DE4244290A1 - Trage- und Hebehilfe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Trage- und Hebehilfe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Bewegen von Gegenständen nach dem Oberbegriff des Anspruches 14.

Bisherige Trage- und Hebehilfen sind weitgehend als Kräne und Hebege­ räte bekannt und bringen eine so grobe Hubkraft auf, daß die Lasten mit vorgegebenen Geschwindigkeiten gehoben werden. Werden die Lasten zu schwer, greift eine Überlast-Sicherung ein, die aufgrund des von ihr erfaßten Gewichtes dafür sorgt, daß die Last nicht angehoben wird. Das Heben, Senken und Positionieren wird vom Bediener über eine auf die Maschine wirkende Steuerung gesteuert. Die Steuerung ermög­ licht dabei dem Bediener meist nur eine Bewegung der zu bewegenden Gegenstände mit konstanter Geschwindigkeit oder in verschiedenen Ge­ schwindigkeitsstufen, in den seltensten Fällen stufenlos. Sowohl die Bewegung als auch die Bewegungsgeschwindigkeit wird von der Maschine bestimmt, d. h. der Bediener kann z. B. die Last nicht beeinflussen, z. B. schneller oder langsamer anheben oder senken.

Andererseits sind Steinversetzmaschinen und Mauerhilfen bekannt ("Mauermax" der Steinweg GmbH & Co. KG, 7712 Werne), die das Ergrei­ fen mehrerer Steine auf einmal ermöglichen sollen, um insbesondere bei Einsätzen im Baugewerbe die vorgeschriebene Gewichtsgrenze von 25 kg nicht überschreiten zu müssen. Diese Maschine arbeitet mit zwei verschiedenen Hubgeschwindigkeiten, so daß auch hier der Bauarbeiter nicht selbst Bewegung und Geschwindigkeit des zu bewegenden Gegen­ standes beeinflussen kann. Trotz ihrer Wendigkeit und Tragfähigkeit sind diese Maschinen daher für die meisten Anwendungsgebiete zu grob und zu langsam, zumal die Bedienungsperson stets eine Hand für die Bedienung der Vorrichtung benötigt und insofern nicht unmittelbar mit beiden Händen zugleich die Gegenstände in ihre Soll-Position einrich­ ten kann. Insofern bestimmt die Maschine den Arbeitsrhythmus des Ar­ beiters.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, eine Trage- und Hebehilfe der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß die Bedienungsperson ihren persön­ lichen Arbeitsrhythmus beibehalten kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten und durch ein Verfahren nach Anspruch 14 Merkmale gelöst.

Die Maschine ist dabei lediglich ein Hilfsmittel und entlastet zumin­ dest teilweise den zu bewegenden Gegenstand, so daß dieser mühelos bewegt werden kann. Dadurch kann sowohl die Bewegungsrichtung als auch die Bewegungsgeschwindigkeit vom Bediener unabhängig von der Maschine bestimmt werden. Sobald die Trage- und Hebehilfe eine Ver­ änderung der am Gegenstand angreifenden Kräfte erfaßt, findet ein Nachstellen dergestalt statt, daß die voreingestellte reduzierte Ge­ wichtskraft wieder aufgebaut wird. Diese führt dazu, daß eine Bewe­ gung in Richtung einer von außen angreifenden Kraft erfolgt, so daß der Bediener weitestgehend das Gefühl hat, lediglich diese teilweise Last zu bewegen. Somit kann der Bediener seinen persönlichen Arbeits­ rhythmus beibehalten, und die Maschine wirkt lediglich unterstützend. Die Hubkraft der Trage- und Hebehilfe wird individuell auf die Last abgestimmt.

Gemäß Anspruch 1 kann das Gewicht dabei sowohl auf eine Restlastkom­ ponente reduziert werden, die beispielsweise eine 100 kg schwere Last auf 2 kg reduziert, so daß diese Last zunächst in ihrer Ruhelage ver­ bleibt, bis die Restlast und eine zur Beschleunigung notwendige Kraft aufgebracht worden ist (Anspruch 6), jedoch ist auch ein vollstän­ diger Lastausgleich verbunden mit einem Schwebezustand der Last möglich. In diesem Fall muß die zur Beschleunigung notwendige Kraft von Hand aufgebracht werden. Als drittes ergibt sich auch noch Mög­ lichkeit eines grundsätzlichen Anhebens, also eines Kraftüberschusses, so daß in diesem Fall zum Absenken eine Kraft von Hand auf­ gebracht werden muß.

