinders und hiermit
ist das eingangs beschriebene Verhältnis wieder vorhanden, und es wird nahezu ein
senkrechter Hub entlang der vertikalen Geraden 27 erreicht.
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Das öl in der Kolbenfläche 35 des Nebenarmzylinders 117 fliesst über
die Leitung 40 in Geqenrichtung zur eingezeichneten Pfeilrichtung 36 in den Tank.
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Die Hauptarmzylinder 123,23 sind im gezeigten Hydraulikschema auch
einzeln ansteuerbar. Ein separates Bewegen der Nebenarmzylinder 117,17 wäre durch
zusätzliches Installieren von Ventilen ebenfalls möglich.
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Bei der gezeigten Hubeinrichtung sind folgende Hydraulikzylinder vorgesehen:
Hauptarmzylinder: Kolbendurchmesser 158 mm Stangen-Durchmesser. 128 mm; Nebenarm:
Kolbendurchmesser 200 mm; Stangen-Durchmesser 152 mm.
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Das Verhältnis der Ringfläche 34 des Nebenarmzylinders 117 zur Kolbenfläche
33 des Hauptarmzylinders 123 ergibt sich hiermit aus 132 cm2 zu 196 cm2, d.h. zu
etwa 0,67.
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ZEICHNUNGS-LEGENDE 1 Hydraulikkreis 101 Tiefbett-Fahrzeug 2 Hydraulikkreis
102 Tiefbett-Brücke 3 Radsatz 103 Längstraverse 4 Gerade 104 Längstraverse 5 Gerade
105 Schrägtraverse 6 Winkel ( & ) 106 Schrägtraverse 7 Radius 107 Kugelkopf
lager 8 Horizontale 108 Befestigungsstück 9 Radius 10 Gerade 11 Winkel j 111 Schwenklager
12 Schnittpunkt 112 Hauptarm 13 Gerade 14 Schnittpunkt 15 Anschlußpunkt 16 Anschlußpunkt
116 Schwenkpunkt 17 Nebenarmzylinder 117 Nebenarmzylinder 1.8 Anschlußpunkt 118
Nebenarm 19 Anschlußpunkt 119 Schwenklager 20 Absperrventil 120 Befestigungsteil
21 " 121 Lastaufnahmekopf 22 Steuerleitung 23 Hauptarmzylinder 123 Hauptarmzylinder
24 Absperrventil 124 Plattformteil 25 Absperrventil 125 Plattformteil 2 Geräteteil
27 Gerade 28 128 Verbindungsbrücke 29 Leitung 30 Leitung 130 Schwenklager 131 Schwenklager
132 Bohrung 134 Aufnahmebereich 135 Abkröpfung
31 Leitung 32 Ringfläche
Hauptarmzylinder 33 Kolbenfläche Hauptarmzylinder 34 Ringfläche Nebenarmzylinder
35 Kolbenfläche Nebenarmzylinder 36 Pfeilrichtung 37 Pfeilrichtung 39 Rohrbruchsicherung
u .Senkbremse 40 Leitung
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