DE4412373A1 - Schnellwechselsystem zur Befestigung eines Baggerwerkzeugs an einem Bagger - Google Patents

Description

Im Baggerbetrieb ist es oftmals erforderlich, mit unterschiedlichen Baggerwerkzeugen (Anbaugeräten) zu arbeiten. Dementsprechend sind auch bereits verschiedene Schnellwechselsysteme entwickelt worden, die das Auswechseln der Werkzeuge am Bagger, d. h. das Ankoppeln und Abkoppeln der einzelnen Werkzeuge erleichtern und vereinfachen sollen.

Den bekannten Schnellwechselsystemen ist gemeinsam, daß ein im wesentlichen gehäuseartiges Wechslerteil vorgesehen ist, welches mit zwei parallelen Bolzen an den Stiel bzw. das Druckstück des Baggers angelenkt und mit zwei weiteren Verbindungen lösbar an dem Baggerwerkzeug befestigt ist, wobei die eine Verbindung als Lager zur Aufnahme eines werkzeug­ seitigen Gegenlagers und die zweite Verbindung als eine zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeug wirkende Verriegelung ausgebildet ist. Diese Verriegelung ist bei den bekannten Schnellwechselsystemen durchweg form­ schlüssig beschaffen, indem z. B. ein im Wechslerteil verschiebbar gelager­ ter Riegelbolzen in eine oder mehrere werkzeugseitige Ösen eingreift. Der Riegelbolzen kann dabei im einfachsten Fall von Hand bedienbar sein, es sind aber auch Ausführungen bekannt, bei denen der Riegelbolzen vom Fahrerhaus des Baggers aus motorisch, insbesondere hydraulisch fernbedient wird.

Die Lagerteile und die Verriegelung unterliegen bei den oftmals im Baggerbetrieb nicht kontrollierbaren Kräften einem natürlichen Verschleiß, mit der Folge, daß die Befestigung des Werkzeugs am Wechslerteil spielbe­ haftet wird. Ein Spiel zwischen diesen Teilen fördert wiederum den Ver­ schleiß, so daß die Befestigung des Werkzeugs am Wechslerteil verhältnis­ mäßig rasch unzulänglich wird, wenn dem Spiel nicht entgegengewirkt wird. Bei den bekannten Schnellwechselsystemen mit formschlüssiger Verriegelung ist deshalb eine ständige Kontrolle und ein häufiges Nachjustieren der Werkzeugaufnahme erforderlich, was mit Aufwand verbunden ist, ohne daß dabei das Auftreten eines Spiels wirksam vermieden werden kann.

Hier setzt die Erfindung ein. Mit der Erfindung soll ein Schnell­ wechselsystem zur Verfügung gestellt werden, welche bei einfachem kon­ struktiven Aufbau eine dauerhaft spielfreie Befestigung des Werkzeugs am Wechslerteil gewährleistet.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung dadurch, daß das Wechslerteil an oder nahe seinem dem Lager abgewandelten Ende mit einer Andruckfläche und das Werkzeug mit einer zugeordneten, schräg zum Werkzeug hin verlaufenden Gegendruckfläche versehen sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Wechslerteil bei aufgenommenem Werkzeug an dem werkzeugseitige Gegen­ lager und der Gegendruckfläche anliegt und in dieser Stellung gegen ein Abheben von der Gegendruckfläche verriegelbar ist. Zweckmäßig ist die Verriegelung dabei als eine gegen die Gegendruckfläche gerichtete Keilver­ riegelung ausgebildet.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die durch ein Spiel zwischen Werkzeug und Wechslerteil entstehenden Probleme nur dann wirksam überwunden werden können, wenn die Entstehung eines Spiels von vornherein unterbunden wird. Demgemäß sieht die Erfindung eine Befestigung vor, bei der das Wechslerteil infolge der durch die Gegendruckfläche gebildeten schiefen Ebene in jedem Fall, unabhängig von irgendwelchen Maßtoleranzen, spielfrei in das werkzeugseitige Gegenlager gepreßt wird. In dieser Lage werden dann Werkzeug und Wechslerteil fest miteinander verbunden, vorzugs­ weise verkeilt. Auf diese Weise wird jegliches Spiel zwischen Werkzeug und Wechslerteil schon bei der Werkzeugaufnahme ausgeglichen, wodurch die Gebrauchsdauer des Schnellwechselsystems verlängert und die Notwendigkeit aufwendiger Nachjustierungen vermieden wird. Das erfindungsgemäße System ist somit ein selbstjustierendes System.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert. Ihre Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in stark schematisierter Darstellung,

