DE4331777A1

DE4331777A1 - Weitwinkel-Schwenkantrieb für den Grundausleger einer Lademaschine

Info

Publication number: DE4331777A1
Application number: DE19934331777
Authority: DE
Inventors: Hans Schaeff
Original assignee: Schaeff Karl & Co GmbH
Current assignee: Schaeff Karl & Co GmbH
Priority date: 1993-09-18
Filing date: 1993-09-18
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2013-09-19
Also published as: DE4331777C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Weitwinkel-Schwenkantrieb eines Grundauslegers einer Lademaschine oder eines ähnlichen Arbeits gerätes, der insbesondere auf einem um eine senkrechte Achse drehbaren Obergestell angeordnet und mittels mehrerer Hydrau likzylinder zwischen einer rückwärts geneigten Endstellung und einer vorwärts geneigten Anfangsstellung einstellbar ist und einen schwenkbaren Arbeitsarm trägt.

Um mit solchen Lademaschinen beim Stapeln und Umschlagen von beliebigen Gütern wie Schrott, Abfällen aller Art oder Rundhöl zern wirtschaftlich arbeiten zu können, ist ein weiter Arbeits bereich mit großer vorderer Ausladung erwünscht. Diese wird zum Teil durch den Längshub des Grundauslegers zwischen seinen rückwärts und vorwärts geneigten Endstellungen erreicht. Darü ber hinaus kann der Arbeitsbereich mit Hilfe einer mehrgliedri gen zusammenfalt- und streckbaren Auslegerbaugruppe oder eines am Grundausleger angeschlossenen Teleskopauslegers vergrößert werden.

Der Schwenkbereich des auf der Lademaschine gelagerten Grund auslegers ist weitgehend von der Bemessung und Anlenkung des Schwenkzylinders abhängig. Um das durch weite Ausladung entste hende große Lastmoment beim Anheben und Manipulieren einer Nutzlast sicher beherrschen zu können, wird der Grundausleger üblicherweise durch zwei gleiche nebeneinander angeordnete Hydraulikzylinder (Zwillingszylinder) betätigt.

Die mit solchen Zylindern erreichbaren Schwenkbewegungen sind aufgrund kinematischer Gegebenheiten zwingend auf Winkel von etwa 90° beschränkt. Bei größeren Schwenkwinkeln entstehen un günstige Kraftangriffsverhältnisse, die von den idealen Lastmo menten stark abweichen.

Andererseits muß bei Auslegung des Schwenkantriebs für den Grundausleger beachtet werden, daß ihm sowohl in der rückwärti gen als auch in der vorderen Endstellung ausreichende Verstell kräfte zur Verfügung stehen. Aufgrund dieser Forderung und der kinematischen Beschränkungen üben die Zwillingszylinder ihr ma ximales Hubmoment dann auf den Grundausleger aus, wenn er sich in der Mitte seines Gesamtschwenkwinkels befindet und etwa senkrecht steht, mit der Folge, daß das Hubmoment in Richtung auf seine vordere Endstellung abnimmt, obwohl mit der dann grö ßeren Ausladung das Lastmoment ansteigt. Als Abhilfe demgegen über werden entweder die Zylinder überdimensioniert, um dem größten auftretenden Lastmoment entgegenwirken zu können, oder man arbeitet bei kleineren Zylindern und Kräften nur mit einer geringeren Ausladung oder entsprechend geringeren Nutzlasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Lademaschi ne der eingangs bezeichneten Art den Schwenkantrieb des Grund auslegers dahingehend auszugestalten und zu verbessern, daß das Drehmoment, das durch Hydraulikzylinder in den Grundausleger eingeleitet wird, weitgehend dem maximalen Lastmoment ent spricht, - und gleichzeitig der Schwenkwinkel des Grundausle gers beträchtlich vergrößert werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe grundsätzlich dadurch gelöst, daß zuerst die maximale Lastmomentkurve ermittelt wird und dann durch Addition der Drehmomentkurven von zwei Zylinderanlenkun gen, eine nur knapp über der Lastmomentkurve liegende Ideal- Drehmomentkurve erreicht wird.