Wird als Tragmittel ein Zugseil gemäß Anspruch 7 eingesetzt, so sollte die Restlast-Komponente so eingestellt werden, daß das Seil stets unter Zug steht, damit keine Stolperfallen entstehen.

Bei einer Ausbildung nach den Ansprüchen 8-11 stützt sich die gesamte Vorrichtung über einen Standfuß ab. Zwar ist es möglich, dort auch Gegengewichte vorzusehen, jedoch kann genausogut die Vorrichtung selbst als Gegengewicht dienen mit dem Vorteil, daß keine Entlastung bei Wegfall der Last stattfindet, was sonst zu unkontrollierten Be­ wegungen des Tragmittels führen kann. Wird dabei eine ungerade Anzahl von Gelenkarmen vorgesehen, so ist die Wahrscheinlichkeit verringert, daß sämtliche Arme sich gerade in einem Totpunkt bei völliger Strec­ kung sämtlicher Gelenkarme befinden, was eine Bewegung erschweren würde.

Trotz der Gewichtsentlastung verbleibt selbstverständlich eine Massenträgheit, die sich beim Beschleunigen des Gegenstandes bemerk­ bar macht. Um dem abzuhelfen, können Hilfsmittel beispielsweise in Form von Servohebeln vorgesehen werden, die ein Beschleunigen und Ab­ bremsen der Last unterstützen (Anspruch 12). Um die Trägheitsmomente weiter zu verringern, werden auch Antrieb und Mittel zum Bewegen des Tragmittels am Standfuß angeordnet, so daß die Gelenkarme selbst bei ausreichender Dimensionierung auf ein Minimum reduziert werden können, wobei eine Kraftbegrenzung auf ein vertretbares Gewicht stattfinden kann. Die dadurch bedingte leichte Bauweise ermöglicht aber auch einen einfachen Transport der Trage- und Hebehilfe in zu­ sammengeklappter Form, so daß die Trage- und Hebehilfe auch für klei­ nere Einsätze und an engen und unzugänglichen Stellen eingesetzt wer­ den kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung anhand der einzigen Figur an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt die Trage- und Hebehilfe in einer Seitenansicht.

Die Trage- und Hebehilfe 10 dient zum Bewegen von Gegenständen 11. Derartige Gegenstände können z. B. Mauersteine sein, die zu einem Mauerwerk 17 zusammengefügt werden. Gerade in diesem Bereich bestehen Vorschriften, die die vom Arbeitspersonal anzuhebenden Lasten be­ schränken. Wenn sich auch der Einsatz der Trage- und Hebehilfe 10 gerade für derartige Zwecke eignet, bei denen lediglich kleinere Lasten angehoben werden sollen, ist ein Einsatz selbstverständlich auch auf anderen Gebieten wie z. B. im Werkstattbereich denkbar. Die Trage- und Hebehilfe macht sich im wesentlichen im Bereich der Vertikalbewegungen des Gegenstandes bemerkbar, also dort, wo eine Bewegung mit oder gegen die Gewichtskraft G des Gegenstandes 11 erfolgt. Das Anheben und Senken des Gegenstandes erfolgt über einen motorischen Antrieb, der über ein als Zugseil 14 ausgebildetes Tragmittel mit dem Gegenstand verbindbar ist. Ferner ist eine Einrichtung 13 vorgesehen, die die Gewichtskraft des Gegenstandes erfaßt. Die Einrichtung 13 erfaßt die Gewichtskraft G während sämtlicher Bewegungen kontinuierlich und vergleicht die dabei ermittelte Gewichtskraft mit einem vorherbestimmbaren Wert. Ist der Wert noch nicht erreicht oder bereits überschritten, so beeinflußt die Einrichtung 13 den motorischen Antrieb zu einer Bewegung, die die Gewichtskraft auf diesen Wert reduziert. Der Wert bewegt sich dabei in einem Bereich, der auch einen vollständigen Gewichtsausgleich der Last mit einschließt.