Fig. 2 die Ausführungsform gemäß Fig. 1 im entriegelten Zustand bei gesicherter Position des Werkzeugs, d. h. ohne An­ druckkraft auf die Verriegelung, und

Fig. 3 die Ausführungsform gemäß Fig. 1 im entriegelten Zustand bei ungesicherter Position des Werkzeugs, d. h. bei einer auf die Verriegelung wirkenden Andruckkraft.

Das erfindungsgemäße System umfaßt ein Schnellwechslerteil 1 in Form eines gehäuseartigen Bauteils, dessen Seitenwände durch zwei parallele Tragplatten 2 gebildet sind. In der zeichnerischen Darstellung ist nur eine der beiden Tragplatten 2 gezeigt; die zweite, gleich ausgebildete Trag­ platte befindet sich oberhalb der Zeichenebene, und die Verbindungen zwischen den beiden Tragplatten (z. B. eine Bodenplatte, Querverstrebungen u. dgl.) sind aus Gründen besserer Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Die Tragplatten 2 besitzen eine im wesentlichen längliche Form und sind in der dargestellten Ausführungsform mit drei Bohrungen versehen, in denen jeweils ein Bolzen 3, 4 bzw. 5 gelagert ist. Mit den beiden Bolzen 3 und 4 ist das Wechslerteil 1 an den Stiel 6 bzw. das Druckstück 7 des Baggers (beides nur schematisch angedeutet) angelenkt, so daß die Ein­ leitung der für den Baggerbetrieb erforderlichen Betätigungskräfte über diese beiden Bolzen erfolgt. Der dritte Bolzen 5 dient zur Lagerung einer Verriegelungseinrichtung in Form eines schwenkbaren Hakens 8.

In der dargestellten Ausführungsform ist der Bolzen 3 zugleich als Lagerteil zur Aufnahme eines an dem anzubauenden Werkzeug 10 (z. B. einem Löffel) angeordneten Gegenlagers 11 ausgebildet. Zu diesem Zweck sind auf die äußeren, aus dem Wechslerteil 1 herausragenden Enden des Bolzens 3 zwei Lagerbuchsen 9 aufgesetzt, auf die sich das als offener Haken ausgebildete Gegenlager 11 auflegt. Diese Ausführung ist jedoch nicht zwingend, sondern stellt nur eine der üblichen Möglichkeiten zur Aufnahme des Baggerwerkzeugs dar. Beispielsweise kann anstelle der dargestellten Ausführungsform auch am Wechslerteil 1 ein feststehender offener Haken vorgesehen sein, der mit einem werkzeugseitigen Bolzen zum Eingriff kommt.

Auf der dem Gegenlager 11 abgelegenen, dem Haken 8 am Wechslerteil zugeordneten Seite ist am Werkzeug 10 eine Klaue 12 befestigt. Diese Klaue wirkt mit dem Haken 8 so zusammen, daß der Haken 8 um den Bolzen 5 in Eingriff mit der Klaue 12 (wie in Fig. 1 dargestellt) und außer Eingriff mit der Klaue 12 (wie in Fig. 2 dargestellt) verschwenkt werden kann. In der Eingriffsstellung des Hakens 8 ist eine zweite Verbindung zwischen dem Schnellwechsler und dem Werkzeug hergestellt, durch die das Wechslerteil und das Werkzeug zu einer festen Einheit verriegelt werden. Zur Verschwen­ kung des Hakens 8 ist in der dargestellten Ausführungsform eine Feder 13 vorgesehen, die den Haken 8 in die Eingriffsstellung beaufschlagt, sowie ein einseitig beaufschlagter Hubzylinder 14, der der Feder 13 entgegenwirkt und vom Fahrerhaus des Baggers aus hydraulisch betätigt werden kann. Natür­ lich können auch andere Mittel zum Verschwenken des Hakens 8 eingesetzt werden, beispielsweise ein doppelseitig beaufschlagter Hubzylinder oder ein Elektromotor, aber die Verwendung einer Feder stellt eine besonders ein­ fache Lösung dar, die außerdem den Vorteil hat, daß ein hydraulischer Druck nur erforderlich ist, wenn der Haken 8 aus der Eingriffsstellung herausge­ schwenkt werden soll.

