DE4123185A1

DE4123185A1 - Schaufelstab fuer einen bagger aus polymer-komposit-material hoher festigkeit und verfahren zum herstellen eines solchen

Info

Publication number: DE4123185A1
Application number: DE4123185A
Authority: DE
Inventors: Jae In Ko; Jae Won Lee; Yoon Mok Lee; Eu Jin Jeon; Chun Kon Kim; Jin Kim
Original assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Volvo Construction Equipment Korea Co Ltd
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1992-01-16
Anticipated expiration: 2011-07-13
Also published as: GB2246111A; FR2664629B1; JPH0688353A; GB2246111B; FR2664629A1; GB9114723D0; ITMI911931A0; DE4123185C2; IT1250678B; ITMI911931A1; US5245770A; JP2739529B2; US5316709A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Löffel- bzw. Schaufelstab, einen Teil eines Baggers, und insbesondere einen Löffelstab, der aus Polymer-Komposit-Material wie faserverstärkter Plastik hergestellt ist, was eine Baggerleistung verbessern kann, was ein Ergebnis einer Verringerung seines Eigengewichts und einer Verkürzung der dafür notwendigen Herstellungsverfahren ist, verglichen mit herkömmlichen Löffelstäben aus Bau- bzw. Konstruktionsstahl, wobei er zugleich eine optimale Festigkeit aufweist.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, die eine Seitenansicht eines herkömmlichen Baggers mit dem Löffelstab ist, ist der Löffelstab 10 ein Teil, der an seinen beiden Enden jeweils mit einem Ausleger 2 und einem Schürfkübel 3 verbunden ist, um mit ihnen verbunden zu sein und sie zu stützen, wobei der Ausleger 2 zum Stützen der Baggerlast angepaßt ist. Der Löffelstab 10 ist auch mit Hydraulikzylinder- Betätigungsteilen, einem Löffelzylinder 4 und einem Kübelzylinder 5, verbunden, wobei die Zylinder 4 und 5 teleskopisch durch eine hydraulische Steuerung (nicht gezeigt) betätigt werden, die im allgemeinen an dem Fahrzeugkörper 1 vorgesehen sind, wodurch die Baggerleistung für den Schürfkübel 3 erzeugt wird. Daher ist der Löffelstab 10 notgedrungen einer intensiven Auf- und Ab- und Drehbewegung gemäß der wiederholten teleskopischen Bewegung der hydraulischen Zylinder 4 und 5 ausgesetzt. Ein Ergebnis ist, daß der Löffelstab 10 als ein Teil einer intensiven Bewegung bekannt ist, und zwar gemeinsam mit dem Schürfkübel 3, so daß der Löffelstab 10 aus Materialien hergestellt sein muß, die eine ausreichende Festigkeit bieten müssen, um einer Abnutzung und einer mechanischen Erschütterung zu widerstehen, die bei der wiederholten Baggeroperation zugefügt wird, und um die Baggerlast zu halten.

Im allgemeinen sind daher bekannte Löffelstäbe aus Baustahl, beispielsweise SS41, hergestellt worden, um die oben genannten mechanischen Bedingungen zu erfüllen. Der Löffelstab aus Baustahl weist jedoch Nachteile darin auf, daß er ein bemwerkenswert großes Gewicht hat, verursacht durch die relativ größeren spezifischen Maße des Baustahls, wie 7,9 g/cm³ beträgt, und eine hohle, kastenförmige und geschweißte Struktur hat zur Folge, daß der Löffelstab relativ schwach gegenüber der äußeren mechanischen Erschütterung wird, und auch einen schwachen Widerstand gegenüber der Anwendung aufweist, und zwar aufgrund der wiederholten Baggeroperation, und einen schwachen Widerstand gegenüber Korrosion aufgrund der Atmosphäre und Feuchtigkeit. Darüber hinaus weist der Stahl-Löffelstab gemäß dem Stand der Technik den schwerwiegendsten Nachteil darin auf, daß er relativ größere Abmessungen des Fahrzeugkörpers, der eine relativ größere hydraulische Leistung und eine größere erforderliche Maschinenkapazität zum Schaffen der erwünschten Baggerkapazität des Baggers benötigt, was durch sein oben erwähntes schweres Gewicht verursacht ist.

Die Erfinder dieser Erfindung haben einige Jahre Untersuchungen angestellt, um einen Löffelstab zu entwickeln, dessen Gewicht verringert werden kann, und der gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit aufweist, um die nötige Baggerlast zu halten, wodurch die oben genannten Nachteile gelöst werden, die der Löffelstab aus Baustahl gemäß dem Stand der Technik noch aufweist. Als Ergebnis haben die Erfinder einen Löffelstab für einen Bagger erfunden, der aus Polymer-Komposit- Material hoher Festigkeit (im nachfolgenden einfach "Komposit-Material" genannt) hergestellt ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Löffelstab für einen Bagger aus Komposit-Material zu schaffen, dessen Gewicht reduziert werden kann, und der gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit aufweist, um die Baggerlast zu halten, wodurch die jeweiligen Größen des Fahrzeugkörpers und der erforderlichen Maschinenkapazität verglichen mit der erwünschten Baggerkapazität verringert werden, und als Ergebnis die praktische Baggerkapazität des Baggers erhöht wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen des Löffelstabs aus Komposit-Material zu schaffen.

Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Bagger, der aufweist: einen Fahrzeugkörper, einen Ausleger, einen Schürfkübel, einen Löffel- und einem Kübelzylinder, die jeweils zum Übertragen der Baggerkraft von einer hydraulischen Steuerung des Fahrzeugkörpers zu dem Schürfkübel dienen, ein Verbindungsstück und einen Löffelstab, der mit dem Ausleger und dem Kübel an seinen beiden Enden verbunden ist, wobei der Löffelstab aufweist: eine kastenförmige Struktur mit einem äußeren Gehäuseelement, das aus Polymer-Komposit-Material hoher Festigkeit gebildet ist, und eine innere Füllung aus Polyurethanschaum, die innerhalb des äußeren Gehäuseelements angeordnet ist, um mit dem äußeren Gehäuseelement einstückig bzw. integriert zu sein; und eine Vielzahl von Laufbuchsenhalterungen für Glasfasern aus Polymer-Komposit-Material, die an Verbindungsabschnitten der kastenförmigen Struktur angeordnet sind, um mit der Struktur einstückig bzw. integriert zu sein, wobei der Löffelstab bei den Verbindungsabschnitten jeweils mit dem Kübel, dem Ausleger, dem Löffel, dem Kübelzylinder und dem Verbindungsteil verbunden ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Löffelstab, der eine kastenförmige Struktur mit einem äußeren Gehäuseelement aufweist, das aus Polymer-Komposit-Material hoher Festigkeit gebildet ist und einer inneren Füllung, die Polyurethanschaum umfaßt und innerhalb des äußeren Gehäuseelements angeordnet ist, um mit dem äußeren Gehäuseelement einstückig zu sein, und eine Vielzahl von Laufbuchsenhalterungen aus Polymer-Komposit-Material, die an jeweiligen Verbindungsabschnitten der kastenförmigen Struktur angeordnet sind, um mit der kastenförmigen Struktur einstückig zu sein, wobei der Löffelstab bei den jeweiligen Verbindungsabschnitten jeweils mit einem Kübel, einem Ausleger, einem Löffel- und einem Kübelzylinder und einem Verbindungsteil verbunden ist, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte aufweist: Bilden jeder der Laufbuchsenhalterungen durch ein Filamentwickelverfahren und Ausbilden der inneren Füllung aus Polyurethanschaum; Assemblieren jeder der Laufbuchsenhalterungen mit der inneren Füllung, um eine erste Anordnung zu schaffen; Anordnen der ersten Anordnung in einem Hohlraum einer Form eines Harzübertragungsformsystems, darauffolgendes Ausbilden der kastenförmigen Struktur durch ein Harzübertragungsformverfahren, bei dem flüssiges Polymer-Material zu der Form transferiert wird und eine Härtungsbehandlung ausgeführt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Baggers, der mit einem Löffelstab ausgestattet ist;

Fig. 2A und 2B eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Löffelstabs für den Bagger, der aus Komposit-Material gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, bzw. eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Löffelstabs der Fig. 2A;

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht des Löffelstabs der Fig. 2, bevor er einem Harzübertragungsformverfahren ausgesetzt ist;

Fig. 4A und 4 B jeweils eine perspektivische Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 2A, und jeweilige Ausführungsbeispiele einer inneren Füllung, die vier Blöcke von Polyurethanschaum und einer Faserverstärkung umfaßt;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht, die den 45°-Filamentwickelzustand zeigt, ein Beispiel eines Filamentwickelverfahrens zum Ausbilden jeder Laufbuchsenhalterung der Fig. 3;

Fig. 6 eine schematische Ansicht, die ein Harzübertragungsformsystem zeigt, ein System zum Ausführen des letzten Verfahrens der Verfahren zum Herstellen des Löffelstabs gemäß der vorliegenden Erfindung und

Fig. 7 eine Ansicht entsprechend der Fig. 3, die aber ein anderes Ausführungsbeispiel eines Löffelstabs zeigt, der aus Komposit-Material gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.

Wird nun auf die Fig. 2 bis 4 Bezug genommen, ist Fig. 2A eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Löffelstabs für den Bagger, hergestellt aus Komposit-Material gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2B ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Stützflansches des Löffelstabs der Fig. 2A. Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Löffelstabs der Fig. 2, bevor er einem Harzübertragungsformverfahren (einfach "RTM-Verfahren" genannt) ausgesetzt wird. Die Fig. 4A und 4B sind jeweils perspektivische Schnittansichten entlang der Linie A-A der Fig. 2A und zeigen jeweilige Ausführungsbeispiele einer inneren Füllung, die Polyurethanschaum und eine Faserverstärkung umfaßt. Der Löffelstab 10 hat die herkömmliche kastenförmige Struktur, enthält aber ein äußeres Gehäuseelement 11, das aus dem Komposit-Material hergestellt ist. Der Löffelstab 10 umfaßt das äußere Gehäuseelement 11 (im nachfolgenden einfach "Gehäuseelement" genannt) und die innere Füllung 21, die in dem Gehäuseelement 11 angeordnet ist, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Das Gehäuseelement 11 ist als Abdeckung der inneren Füllung 21 ausgebildet, und zwar mittels dem RTM- Verfahren unter Verwendung des Komposit-Materials, beispielsweise eines faserverstärkten Plastikmaterials (im nachfolgenden einfach "FRP" genannt). Die innere Füllung 21 ist angepaßt zum Halten der Form des Gehäuseelements 11 und zum Absorbieren einer mechanischen Erschütterung, mit der an dem Gehäuseelement 11 gerechnet werden kann. Zusätzlich umfaßt die innere Füllung 21 den Polyurethanschaum 21′ und die Faserverstärkung 12, die auf dem Polyurethanschaum 21′ abgelagert ist, und ist durch ein Hilfsverfahren hergestellt, welches später detaillierter beschrieben wird. Das Gehäuseelement 11 ist mittels der zusammengesetzten Materialien während des RTM-Verfahrens einstückig mit der vorher hergestellten inneren Füllung 21 ausgebildet.