Bauliche Merkmale der Erfindung bilden die Zylinderanordnungen an einem Grundausleger insofern, als ein vorderes Zylinderpaar in der Anfangsstellung des Grundauslegers entsprechend der weitesten Ausladung bzw. des größten Lastmomentes seinen besten Hebelarm zum Auslegerdrehpunkt hat, d. h., daß die Zylinder längsachse mit der Verbindungslinie zwischen Auslegerschwenk achse und der Zylinderlagerung am Gerätesockel (Obergestell) einen rechten Winkel bildet. Gleichzeitig hat der zweite hinte re Zylinder oder das zweite Zylinderpaar seinen schlechtesten Hebelarm, d. h. Hebelarm gegen Null, die Zylinderlängsachse fällt zusammen mit der Verbindung der Auslegerschwenkachse und der Zylinderlagerung am Gerätesockel.

In der Endstellung des Grundauslegers, entsprechend dem klein sten Lastmoment, sind die Hebelverhältnisse umgekehrt, d. h. das erste vordere Zylinderpaar hat den Hebelarm gegen Null und der zweite hintere Zylinder bzw. Zylinderpaar hat den maximalen Hebelarm. Daraus ergibt sich erfindungsgemaß für das erste Zylinderpaar eine einfachwirkende Zylinderausführung, d. h. die Zylinder können als Plungerzylinder ausgebildet sein, die nur hydraulisch ausfahren und nicht hydraulisch einfahren. Das Ein fahren der Zylinder besorgt der zweite Hydraulikzylinder (Paar), der als doppeltwirkender Zylinder ausgeführt ist, zu sammen mit dem Lastmoment bzw. dem Moment, das durch das Eigengewicht der Auslegerbauteile und des Ladewerkzeugs erzeugt wird.

Unter Ausnutzung des vorteilhaften Schwenkantriebs gemäß der Erfindung kann gemäß einer anderen Ausführungsform einer Lade maschine an dem mit einem Weitwinkelverstellbereich versehenen Grundausleger ein Ladearm mit einer Ladeschaufel angelenkt sein, der um etwa 120° verschwenkbar ist und in einer an den in seine rückwärtige Endstellung eingestellten Grundausleger angefalteten Schürfstellung bis zum Boden reicht.

Am Beispiel eines Grundauslegers mit einem Schwenkwinkel von 120° sind nachfolgend anhand von Zeichnungen Ausführungsbei spiele erläutert und mit der Praxis entsprechenden Maßen und Eigengewichten von Bauteilen ein Beispiel einer Zylinderdimen sionierung durchgerechnet. Es zeigen,

Fig. 1 eine in einer Halle arbeitende mobile Lademaschine mit einem in rückwärtiger Endstellung befindlichen Grund ausleger und einem daran angeschlossenen teleskopi schen Ladearm, mit eingetragenen Maßen der Schwerpunk te der Bauteile für eine beispielhafte Zylinderberech nung,

Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung des am Obergestell der Lademaschine angelenkten Grundauslegers zusammen mit seinen Antriebs- oder Verstellzylindern,

Fig. 3 ein Schaubild für den Verlauf der sich über den Schwenkwinkelbereich des Grundauslegers ändernden Lastmomentes sowie des von den Stellzylindern erzeug ten Hubmomentes beim Anheben bzw. bei Verschwenkung des Grundauslegers im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 1 und,

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Stapel- oder Schaufel lademaschine unter Verwendung des Weitwinkel-Grundaus legers nach der Erfindung.

Entsprechend Fig. 1 besitzt eine Lademaschine 1 einen auf Rä dern fahrbaren Unterwagen 2 mit einer hydraulisch ausfahrbaren Vierpunkt-Abstützung 3, einen auf einem Drehlager 4 abgestütz ten Oberwagen 5 mit einem rückwärtigen Gegengewicht 6 und einer vorderen Lagerung 7 für einen Grundausleger 11, dessen Schwenk antrieb weiter unten beschrieben ist.