Am Wechslerteil 1 ist weiterhin eine Andruckfläche 15 vorgesehen, die sich parallel zur Achsrichtung des Bolzens 3 erstreckt und schräg zum Werk­ zeug 10 hin verläuft, d. h. an ihrem zum Werkzeug hinweisenden Ende einen geringeren Abstand vom Bolzen 3 aufweist als an ihrem dem Werkzeug abgele­ genen Ende. Diese schräge Andruckfläche ist zweckmäßig durch die ent­ sprechend abgeschrägten Enden der Tragplatten 2 gebildet, kann sich aber auch an einer anderen Stelle des Wechslerteils 1 befinden. Eine in gleicher Weise, bezogen auf das werkzeugseitige Gegenlager 11, schräg verlaufende Gegendruckfläche 16 ist an einem Anlageteil 17 des Werkzeugs angebracht. Die beiden Flächen 15 und 16 sind in Fig. 1 als ebene Flächen dargestellt, können aber auch leicht gekrümmt verlaufen. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, die Andruckfläche 15 leicht konvex gekrümmt auszubilden.

Mit Hilfe der beiden Flächen 15 und 16 wird der spielfreie Sitz des Werkzeugs 10 am Wechslerteil 1 gewährleistet. Zur Aufnahme eines (z. B. am Boden liegenden) Werkzeugs wird so vorgegangen, daß zunächst der Bolzen 3 mit den Lagerbuchsen 9 in das hakenförmige Gegenlager 11 eingefahren wird. Dann wird (bei beaufschlagtem Hubzylinder 14, also bei aus der Eingriffs­ stellung herausgeschwenktem Haken 8 gemäß Fig. 2) das mit der Andruckfläche 15 versehene Ende des Wechslerteils 1 mittels des Bagger-Druckstücks 7 abgesenkt. Hierbei verschiebt sich das Wechslerteil 1 mit seiner Andruck­ fläche 15 entlang der Gegendruckfläche 16 des Werkzeugs 10 und wird, als Folge der Schräglage der Flächen, mit dem Bolzen 3 und den darauf befindli­ chen Lagerbuchsen 9 in das hakenförmige Gegenlager 11 des Werkzeugs ge­ preßt. Sobald das Wechslerteil 1 dabei die tiefstmögliche Stellung auf der Gegendruckfläche 16 erreicht hat, entsteht eine feste, spielfreie Lage des Werkzeugs relativ zum Wechslerteil, und zwar unabhängig von etwaigen Ver­ schleißerscheinungen am Werkzeug bzw. am Wechslerteil und auch unabhängig von etwaigen Toleranzen zwischen den Werkzeugen untereinander. Alle Maßab­ weichungen, die zu einem Spiel zwischen Werkzeug und Wechslerteil führen können, werden dadurch kompensiert, daß das Wechslerteil dem jeweiligen Ist-Maß entsprechend mehr oder weniger tief auf der Gegendruckfläche 16 herabgleitet, bis er die tiefstmögliche Stellung eingenommen hat.

In der festen, spiel freien Lage des Werkzeugs relativ zum Wechsler­ teil erfolgt anschließend eine Verriegelung dieser beiden Teile, indem der Haken 8 nach Entlastung des Hubzylinders 14 durch die Feder 13 in die in Fig. 1 dargestellte Eingriffsstellung gebracht wird. In dieser Eingriffs­ stellung liegt die tragende Endfläche des Hakens 8 an einer Anlagefläche 18 der Klaue 12 an und verhindert, daß sich das Wechslerteil 1 wieder aus seiner spiel freien Lage relativ zum Werkzeug 10 herausbewegen kann. Damit sind Werkzeug 10 und Wechslerteil 1 zu einer festen Einheit verbunden.