Dadurch, daß die Einrichtung 13 ständig dafür sorgt, daß der Wert in diesem Bereich bleibt, ist es möglich, dem Bediener das Gefühl zu vermitteln, als er lediglich einen Teil der Last bewegen würde. Bevorzugterweise wird dabei der Wert nahezu konstant gehalten. Als Folge davon führt jede äußere Kraft, die am Gegenstand angreift, zu einer Lageänderung des Gegenstandes, da die Einrichtung 13 stets bestrebt ist, den ihr vorgegebenen Gleichgewichtszustand wieder herzustellen.

In einer vereinfachten, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei bekannter Gewichtskraft G eine bestimmte Gegenkraft fest anzusetzen. Sobald der Bediener in diesem Fall den zu bewegenden Gegenstand an der Ein­ richtung befestigt, wird diese Gegenlast zugeschaltet, so daß sich eine Gewichtsentlastung oder ein Gewichtsausgleich einstellt. Unter dieser Entlastung kann der Gegenstand dann mit einem Teil der sonst erforderlichen Kraft bewegt werden. Sobald der Gegenstand abgesetzt ist, wird die Gegenkraft abgeschaltet, so daß der Gegenstand einer­ seits seine volle Gewichtskraft wieder erhält. Dabei wird aber andererseits auf einen Rest- oder Minimalwert zurückgeschaltet, der ungefähr dem Gewicht des Tragmittels entspricht. In der automati­ sierten Ausführungsform findet diese Rückstellung selbsttätig dadurch statt, daß bei Wegfall der Gewichtskraft die Einrichtung selbst für eine Reduzierung auf den Minimalwert sorgt.

Da das Zugseil 14 naturgemäß vertikal am Gegenstand angreift, kann sich diese Unterstützung natürlich in erster Linie nur beim Heben und Senken der Last bemerkbar machen. Alternativ können dabei folgende drei Möglichkeiten für die Restlast verwirklicht werden:

• 1. Das Gewicht wird bis auf eine Restlast-Komponente verringert. Bei­ spielsweise wird die Gewichtskraft einer 100 kg-Last zu 98% von der Trage- und Hebehilfe aufgenommen. Die Bedienungsperson bewegt somit lediglich noch 2 kg, diese verbleibenden 2 kg sorgen aber da­ für, daß die Last zunächst in ihrer Ruhelage verbleibt. Soll der Gegenstand 11 nun bewegt werden, so muß zuerst die Restlast aufge­ bracht werden und darüber hinaus noch eine zur Beschleunigung not­ wendige Kraft. Beide Kräfte zusammen ergeben die äußere Kraft F.
• 2. Die Gewichtskraft G kann jedoch auch zu 100% von der Trage- und Hebehilfe aufgenommen werden. Dies führt zu einem Schwebezustand der Last. Soll diese Last nun bewegt werden, so sind lediglich die Beschleunigungskräfte aufzubringen, um eine Bewegung des Gegen­ standes hervorzurufen.
• 3. Die Gewichtskraft G wird durch die Trage- und Hebehilfe 10 mehr als ausgeglichen, so daß ein Kraftüberschuß besteht. Dies führt zu einem selbsttätigen Anheben des Gegenstandes, so daß zum Absenken und zum Beschleunigen eine äußere Kraft F aufgebracht werden muß.

Gerade die erste Alternative bietet sich an, wenn als Tragmittel ein Zugseil 14 verwendet wird, da dadurch stets sichergestellt ist, daß das Seil unter Zug gehalten wird, so daß keine Schlaufen am Arbeits­ platz herumliegen, die Stolperfallen für das Bedienungspersonal bilden können.

Betrachtet man nun die Figur, so ist ersichtlich, daß die Trage- und Hebehilfe 10 einen Standfuß 10a umfaßt, an dem vorzugsweise eine un­ gerade Zahl von Gelenkarmen 10b angelenkt ist. Durch die ungerade An­ zahl von Gelenkarmen wird erreicht, daß es nahezu ausgeschlossen ist, daß sich sämtliche Gelenkarme 10b gerade am oberen Totpunkt befinden, also unmittelbar in gleicher Richtung orientiert sind, so daß bei einer in der Figur beispielsweise nach links gerichteten Bewegung zusätzliche Kräfte aufgebracht werden müssen, um zunächst einmal die Gelenkarme gegeneinander zu bewegen.