Der in der Nähe des vorderen Endes des Oberwagens gelagerte Grundausleger 11 ist gemäß Fig. 1 zwischen einer bis zum Ma schinenende reichenden rückwärtigen Endstellung und einer vom Fahrzeug aus nach vorn geneigten Anfangsstellung verschwenkbar und über ein oberes Schwenklager 8 mit einem Ladearm 15 verbun den, an dessen vorderem Ende 18 ein Greiferwerkzeug 17 aufge hängt oder ein anderes Werkzeug angeschlossen ist. Zur Ver schwenkung des Gitterlegers 15 dient ein am Grundausleger 11 angelenkter Zylinder 14, gegebenenfalls Zwillingszylinder. In Fig. 1 ist für den Ausleger 15 u. a. eine waagerechte Endstel lung eingetragen, die er bei in rückwärtiger Endstellung be findlichem Grundausleger 11 zum Straßentransport einnehmen kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Schwenkantriebes für den Grundausleger 11 mit seiner am Oberwagen 5 angeordneten Lagerstelle 7 umfaßt zwei gleiche und zueinander parallele Zylinder 20, die mit ihrem Kolbenstangen- oder Plungerende beidseitig am Grundausleger 11 und für ihr Zylinderende eine am Oberwagen angeordnete Lagerstelle 22 ha ben. Eine durch die Lagerstellen 22 für die Zwillingszylinder 20 definierte Lagerachse verläuft quer zur Haupterstreckungs achse 23 des Grundauslegers bzw. schneidet deren Verlängerung. In der mit unterbrochenen Linien gezeigten rückwärtigen Endlage des Grundauslegers 11 verlaufen die in ausgefahrenem Zustand befindlichen Zwillingszylinder 20 parallel zu der Haupterstreckungs achse 23 sowie durch die Querachse. Der eingezeichnete Schwenkwinkel des Grundauslegers 11 beträgt beim Ausführungs beispiel 120°, kann jedoch auch um ca. 30° erweitert bzw. ver ringert werden. In der in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien ge zeigten vorderen Anfangsstellung des Grundauslegers 11 verlau fen die in eingefahrenem Zustand befindlichen Zwillingszylinder 20 senkrecht zum Abstand La ihrer Lagerstellen 22 von der La gerstelle 7 und üben in dieser Stellung das größte Drehmoment auf den Grundausleger 11 aus.

Um den Grundausleger 11 aus seiner rückwärtigen Endstellung nach vorn zu schwenken, ist ein Einzelzylinder oder ein Zylin derpaar 24 mit seinem Zylinderende an eine Lagerstelle 25 am Oberwagen und mit seinem Kolbenstangeende an eine Lagerstelle 26 am Grundausleger angeschlossen. Beim gezeigten Ausführungs beispiel liegt die Lagerstelle 25 auf einer durch die Lager stelle 7 verlaufenden und senkrecht auf der Haupterstreckungs achse 23 des in seiner rückwärtigen Endstellung befindlichen Grundauslegers 11. Der Abstand lc der Lagerstelle 25 von der Lagerstelle 7 befindet sich unterhalb dieser. Der Einzelzylin der 24 steht in der rückwärtigen Endstellung des Grundauslegers senkrecht auf dem Abstand lc und übt dann sein größtes Dreh moment auf den Grundausleger aus.

In Fig. 2 sind auch die bei senkrechtstehendem Grundausleger auf ihn wirkenden Drehmomente bzw. deren Hebelarme Lb für die Zwillingszylinder 20 sowie lb für den Einzelzylinder 24 einge tragen. Die Kraft des Einzelzylinders 24 genügt, um den Grund ausleger 11 bis zur Senkrechtstellung nach vorn zu schwenken und weil danach das Eigengewicht von Grundausleger, Ladearm 15 usw. ein weiteres selbsttätiges Vorwärtsschwenken bewirken, ist für die Zwillingszylinder 20 keine Doppelwirkung erforderlich, die deshalb Plunger- oder Tauchkolbenzylinder sein können. In der vorderen Anfangsstellung des Grundauslegers befindet sich der Einzelzylinder 24 in ausgefahrenem Zustand, übt jedoch kein Drehmoment mehr auf diesen aus, da sein Abstand von der Lager stelle 7 des Grundauslegers Null ist.