Andererseits ist der Löffelstab 10 mit einem Paar von U-förmigen Stützflanschen 10′ und 10′′ durch Ausbilden eines jeweiligen Schlitzes 22 an jeweiligen Verbindungsabschnitten davon mit dem Löffelzylinder 4 und dem Kübelzylinder 5 versehen, wobei ein Ende jedes der Zylinder 4, 5 durch jeden entsprechenden Schlitz 22 aufgenommen ist. Jeder Stützflansch 10′, 10′′ ist mit einem Paar von röhrenförmigen Laufbuchsenhalterungen 13 versehen, die jeweils eine Faserschicht des Komposit-Materials umfaßt, und ist angepaßt zum Aufnehmen eines Gelenkstiftes 4′, wobei die Gelenkstifte 4′ zum Verbinden des Löffelstabs 10 mit den hydraulischen Zylindern 4 bzw. 5 angepaßt sind. Zusätzlich ist der Löffelstab 10 mit einer Vielzahl von Laufbuchsenhalterungen 14, 15 und 16 versehen, und zwar an seinen Verbindungsabschnitten jeweils mit dem Ausleger 2, dem Kübel 3 und einem Verbindungsstück 5′. Jede Laufbuchsenhalterung 14, 15, 16 umfaßt ein Rohr aus Baustahl und ein Filament aus Komposit-Material, das fest und dicht auf das Rohr aus Baustahl gewickelt ist, um eine Dicke von etwa 10 mm aufzuweisen. Alle Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15 und 16 sind zuvor durch das Filamentwickelverfahren ausgebildet, welches später detaillierter beschrieben wird, und darauffolgend an jeweiligen Abschnitten der inneren Füllung 21 angeordnet und in Folge dem RTM-Verfahren ausgesetzt, wodurch sie einstückig mit dem Gehäuseelement werden.

Die innere Füllung 21 umfaßt eine Vielzahl von Polyurethanschaum 21′ und eine Faserverstärkung 12, die auf den Polyurethanschaum 21′ gewickelt ist, wie es in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, so daß die innere Füllung 21 einen kreuzförmigen und karoförmigen Abschnitt aufweist, wodurch die Festigkeit und der Erschütterungswiderstand der inneren Füllung 21 verbessert wird. Die Faserverstärkung 12 umfaßt eine Glasfaser, eine Aramidfaser und/oder eine Carbonfaser. Auch diese innere Füllung 21 wird später detaillierter beschrieben.

Das erste Ausführungsbeispiel des Löffelstabs, das oben beschrieben ist, wird durch die folgenden Verfahren hergestellt.

Bei der Herstellung werden zuerst die Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15 und 16 zusammen mit der inneren Füllung 21 gebildet. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, die eine schematische perspektivische Ansicht ist, die das 45°-Filamentwickelverfahren zeigt, ein Beispiel des Filamentwickelverfahrens, wird jede der Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15, 16 durch das Filamentwickelverfahren gebildet, bei dem eine fortlaufende Faser 23, die mit Harz imprägniert ist, dicht und fest auf einen rohrförmigen Formkern bzw. Dorn 22 aus Baustahl gewickelt und darauffolgend einer Härtungsbehandlung bei Zimmertemperatur ausgesetzt wird. Jede Laufbuchsenhalterung 13, 14, 15, 16 kann den rohrförmigen Formkern 22 aus Baustahl umfassen und die imprägnierte Faser 23, die auf den Formkern 22 gewickelt ist und bei Raumtemperatur gehärtet ist, oder nur die imprägnierte Faser 23, die durch Entfernen des Formkerns 22 geschaffen ist, nachdem die Härtungsbehandlung bei Zimmertemperatur beendet ist, wie es erfordert ist. Zusätzlich können die Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15 und 16 durch ein Filamentwickelverfahren bei beliebigem Winkel, einschließlich einem 90°-Filamentwickelverfahren, gebildet werden, je nach Erfordernis, wobei das 90°-Wickelverfahren als das Hoop-Wickelverfahren bekannt ist. Bei dem 90°-Hoop-Filamentwickelverfahren wird die imprägnierte fortlaufende Faser 23 auf den Formkern 22 in einem 90°-Winkel zu der Längsachse des Formkerns 22 gewickelt. Das Filamentwickelverfahren zum Herstellen jeder Laufbuchsenhalterung 13, 14, 15, 16 wird in dem folgenden Beispiel 1 detailliert beschrieben. Gemäß diesem Beispiel 1 wird jede Laufbuchsenhalterung geschaffen, die den rohrförmigen Formkern 22 aus Baustahl umfaßt, und die imprägnierte fortlaufende Faser 23, die gemäß dem 90°-Filamentwickelverfahren auf den Formkern 22 gewickelt ist. Das Filamentwickelverfahren kann jedoch als spiralförmiges Wickelverfahren mit irgendeinem Wickelwinkel angenommen werden, wie es oben erwähnt ist.

Beispiel 1

Ein Formkern ist als rohrförmige Laufbuchsenhalterung aus Baustahl mit einer Dicke von 4 mm vorgesehen, wobei die Dicke von 4 mm ein Viertel der allgemeinen Dicke der herkömmlichen Laufbuchsenhalterung ist, wodurch ihr Eigengewicht verringert wird. Auf den Formkern Z 303 LBO wird ein fortlaufendes Filament (Zugfestigkeit: 400 Kgf/mm, Elastizitätsmodul: 50 msi), das kommerziell von Nippon Carbion Co., Japan erhalten wird, und das durch eine Härtungsbehandlung von ungesättigtem Polyesterharz bei Raumtemperatur oder eine Härtungsbehandlung von Vinylesterharz bei Raumtemperatur imprägniert ist, eng und dicht mittels einer Filamentwickelmaschine gewickelt, die vom Korea Institute of Machinery and Metals Laboratory hergestellt ist. Danach wird der mit dem imprägnierten Filament umwickelte Formkern der Härtungsbehandlung bei Raumtemperatur ausgesetzt. Zu dieser Zeit umfaßt der Wickelzustand die Zugfestigkeit von 10 Kgf und das 90°-Hoop-Filamentwickelverfahren und die Härtungsbehandlung bei Raumtemperatur wird für drei Stunden bei 25°C ausgeführt.