Die ungerade Anzahl von Gelenkarmen ermöglicht aber auch eine sinn­ volle Seilführung auf einfache Weise jeweils mittels zwei Umlenk­ rädern je Gelenkarm, ohne daß eine gesonderte Umlenkung am letzten Arm erforderlich ist. Das Zugseil 14 wird vorzugsweise durch die Mittelpunkte der zwischen den Gelenkarmen angeordneten Gelenke 10c geführt.

Am Standfuß 10a befindet sich sowohl der motorische Antrieb 12 mit der Einrichtung zum Erfassen der Gewichtskraft 13 als auch eine Vor­ richtung zur Aufnahme des Tragmittels in Form einer Seilwinde 16. Durch die Anordnung dieser Teile am Standfuß müssen diese Elemente nicht noch zusätzlich bewegt werden, wenn eine Querbewegung der Last erfolgt. Dadurch können aber auch die Massenträgheitskräfte ver­ ringert werden, die durch die Trage- und Hebehilfe selbst hervor­ gerufen werden. Diesem Zweck dient auch eine unterschiedliche Länge der Gelenkarme 10b, deren Länge mit zunehmendem Abstand vom Standfuß abnimmt, so daß der längste am wenigsten zu bewegende, mit der größten Massenträgheit versehene Arm am Standfuß angeordnet ist. Nicht verringert werden jedoch die Massenträgheitskräfte, die der Gegenstand 11 Bewegungen entgegensetzt. Um auch hierfür eine Abhilfe zu schaffen, kann die Trage- und Hebehilfe mit Hilfsmitteln versehen werden, die beispielsweise in Form eines Hebels Hilfskräfte zur Verfügung stellt, die eine Beschleunigung und ein Abbremsen des Gegenstandes unterstützen.

Es versteht sich von selbst, daß die Gewichtskraft G in irgendeiner Form von der Trage- und Hebehilfe aufgenommen werden muß. Zum einen kann natürliche die Vorrichtung selbst so schwer ausgebildet sein, daß sie die entsprechenden Kräfte aufbringt. Dies erschwert jedoch den Transport und die Bewegung der gesamten Vorrichtung. Andererseits kann natürlich auch die Vorrichtung in irgendeiner Form an ihrem Ein­ satzort leicht lösbar befestigt werden und bedarfsweise mit Gegen­ massen ausgestattet werden. Für den Antrieb stehen sämtliche bekann­ ten Antriebe zur Verfügung, sei es hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch. Und auch für die Regelung oder Steuerung stehen je nach Einsatzzweck sämtliche Möglichkeiten offen, beginnend mit einer unempfindlichen Handsteuerung über eine hydraulische, pneumatische, elektrische oder elektronische Steuerung oder Regelung bis hin zu einer rechnergestützten Regelung.

Die Erfassung des Gewichts erfolgt grundsätzlich dadurch, daß die Stromaufnahme bei Bewegungsbeginn des als Antrieb 12 dienenden Elektromotors erfaßt wird, die zur anstehenden Last proportional ist. Es versteht sich jedoch von selbst, daß auch andere Möglichkeiten wie beispielsweise Kraftaufnehmer zur Erfassung der Gewichtskraft dem Fachmann zur Verfügung stehen. Da die Vorrichtung nun aber stets versucht, die Last auf den ihr vorgegebenen Wert zu verringern, können natürliche Bewegungsabläufe mit Geschwindigkeiten von 0-60 m/min durchgeführt werden, die ein äußerst natürliches Arbeiten zumindest im Bereich von kleineren Lasten ermöglichen.

Grundsätzlich ist die Trage- und Hebehilfe aber auch einer Automati­ sierung zugänglich, da lediglich eine Gewichtserfassung erfolgen muß. Wird der Vorrichtung dann aber zusätzlich noch eingegeben, an welcher Stelle die Lasten abgesetzt werden sollen, lassen sich Ablaufzyklen beispielsweise mittels einer numerisch kontrollierten Steuerung (CNC- Steuerung) verwirklichen.