Die Anlagefläche 18 hat vorzugsweise einen leicht schrägen Verlauf, bezogen auf die Lage der Flächen 15 und 16, und ist lang genug, um zu gewährleisten, daß der Haken 8 auch dann, wenn das Wechslerteil 1 infolge größerer Verschleißerscheinungen oder höherer Toleranzen eine besonders tiefe Lage an der Gegendruckfläche 16 eingenommen hat, weit genug in die Klaue 12 einschwenken kann und seine feste Lage an der Anlagefläche 18 findet. Auf diese Weise ergibt sich in jedem Fall, d. h. unabhängig von dem Ausmaß etwaiger Verschleißerscheinungen oder Toleranzen, eine feste spielfreie Verkeilung zwischen dem Wechslerteil 1 und dem Werkzeug 10, ohne daß irgendwelche Justiervorgänge erforderlich sind.

Im Betriebszustand wird die Kraft zwischen dem Wechslerteil 1 und dem Werkzeug 10 einerseits über das wechslerseitige Lager 3, 9 und das Gegen­ lager 11 und andererseits über den Haken 8 und die Klaue 12 übertragen. Auch hierfür hat die Schräglage der Anlagefläche 18 Bedeutung. Die Neigung der Anlagefläche 18 ist nämlich so gewählt, daß bei der im Betriebszustand auftretenden, je nach den Betriebsgegebenheiten mehr oder weniger hohen Andruckkraft zwischen der Endfläche des Hakens 8 und der Anlagefläche 18 eine Selbsthemmung eintritt, d. h. sich der Haken 8 nicht entgegen der Federkraft der Feder 13 aus dem Eingriff mit der Klaue 12 lösen kann. Dadurch erübrigt es sich, den Haken 8 während des Betriebs durch zusätzli­ che, z. B. hydraulische Druckmittel im Eingriff mit der Klaue 12 zu halten. In der Praxis hat sich ein Winkel von weniger als 10° zwischen der Anlage­ fläche 18 und der Normalen auf die Flächen 15/16 als geeigneter Selbst­ hemmungswinkel erwiesen.

Sollte bei der Aufnahme des Werkzeugs 10 das Wechslerteil 1 nicht tief genug in seine spielfreie Lage zwischen dem Gegenlager 11 und der Gegendruckfläche 16 heruntergefahren worden sein oder aus anderen Gründen während des Betriebs ein Spiel zwischen Wechslerteil 1 und Werkzeug 10 auftreten, kommt ein weiterer Vorteil der Erfindung zum Tragen. Im Verlauf ihrer Relativbewegungen nehmen Wechslerteil und Werkzeug nämlich auch kurzzeitig ihre spiel freie Endlage ein, und in dieser Endlage kann sich der Haken 8 unter der Wirkung der Feder 13 etwas weiter auf die Anlagefläche 18 hinaufschieben, wodurch das Spiel vermindert oder, ggfs. nach mehrmaliger Wiederholung dieses Vorgangs, ganz beseitigt wird. Die Verriegelung stellt sich also auch während des Betriebs selbsttätig nach.

Zur Abkopplung des Werkzeugs 10 vom Wechsler 1 kann das Werkzeug in eine kräftefrei am Gegenlager 11 hängende Lage (in der sich der Schwerpunkt von Werkzeug plus Wechslerteil senkrecht unterhalb des Bolzens 3 befindet) gebracht werden. Dann kann der Haken durch Betätigung des Hubzylinders 14 entriegelt werden, worauf das Werkzeug am Boden abgelegt und das Wechsler­ teil aus dem Eingriff mit dem Gegenlager 11 herausgefahren wird. Ebenso kann aber auch das Werkzeug in noch verriegeltem Zustand auf dem Boden abgelegt und dann erst entriegelt werden. In beiden Fällen, d. h. sowohl bei kräftefrei hängendem Werkzeug als auch bei auf dem Boden abgelegtem Werk­ zeug ist praktisch keine Andruckkraft zwischen dem Haken 8 und der Klaue 12 vorhanden, so daß bei der Entriegelung des Hakens 8 keine Relativbewegung zwischen dem Wechslerteil und dem Werkzeug eintritt. Dies veranschaulicht Fig. 2.

Bei fernbedienten Schnellwechselsystemen muß sichergestellt sein, daß eine Fehlbedienung während des Betriebs nicht zum Lösen der Verriegelung und damit zu Unfällen führen kann. Hierzu sind bislang verhältnismäßig auf­ wendige Sperreinrichtungen erforderlich gewesen. Das erfindungsgemäße System läßt jedoch eine besonders einfache und wirksame Sicherung zu, näm­ lich dadurch, daß die Anlagefläche 18 der Klaue 12 kurz vor dem Ende der Klaue 12 eine Ausnehmung 19 aufweist, so daß sich am Ende der Klaue 12 eine Nase 20 ausbildet.