Das Schaubild in Fig. 3 zeigt den vom Schwenkwinkel des Grund auslegers abhängigen Verlauf des Lastmomentes sowie des von den Zylindern erzeugten Hubmomentes für die Auslegerbewegung im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 2 unter Berücksichtigung von in Fig. 1 mit Zahlenbeispielen eingezeichneten Last- bzw. Schwerpunkt abständen in m.

Eine aus 3 Punkten errechnete Lastmomentenkurve ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet. Die Zylinder wurden nun unter Be rücksichtigung der in Fig. 2 eingetragenen Hebelarme wie folgt dimensioniert:

Zylinderpaar 20 hat in Stellung a (Anfangsstellung des Grund auslegers) Hebelarm La = 0,56 m, Mindestdrehmoment = Lastmoment = 46, 7 tm. Um Reserve zu haben, werden Zylinder mit 2×50 t Hubkraft gewählt, ergibt

Zylinder 24 hat in Stellung c (Endstellung des Grundauslegers) Hebelarm Lc = 0,4 m, Mindestdrehmoment = Lastmoment = 4,8 tm. Um Reserven zu haben, wird 1 Zylinder gewählt mit 30 t Einfahr kraft oder 2 Zylinder mit je 1,5 t Einfahrkraft.

In Fig. 3 entspricht die Kurve m_H dem sich über den Schwenkbe reich des Grundauslegers 11 ändernden Drehmoment des Zwillings zylinders 20, die Kurve m_E dem Verlauf des vom Einzelzylinder 24 ausgeübten Drehmomentes, während die Kurve m_G als Gesamtaus legermoment aus der Addition der Kurve m_H und m_E entsteht. Die mit unterbrochenen Linien dargestellte m_L entspricht dem tat sächlichen Lastmoment unter Berücksichtigung der für die drei Auslegerpositionen berechneten Lastmomente. Der schraffierte Bereich zeigt das als Sicherheit verbleibende überschüssige Drehmoment = Hubkraftreserve. Aus der Grafik erkennt man, daß die Gesamtauslegermomentenkurve der Lastmomentenkurve sehr exakt angeglichen werden und so die Konstruktion der Ladema schine von Überdimensionierungen jeglicher Art freigehalten werden kann.

Als Beispiel für eine andere vorteilhafte Anwendung des erfin dungsgemäßen Schwenkantriebs zur Weitwinkelverstellung eines Grundauslegers 11 zeigt Fig. 4 eine Stapel- oder Lademaschine mit einem langen Ladearm 30, an dessen vorderem Ende eine Lade schaufel 32 mittels einer nicht gezeigten Kippschwenkkinematik angeschlossen ist. Als Besonderheit kann der um den Gelenkpunkt 8 am Grundausleger 11 schwenkbare Ladearm 30 vollständig an den Grundausleger angefaltet werden, so daß er sich in dessen rück wärtigen Endstellung bis zum Boden unmittelbar vor dem Fahrzeug erstreckt. Als weitere Besonderheit kann der am drehbaren oder starren Oberwagen sowie am Ladearm angeschlossene und teilweise als Lenker ausgeführte Zylinder 34, der etwa gleichlang ist wie der Grundausleger 11, während der Schwenkbewegung der Grundaus legers 11 durch dessen gezeigte Schwenkstellungen hindurch mit tels einer z. B. hydraulischen Schwimmsteuerung so betätigt werden, daß das Ladearmende mit der Schaufel sich längs einer Waagerechten am oder über dem Boden bewegt. Durch weiteres Aus fahren des Zylinders 34 kann der Ladearm 30 in jeder Grundaus legerstellung um bis zu etwa 120° hochgeschwenkt werden.