Claims (16)

1. Trage- und Hebehilfe zum Bewegen von Gegenständen (11) im wesent­ lichen mit oder gegen die Gewichtskraft (G) des Gegenstandes, mit einem motorischen Antrieb (12), der über ein Tragmittel mit dem Gegenstand verbindbar ist und während der Bewegung des Gegen­ standes (11) die Gewichtskraft zumindest teilweise übernimmt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (13) vorgesehen ist, die die Gewichtskraft (G) während der Bewegung des Gegenstandes über den motorischen Antrieb auf einen Wert verringert, der in einem Bereich liegt, der auch die vollständige Aufhebung der Gewichtskraft einschließt und während der Bewegung in diesem Bereich bleibt.

2. Trage- und Hebehilfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) die Gewichtskraft (G) während aller Bewegungen kontinuierlich erfaßt und über den motorischen Antrieb (12) die erfaßte Gewichtskraft auf den Wert verringert.

3. Trage- und Hebehilfe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) den Wert nur während der Bewegung nahezu konstant in diesem Bereich hält und nach Entlastung auf einen Minimalwert reduziert.

4. Trage- und Hebehilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Gegenstand (11) angreifende Kraft (F) durch den dabei entstehenden Kraftüberschuß den Gegenstand bewegt, insbesondere anhebt oder senkt.

5. Trage- und Hebehilfe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Falle eines Ausgleichs der Gewichtskraft (G) der Gegenstand (11) so in der Schwebe gehalten ist, daß von außen an­ greifende Kräfte (F) den Gegenstand (11) beschleunigen.

6. Trage- und Hebehilfe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Falle einer Gewichtsentlastung auf einen Teil der Gewichtskraft eine nach oben gerichtete Bewegung erst auftritt, wenn die am Gegenstand angreifende Kraft (F) die verbleibende Ge­ wichtskraft übersteigt.

7. Trage- und Hebehilfe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Tragmittel ein Zugseil (14) ist und der Wert oder der Minimalwert so eingestellt ist, daß das Seil unter Zug steht.

8. Trage- und Hebehilfe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie einen Standfuß (10a) umfaßt, an den eine ungerade Anzahl von Gelenkarmen (10b) angelenkt ist.

9. Trage- und Hebehilfe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkarme (10b) eine unterschiedliche, vorzugsweise mit zunehmendem Abstand zum Standfuß (10a) von Gelenkarm zu Gelenkarm abnehmende Länge aufweisen.

10. Trage und Hebehilfe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gelenkarmen (10b) Umlenkräder (15) vorgesehen sind, die das Seil durch die Mittelpunkte der zwischen den Gelenkarmen angeordneten Gelenke (10c) führen.

11. Trage- und Hebehilfe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Antrieb und die das Tragmittel auf­ nehmende Vorrichtung (Seilwinde 16) am Standfuß (10a) angeordnet ist.

12. Trage- und Hebehilfe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung über Hilfsmittel verfügt, die eine Beschleunigung und ein Abbremsen des Gegenstan­ des unterstützen.

13. Trage- und Hebehilfe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gewichtskraft über die Stromaufnahme des als Antrieb (12) dienenden Elektromotors erfaßbar ist.

14. Verfahren zum Bewegen von Gegenständen (11) mit oder gegen die Ge­ wichtskraft (G) des Gegenstandes mit einem mit dem Gegenstand ver­ bindbaren Tragmittel mittels einer Trage- und Hebehilfe, insbe­ sondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskraft von der Einrichtung mittels des motorischen Antriebs (12) infolge des ermittelten Gewichts auf einen Wert verringert wird, der in einem auch den vollständigen Gewichtsausgleich einschließenden Bereich liegt, und daß der Wert während der Bewegung in diesem Bereich gehalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskraft kontinuierlich von der Einrichtung (13) erfaßt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Bewegung des Gegenstandes (11) nahezu konstant gehalten wird und anschließend auf einen Minimalwert verringert wird.