Gemäß dem Beispiel 1 wird eine Laufbuchsenhalterung mit einer ausreichenden Stärke zum Halten der Zugfestigkeit, die ihr zugefügt wird, erhalten.

Andererseits ist jede der Laufbuchsenhalterungen 13 und 13, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Löffelstabs 10 bei den U-förmigen Stützflanschen 10′ und 10′′ vorgesehen sind, ausgebildet, um relativ kürzer zu sein als die anderen Laufbuchsenhalterungen 14, 15 und 16.

Beim Herstellen der inneren Füllung 21 wird zuerst der Polyurethanschaum 21′ durch Erweitern der Polyurethan-Pregregs gebildet, die in eine Expansionsform gegossen worden sind, wobei die Form aus FRP gemacht ist und einen Hohlraum mit einem Volumen aufweist, der von etwa 70% bis etwa 80% des Gesamtvolumens des Löffelstabs 10 reicht. Danach wird der Polyurethanschaum 21′ längs in vier gleiche Teile aufgeteilt, wobei dann jeder Teil mit der Faserverstärkung 12 umwickelt wird, die die Glasfaser, die Aramidfaser und/oder die Carbonfaser umfaßt. Zu dieser Zeit kann die Faserverstärkung 12 völlig auf jeden gleich aufgeteilten Polyurethanschaum 21′ gewickelt sein, um alle der vier Längsoberflächen davon zu verstärken, wie es in der Fig. 4A gezeigt ist, während die Faserverstärkung 12 auch teilweise an zwei inneren Oberflächen jedes aufgeteilten Polyurethanschaums 21′ angeordnet sein kann, wie es in der Fig. 4B gezeigt ist. Danach werden alle aufgeteilten Polyurethanschaumteile 21′, die mit der Faserverstärkung 12 versehen sind, in dem ursprünglichen Zustand kombiniert, und dann wieder mit der Faserverstärkung 12 umwickelt, die die Glasfaser, die Aramidfaser und/oder die Carbonfaser umfaßt, so daß die innere Füllung 21 den kreuzförmigen Abschnitt oder den karoförmigen Abschnitt hat. Die innere Füllung 21 wird dann einem Verdrillungsverfahren ausgesetzt zum Schaffen einer Vielzahl von Befestigungslöchern 17, 18, 19 und 20, und zwar jeweils zum Aufnehmen jeder der Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15, 16 und zweier Schlitze 22, die jeweils jeden U- förmigen Stützflansch 10′, 10′′ schaffen. Die Befestigungslöcher 17, 18, 19 und 20 und die Schlitze 22 können jedoch gleichzeitig mit Schäumen des Polyurethanschaums 21′ gebildet werden, und zwar mittels einer Expansionsform, die mit Hilfsformen versehen ist, die zum Bilden der Löcher 17, 18, 19 und 20 und der Schlitze 22 angepaßt sind. Als ein Ergebnis weist die innere Füllung 21 die äußere Form auf, die in Fig. 3 gezeigt ist, und die Schnittstruktur, die in der Fig. 4A oder 4B gezeigt ist.

Danach wird jede Laufbuchsenhalterung 13, 14, 15, 16 in jedem entsprechenden Befestigungsloch 17, 18, 19, 20 der inneren Füllung 21 angeordnet, um eine erste Anordnung zu schaffen.

Die erste Anordnung, die die Laufbuchsenhalterungen und die innere Füllung umfaßt, wird dann dem RTM-Verfahren (siehe Fig. 6) ausgesetzt, um den Löffelstab 10 aus dem Komposit-Material zu vervollständigen. Ein Beispiel des RTM- Verfahrens wird in dem folgenden Beispiel 2 beschrieben.

Beispiel 2

Wie in der Fig. 6 gezeigt ist, umfaßt das RTM-System im allgemeinen ein Paar von Harzbehältern 24 und 25 zum Speichern von A-Harz bzw. B-Harz, Harzübertragungssteuerungen 26 und 27, die aufeinanderfolgend mit den Harzbehältern 24 und 25 verbunden werden und angepaßt sind zum Steuern der Harzübertragung, eine Form 28, die mit der Harzübertragungssteuerung 27 verbunden ist und eine obere Form und eine untere Form aufweist, und eine Temperatursteuerung 29, die angepaßt ist zum Steuern der Herstelltemperatur für die Form 28. Die Form 28 ist mit einem Hohlraum 28′ zwischen der oberen Form und der unteren Form davon versehen, wobei der Hohlraum 28′ die Form und die Größe aufweist, die jeweils dem Löffelstab 10 entspricht.