Claims

1. Weitwinkel-Schwenkantrieb eines Grundlegers einer Ladema schine oder eines ähnlichen Arbeitsgerätes, der insbesondere auf einem um eine senkrechte Achse drehbaren Obergestell ange ordnet und mittels mehrerer Hydraulikzylinder zwischen einer rückwärts geneigten Endstellung und einer vorwärts geneigten Anfangsstellung einstellbar ist und einen schwenkbaren Arbeits arm trägt, dadurch gekennzeichnet,

- daß jeweils ein Zylinder oder Zylinderpaar (20 bzw. 24) vor bzw. hinter dem Grundausleger (11) so am Obergestell (5) ange ordnet ist, daß der vordere Zylinder(-paar) (20) in der An fangsstellung des Grundauslegers seinen maximalen Hebelarm (La) und der rückwärtige Zylinder(-paar) (24) seinen minimalen He belarm (bis gegen Null) zur Auslegerschwenkachse (7) haben und in der Endstellung des Grundauslegers der vordere Zylinder (-paar) einen minimalen Hebelarm (bis gegen Null) und der rück wärtige Zylinder(-paar) (24) einen maximalen Hebelarm (lc) zur Auslegerschwenkachse (7) haben,

daß durch diese Zylinderanordnung Schwenkwinkelbereiche des Grundauslegers (11) von 120° und mehr erzielbar sind,

- und daß durch Wahl der Zylinder (20, 24) hinsichtlich ihrer Kräfte und maximalen Hebelarme bzw. Hublängen sowie durch Addi tion der von den beiden Zylinderantrieben eingebrachten Drehmo mente jeder geforderte Drehmomentverlauf über dem Winkelbereich erreichbar ist.

2. Schwenkantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Zylinderantrieb aus einem oder zwei einseitig wir kenden Tauchkolben- und Plungerzylindern besteht.

3. Schwenkantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der hintere Zylinder (24) eine am Obergestell (5) der art angeordnete Lagerstelle (25) aufweist, daß er in eingefah renem Zustand in der rückwärtigen Endstellung des Grundausle gers (11) im wesentlichen senkrecht zum Abstand (lc) seiner Lagerstelle (25) von der des Grundauslegers verläuft und in der vorderen Anfangsstellung des Grundauslegers (11) seinen ausge fahrenene Zustand erreicht und in Richtung des genannten Ab standes (lc) verläuft.

4. Schwenkantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Zylinder (20, 24) in den vorderen und rückwärtigen Endstellungen des Grundauslegers (11) jeweils etwa parallel zueinander verlaufen.

5. Schwenkantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß durch Art der Anlenkung, Richtung so wie Bemessung der Zwillingszylinder der Verlauf des von ihnen ausgeübten Hubmomentes (m_H) über einen wesentlichen (vorderen) Teil des Schwenkbereichs des Grundauslegers (11) dem Verlauf des durch Nutzlast und Gewicht von Werkzeug, Ladearm und Grund ausleger entstehenden größten Lastmomentes (m_L) einander weit gehend angeglichen sind, und zwar unter Aufrechterhaltung einer das Lastmoment übersteigenden Hubmomentreserve.

6. Schwenkantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich des Grundauslegers (11) etwa 120° ± 30° beträgt.

7. Schwenkantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Grundausleger (11) eine Länge aufweist, mit der er bei Lagerung auf dem Oberwagen eines Trä gerfahrzeugs in einer nach hinten flach geneigten rückwärtigen Endstellung sein oberes Ende einen Abstand vom Fahrplanum von etwa 3,3 m aufweist, einen Wert von etwa 3,8 m jedoch nicht überschreitet.

8. Schwenkantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der mit einem Weitwinkelverstellbe reich versehenen Grundausleger (11) einen mit einer Ladeschau fel (32) ausgestatteten um mindestens etwa 120° schwenkbaren Ladearm (30) großer Ausladung trägt, der in einer an den in die rückwärtige Endstellung eingestellten Grundausleger angefalte ten Schürfstellung bis zum Boden reicht und durch Schwenkung des Grundauslegers längs des Bodens bewegbar ist.