Bei dem RTM-Verfahren wird zuerst die erste Anordnung, die die innere Füllung 21 umfaßt, die mit den Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15 und 16 versehen ist, in dem Hohlraum 28′ der Form 28 angeordnet. Danach wird das Komposit-Material, das bedeutet, der flüssige Polymer-Harz, wie z. B. das oben genannte Vinylesterharz oder das ungesättigte Polyesterharz, gemischt mit den herkömmlichen Zusätzen wie beispielsweise einem Katalysator, einem Beschleuniger, einem Promotor, einem Gelbildungsverzögerer und ähnlichem, von den jeweiligen Harzbehältern 24 und 25 zu der Form 28 übertragen, und zwar mittels der Harzübertragungssteuerungen 26 und 27 für ungefähr 5 bis 10 Minuten unter Vakuum in der Form 28. Zu dieser Zeit ist der Harzübertragungsdruck unter etwa 5 bar eingestellt. Danach wird die Form 28 einer thermischen Härtungsbehandlung für etwa 30 bis 40 Minuten unter Vakuum ausgesetzt. Als Ergebnis wird der Löffelstab 10 gemäß dieser Erfindung aus Komposit-Material geschaffen. Während des obigen RTM-Verfahrens bildet gleichzeitig mit einer dichten Füllung der winzigen Räume, die jeweils zwischen jeder Laufbuchsenhalterung 13, 14, 15, 16 und jedem entsprechenden Befestigungsloch 17, 18, 19, 20 der inneren Füllung 21 geschaffen sind, aus Komposit-Material, das in die Form 28 übertragen ist, das Gehäuseelement 11 auf der gesamten äußeren Oberfläche der inneren Füllung 21, wobei das Gehäuseelement 11 eine vorbestimmte Dicke aufweist und mit der inneren Füllung 21 einstückig ist. Zusätzlich umfaßt das jeweilige Komposit-Material, das die Teile des Löffelstabs 10 bildet, das jeweils während des RTM-Verfahrens gebildet wird, das DERAKANE 411-45-Vinylesterharz, das kommerziell von Dow Chemical Co., USA, erhalten wird, und die UNIFILO® U 814 oder U 750 Glasfasermatte, die kommerziell von Vetrotex Co., USA, erhalten wird. Das DERAKANE 411-45-Vinylesterharz hat einen erwünschten Viskositätsbereich von etwa 400 mPa · s bis etwa 500 mPa · s, vorzugsweise 450 mPa · s. Der Harzübertragungsdruck kann erstrebenswerterweise weniger als etwa 5 bar betragen oder den Vakuumzustand innerhalb der Form 28 annehmen. Es ist äußerst wünschenswert, den Vakuumzustand für die Form 28 während der Harzübertragung zu erreichen, weil der Vakuumzustand innerhalb der Form 28 das Imprägnieren des Komposit-Materials in die Faserverstärkung 12 ermöglicht, die auf den Polyurethanschaum 21′ der inneren Füllung 21 gewickelt ist, die in dem Hohlraum 28′ angeordnet ist, gleichzeitig mit einem Ermöglichen der Harzübertragung von den Behältern 24 und 25 zu der Form 28. Bei diesem RTM-Verfahren werden folgende Zusätze verwendet: Methylethylketonperoxid (MEKP), wie beispielsweise das Butanox LPT, das kommerziell von Akzo Co., Niederlande, erhalten wird, als Katalysator; Diethylanilin, Dimethylanilin oder Dimethylacetoacetamid als Beschleuniger, Kobaltnaphthenat als Promotor; und 2,4- Pentandion als Gelbildungsverzögerer.

Gemäß Beispiel 2 weist der Löffelstab 10 aus Komposit-Material die gute Festigkeit und das relativ leichte Gewicht zusammen mit einer feinen Erscheinung auf.

Wendet man sich als nächstes der Fig. 7 zu, die eine perspektivische Explosionsansicht ist, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines Löffelstabs 10 aus Komposit- Material gemäß vorliegender Erfindung zeigt, umfaßt der Löffelstab 10 aus Komposit-Material das Gehäuseelement 11, die innere Füllung 21, die innerhalb des Gehäuseelements 11 angeordnet ist, obere und untere Paneele 31 und 31′, die zwischen dem Gehäuseelement 11 und der inneren Füllung 21 angeordnet sind, und einen Flansch, der auf den Flansch gemäß einem Bandwickelverfahren gewickelt ist. Die obere und die untere Paneele 31 und 31′ werden jeweils zuvor durch ein Vakuumsackformverfahren gebildet und bedeckt danach die innere Füllung 21. Die Paneelen 31 und 31′ werden dann mit einem Prepreg-Band umwickelt, um den Flansch zu schaffen, wobei der Flansch angepaßt ist, die Baggerlast wirksam zu halten, und wird nachfolgend dem RTM-Verfahren ausgesetzt, das bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wodurch das Gehäuseelement 11 aus Komposit- Materialien geschaffen wird. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel hat der Löffelstab 10 im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel die kastenförmige Erscheinung, ohne irgendwelche Stützflansche 10′, 10′′.

Dieses zweite Ausführungsbeispiel des Löffelstabs 10 enthält auch ein Paar von dreieckförmigen Verstärkungsringen 35, von denen jeder angeordnet ist, um die drei Laufbuchsenhalterungen 13 und 14 zu umgeben, die an den jeweiligen Befestigungslöchern 17 und 18 des Verbindungsabschnitts des Löffelstabs 10 angeordnet sind, wobei der Löffelstab 10 an den Abschnitten mit dem Ausleger 2 verbunden ist, wobei jede Laufbuchsenhalterung 13, 14 durch das gleiche Filamentwickelverfahren ausgebildet ist, wie jenes des ersten Ausführungsbeispiels, aber die gleiche Länge zueinander aufweist, weil sie im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel keine Stützflansche 10′, 10′′ haben. Jeder dreieckförmige Verstärkungsring 35 ist zuvor durch das Filamentwickelverfahren gebildet und hilfsweise zum Verstärken der Laufbuchsenhalterungen 13 und 14 angepaßt, wodurch die Laufbuchsenhalterungen 13 und 14 gegenüber der Zugfestigkeit widerstandsfähig gemacht werden, die bei der Baggeroperation auftritt.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind das Filamentwickelverfahren zum Erzeugen der Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15 und 16 und des dreieckförmigen Verstärkungsrings 35 zusammen mit dem Schäumungsverfahren zum Herstellen der inneren Füllung 21 die gleichen wie jene des ersten Ausführungsbeispiels, weshalb ausführliche Beschreibungen dieser Verfahren der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels entnommen werden können. Andererseits wird das Vakuumsackformverfahren zum Herstellen der oberen und der unteren Paneele 31 und 31′ und das Bandwickelverfahren zum Herstellen des Flansches detaillierter bei dem folgenden Beispiel 3 beschrieben, das ein Beispiel zum Darstellen eines Herstellungsverfahrens für das zweite Ausführungsbeispiel des Löffelstabs 10 ist.

Beispiel 3

Die obere und die untere Paneele 31 und 31′ ist jeweils ursprünglich als Ablagerung eines Prepreg-Bandes in Übereinstimmung mit der entworfenen Form jeder Paneele 31, 31′ gebildet, wobei das Prepreg-Band die NEG-Glasfaser umfaßt, die kommerziell von Nippon Electric Glas Co., Japan, erhalten wird, und das Epoxidharz, das kommerziell von Gook Do Chemical Co. der Republik Korea, erhalten wird. Danach wird jede anfänglich gebildete Paneele 31, 31′ abgedichtet mit einem Filmsack abgedeckt, wobei der Filmsack den Nylon-66-Film umfaßt, der kommerziell von Airtech Co. erhalten wird, und danach einem Vakuumzustand von etwa 680 mmHg ausgesetzt, der durch eine Vakuumpumpe erzeugt wird. Jede Paneele, die mit dem Filmsack unter Vakuum abgedeckt ist, wird dann einer Härtungsbehandlung in einem Härtungsofen gemäß einem vorbestimmten Härtungszyklus ausgesetzt. Als Ergebnis werden die obere und die untere Paneele 31 und 31′ entsprechend den erwünschten mechanischen und chemischen Zuständen erhalten. Andererseits werden die Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15 und 16 und der dreieckförmige Verstärkungsring 35, die jeweils zuvor durch das Filamentwickelverfahren erzeugt sind, an jeweiligen Positionen der zuvor erzeugten inneren Füllung 21, die den Polyurethanschaum umfaßt, und danach wird an jede Halterung und den Ring 2447-Packepoxid angelegt, das kommerziell von IPCO Co. erhalten wird, um fest an der inneren Füllung 21 zu haften. Danach wird die innere Füllung 21, die mit den Laufbuchsenhalterungen 13, 14, 15 und 16 und dem dreieckförmigen Verstärkungsring 35 versehen ist, mit der oberen und der unteren Paneele 31 und 31′ gehäuseförmig umgeben. Zu dieser Zeit wird an die obere und die untere Paneele 31 und 31′ 2447-Packepoxid angelegt, um aneinander fest zu haften und auch fest an der inneren Füllung 21 zu haften. Die Paneelen 31 und 31′, die die innere Füllung 21 umschließen, werden dann 36mal mit einem Prepreg-Band umwickelt, das eine Breite von etwa 60 mm hat und Glasfaser-Epoxidharz aufweist, und danach einem Härtungsverfahren in einem Härtungsofen ausgesetzt, um eine erste Anordnung zu erzeugen. Danach wird die erste Anordnung in dem Hohlraum 28′ der Form 28 des in der Fig. 6 gezeigten RTM-Systems angeordnet und danach dem gleichen RTM-Verfahren ausgesetzt, wie jenem des ersten Ausführungsbeispiels, wodurch das Gehäuseelement 11 an der ersten Anordnung erzeugt wird. Zu dieser Zeit sind die Bedingungen des RTM-Verfahrens die gleichen wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.

Der Löffelstab 10 aus Komposit-Material, der gemäß dem Beispiel 3 erhalten wird, hat ähnliche Eigenschaften wie der Löffelstab 10 des ersten Ausführungsbeispiels.

Zusätzlich kann der Löffelstab 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Antierschütterungs-/Antiverschleißteil 33 an seinem Verbindungsabschnitt versehen sein, weil der Löffelstab 10 bei dem Verbindungsabschnitt mit dem Kübel 3 verbunden ist, um den Erschütterungswiderstand und den Abnutzungswiderstand des Löffelstabs 10 während der wiederholten Baggeroperation zu erhöhen. Der Antierschütterungs-/ Antiverschleißteil 33 umfaßt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, eine poröse Gummischicht 33 und ein Paar von Polyethylenablagerungsschichten 33′′, die jeweils auf und unter der Gummischicht 33′ angeordnet sind und fest an dem Löffelstab 10 mittels einer Vielzahl von Verriegelungsbolzen 32 montiert sind.

Wie es in der folgenden Tabelle 1 dargestellt ist, hat der oben beschriebene Löffelstab 10 aus Komposit-Material gemäß dieser Erfindung eine Festigkeit, die etwa 3mal so groß ist wie jene eines herkömmlichen Löffelstabs aus Baustahl, wie beispielsweise SS41. Weiterhin verringert dieser Löffelstab 10 aus Komposit-Material sein Eigengewicht verglichen mit dem herkömmlichen Löffelstab aus Baustahl, und zwar um etwa 50% im Falle der kleinen Geräumigkeit des Baggers und um etwa 60% im Falle der großen Geräumigkeit des Baggers. Wenn diese Gewichtsreduktionen dieses Löffelstabs 10 aus Komposit-Material im Vergleich mit dem herkömmlichen Löffelstab aus Baustahl in das Gewichtsverhältnis einer gebaggerten Erde umgewandelt werden, die in Folge die praktische Verbesserung der Baggerkapazität des Baggers bedeutet, verringert dieser Löffelstab 10 aus Komposit-Material sein Eigengewicht im Vergleich mit dem herkömmlichen Löffelstab um etwa 6,8% der gebaggerten Erde im Falle der kleinen Kapazität des Baggers, und um etwa 13,9% der gebaggerten Erde im Falle der großen Kapazität des Baggers. Als ein Ergebnis schafft der Löffelstab gemäß dieser Erfindung die gleiche Baggerkapazität wie der herkömmliche Löffelstab aus Baustahl für die Bagger, während es erlaubt, daß die Bagger mit einem relativ kleineren Fahrzeugkörper und nötiger Maschinenleistungsfähigkeit ausgestattet werden, proportional zu den Gewichtsverringerungsverhältnissen auf der Basis der ausgebaggerten Erde. In anderen Worten schafft der Löffelstab 10 aus Komposit-Material gemäß dieser Erfindung eine Verbesserung der Baggerleistung von etwa 6,8-13,9% für die Bagger im Vergleich mit anderen Baggern, die mit dem herkömmlichen Löffelstab aus Baustahl ausgestattet sind, und zwar bei gleicher Größe des Fahrzeugkörpers und der gleichen Maschinenleistungsfähigkeit wie jener der Bagger, die mit dem Löffelstab 10 aus Komposit-Material gemäß dieser Erfindung ausgestattet sind.

Tabelle 1: Eine Vergleichstabelle zum Darstellen der Gewichtsverringerungen des Löffelstabs aus Komposit-Material (CM D/S) im Vergleich mit dem herkömmlichen Löffelstab aus Baustahl (SS41 D/S).

In der Tabelle bezeichnen B/C und W/E die Kübelkapazität bzw. das Gewicht an ausgebaggerter Erde.

Wie oben beschrieben ist, bewirkt der Löffelstab aus Komposit-Material gemäß dieser Erfindung die Gewichtsreduktion von etwa 50% bis 60% im Vergleich mit dem herkömmlichen Löffelstab aus Baustahl, und auch um etwa 6,8% bis 13,9% im Vergleich mit dem herkömmlichen Löffelstab aus Baustahl, auf der Basis des Gewichtsverhältnisses von ausgebaggerter Erde. Als Ergebnis schafft der Löffelstab aus Komposit-Material einen Vorteil der Verbesserung von etwa 6,8% bis 13,9% bei der Baggerkapazität. Darüber hinaus schafft dieser Löffelstab aus Komposit- Material weitere vorteilhafte Verbesserungen des Korrosionswiderstands, des Erschütterungswiderstandes und des Vibrationswiderstands davon, und zwar als ein Ergebnis von Eigenschaften des Komposit-Materials, wie beispielsweise FRP, des Hauptmaterials des Löffelstabs gemäß dieser Erfindung, wie beispielsweise den relativ guten Korrosionswiderstand, den guten Abnutzungswiderstand und guter Elastizität. Daher schafft die vorliegende Erfindung einen weiteren Vorteil darin, einen Bagger zu schaffen, der wie gewünscht bei relativ wenig Arbeitsplatz benutzt werden kann, wie beispielsweise bei Hafenbaggerarbeiten.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Darstellung offenbart worden sind, wird angenommen, daß Fachleuten Abänderungen, Zusätze und Substitutionen möglich sind, ohne von dem Schutzumfang und der Absicht der Erfindung abzuweichen, wie sie in den Ansprüchen offenbart ist.

Claims

1. In einem Bagger, der einen Fahrzeugkörper, einen Ausleger, einen Schürfkübel, einen Löffel- und einen Kübelzylinder, jeweils zum Übertragen der Baggerkraft von einer hydraulischen Steuerung des Fahrzeugkörpers zu dem Schürfkübel, ein Verbindungsteil, und einen Löffelstab umfaßt, der mit dem Ausleger und dem Kübel an seinen beiden Enden verbunden ist, wobei der Löffelstab aufweist:
eine kastenförmige Struktur, die enthält:
ein äußeres Gehäuseelement, das aus Polymer-Komposit-Material hoher Festigkeit gebildet ist und
eine innere Füllung, die Polyurethanschaum umfaßt und innerhalb des äußeren Gehäuseelements angeordnet ist, um mit dem äußeren Gehäuseelement einstückig zu sein;
eine Vielzahl von Laufbuchsenhalterungen, die aus Polymer-Komposit- Material hergestellt sind und an Verbindungsabschnitten der kastenförmigen Struktur angeordnet sind, um einstückig mit der Struktur zu sein, wobei der Löffelstab jeweils an den Verbindungsabschnitten mit dem Kübel, dem Ausleger, dem Löffel- und dem Kübelzylinder und dem Verbindungsteil verbunden ist.

2. Löffelstab für einen Bagger, hergestellt aus Polymer-Komposit-Material, nach Anspruch 1, wobei der Polyurethanschaum der inneren Füllung verstärkt ist, da er mit Faserverstärkungen umwickelt ist.

3. Löffelstab für einen Bagger, hergestellt aus Polymer-Komposit-Material, nach Anspruch 1, wobei jede der Laufbuchsenhalterungen einen metallischen rohrförmigen Formkern und ein fortlaufendes Filament aus Polymer-Komposit-Material umfaßt, das auf den metallischen rohrförmigen Formkern gewickelt ist und danach einer Härtungsbehandlung ausgesetzt ist, oder nur ein fortlaufendes Filament aus Polymer-Komposit-Material umfaßt, das durch Entfernen des metallischen rohrförmigen Formkerns nach der Härtungsbehandlung geschaffen wird.

4. Löffelstab für einen Bagger, hergestellt aus Polymer-Komposit-Material, nach Anspruch 1, wobei der Löffelstab weiterhin aufweist:
ein Paar von dreieckförmigen Verstärkungsringen, von denen jeder angeordnet ist, um drei der Laufbuchsenhalterungen innerhalb der inneren Füllung zu umgeben, wobei die drei Laufbuchsenhalterungen jeweils an jedem der Verbindungsabschnitte mit dem Ausleger und dem Löffel- und dem Kübelzylinder angeordnet ist;
eine obere und eine untere Paneele, die jeweils aus Polymer-Komposit- Materialien gebildet sind und zwischen der inneren Füllung und dem äußeren Gehäuseteil angeordnet sind; und
einen Bandflansch aus Polymer-Komposit-Material, der auf die obere und die untere Paneele gewickelt ist.

5. Löffelstab für einen Bagger, hergestellt aus Polymer-Komposit-Material, nach Anspruch 1, wobei der Löffelstab weiterhin ein Antierschütterungs-/Antiverschleißteil umfaßt, und zwar bei dem Abschnitt davon, bei dem der Löffelstab mit dem Kübel verbunden ist, und wobei der Antierschütterungs-/Antiverschleißteil eine poröse Gummischicht und ein Paar von Polyethylenablagerungsschichten umfaßt, die auf und unter der porösen Gummischicht angeordnet sind.

6. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab, der aufweist: eine kastenförmige Struktur, die ein äußeres Gehäuseteil enthält, das aus Polymer-Komposit-Material hoher Festigkeit gebildet ist, und eine innere Füllung, die Polyurethanschaum umfaßt und innerhalb des äußeren Gehäuseteils angeordnet ist, um mit dem äußeren Gehäuseteil einstückig zu sein, und eine Vielzahl von Laufbuchsenhalterungen, hergestellt aus Polymer-Komposit-Material und angeordnet an jeweiligen Verbindungsabschnitten der kastenförmigen Struktur, um mit der kastenförmigen Struktur einstückig zu sein, wobei der Löffelstab an den jeweiligen Verbindungsabschnitten jeweils mit einem Kübel, einem Ausleger, einem Löffel- und einem Kübelzylinder und einem Verbindungsteil verbunden ist, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte aufweist:
Bilden jeder der Laufbuchsenhalterungen durch ein Filamentwickelverfahren und Bilden der inneren Füllung, die den Polyurethanschaum umfaßt;
Assemblieren jeder der Laufbuchsenhalterungen mit der inneren Füllung, um eine erste Anordnung zu schaffen; und
Anordnen der ersten Anordnung in einem Hohlraum einer Form eines Harzübertragungsformsystems, und darauffolgendes Bilden der kastenförmigen Struktur durch ein Harzübertragungsformverfahren, bei dem flüssiges Polymer- Komposit-Material zu der Form übertragen wird und eine Härtungsbehandlung ausgeführt wird.

7. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab aus Polymer-Komposit-Material nach Anspruch 6, wobei das Filamentwickelverfahren ein 90°-Hoop-Wickelverfahren oder irgendein spiralförmiges Wickelverfahren mit irgendeinem Wickelwinkel umfaßt.

8. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab aus Polymer-Komposit-Material nach Anspruch 6, wobei der Schritt zum Bilden der inneren Füllung weiterhin die Schritte umfaßt:
Schäumen des Polyurethanschaums;
Längsaufteilen des Polyurethanschaums in vier Teile;
Wickeln einer Faserverstärkung auf jeden Teil des geteilten Polyurethanschaumes;
Kombinieren aller Teile des geteilten Polyurethanschaums, die jeweils mit der Faserverstärkung versehen sind, in den ursprünglichen Zustand; und
Wickeln einer Faserverstärkung auf den kombinierten Polyurethanschaum.

9. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab aus Polymer-Komposit-Material nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Assemblierens der ersten Anordnung weiterhin die Schritte aufweist:
vorheriges Bilden eines dreieckförmigen Verstärkungsrings durch ein Filamentwickelverfahren und Bilden eines Paars von Paneelen durch ein Vakuumsackformverfahren;
Anordnen des dreieckförmigen Verstärkungsrings an der inneren Füllung, um einen Teil der Laufbuchsenhalterungen zu umgeben, wobei jede bei jedem Verbindungsabschnitt der inneren Füllung angeordnet ist, und zwar bei jedem der Verbindungsabschnitte des Löffelstabs, der mit dem Ausleger und dem Löffel- und dem Kübelzylinder verbunden ist;
Umgeben der inneren Füllung mit der oberen und unteren Paneele und Heften der oberen und unteren Paneele aneinander mittels eines Verbindungsmittels; und
Bilden eines Flansches an der oberen und der unteren Paneele in Übereinstimmung mit einem Bandwickelverfahren.

10. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab aus Polymer-Komposit-Material nach Anspruch 6, wobei die Faserverstärkung eine Glasfaser, eine Aramidfaser und/oder eine Carbonfaser umfaßt.

11. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab aus Polymer-Komposit-Material nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Wickelns der Faserverstärkung auf jeden Teil des aufgeteilten Polyurethanschaums einen Schritt eines Ablagerns der Faserverstärkung auf zwei inneren Längsoberflächen jedes Teils des aufgeteilten Polyurethanschaums oder einen Schritt des Wickelns der Faserverstärkung auf vier Längsoberflächen jedes Teils des aufgeteilten Polyurethanschaums umfaßt.

12. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab aus Polymer-Komposit-Material nach Anspruch 8, wobei die Polymer-Komposit-Materialien, das bei dem Harzübertragungsformverfahren verwendet wird, eine Glasfasermatte als ein Basismaterial und ein Vinylesterharz oder ein ungesättigtes Polyesterharz als ein Hauptmaterial umfaßt.

13. Herstellungsverfahren für einen Löffelstab aus Polymer-Komposit-Material nach Anspruch 6, wobei das Harzübertragungsformverfahren als Harzübertragungsdruck einen Druck verwendet, der geringer als etwa 5 bar ist, oder Vakuum innerhalb der Form.