Wenn es geschehen sollte, daß während des Betriebs, also bei hohem Andruck der Klaue 12 auf den Haken 8, eine versehentliche Betätigung des Hubzylinders 14 erfolgt und die Kraft des Hubzylinders ausreicht, um die Selbsthemmung des Hakens 8 an der Anlagefläche 18 zu überwinden, gleitet die Endfläche des Hakens 8, wie in Fig. 3 dargestellt, infolge der Andruck­ kraft zwischen der Klaue 12 und dem Haken 8 in die Ausnehmung 19 der Anlagefläche 18 hinein, wobei der Haken 8 an der Nase 20 ausschlägt und nicht in die Offenstellung gelangen kann. Das gleiche gilt auch, wenn die Selbstklemmung des Hakens 8 durch eine übermäßige Erschütterung gelöst werden sollte. In jedem Fall ergibt sich eine beabsichtigte Relativbewegung zwischen Wechslerteil 1 und Werkzeug 10, durch die das Wechslerteil die spielfreie Lage am Werkzeug verliert und die arretierte Sicherheitslage einnehmen kann, bei der die Nase 20 in den Schwenkkreis des Hakens 8 gelangt. Im kräftefreien Zustand gemäß Fig. 2 befindet sich die Nase 20 außerhalb des Schwenkkreises des Hakens 8 und ist unwirksam. Der in Fig. 3 gezeigte Zustand der "Sicherheitsarretierung" läßt sich im übrigen ohne weiteres dadurch wieder in den spielfreien Betriebszustand überführen, daß das Werkzeug auf den Boden aufgelegt, also kräftefrei gemacht und dann erneut verriegelt wird. Dadurch wird die Auswirkung einer Fehlbedienung bzw. einer übermäßigen Erschütterung wieder beseitigt.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Verriegelung zwischen Wechslerteil 1 und Werkzeug 10 als schwenkbarer Haken mit zugeordneter Klaue ausgebildet. Das ist eine sehr zweckmäßige, aber keineswegs die einzige Ausführung zur Praktizierung der Erfindung. Anstelle des schwenk­ baren Hakens kann beispielsweise auch ein linear verschiebbarer, ggfs. keilförmig ausgebildeter Riegelbolzen vorgesehen sein, der sich entweder parallel zu den Bolzen 3 und 4 oder senkrecht dazu erstreckt, und der auch nicht mit einer Klaue zusammenwirken muß, sondern z. B. auch mit einer Öse, ggfs. einer Langloch-Öse zusammenwirken kann. Dem Fachmann bereitet es keine Schwierigkeiten, entsprechende alternative Konstruktionen aufzufin­ den. Im übrigen ist die Erfindung auch nicht auf fernbediente Schnell­ wechselsysteme beschränkt, sondern ebenso auch bei handbedienten Schnell­ wechselsystemen anwendbar, bei denen die Verriegelung am ruhenden Werkzeug von Hand erfolgt.

Claims (7)

1. Schnellwechselsystem zur Befestigung eines Baggerwerkzeugs an einem Bagger, umfassend ein gehäuseartiges Wechslerteil, das mit zwei parallelen Bolzen an den Stiel bzw. das Druckstück des Baggers angelenkt und mit zwei weiteren Verbindungen lösbar an dem Bagger­ werkzeug befestigt ist, wobei die eine Verbindung als Lager zur Aufnahme eines werkzeugseitigem Gegenlagers und die zweite Verbindung als eine zwischen dem Gehäuse und dem Werkzeug wirkende Verriegelung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet daß das Wechslerteil (1) an oder nahe seinem dem Lager (3, 9) abgewandten Ende mit einer Andruck­ fläche (15) und das Werkzeug (10) mit einer zugeordneten, schräg zum Werkzeug hin verlaufenden Gegendruckfläche (16) versehen sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Wechslerteil bei aufgenomme­ nem Werkzeug an dem werkzeugseitigen Gegenlager (11) und der Gegen­ druckfläche (16) anliegt und in dieser Stellung gegen ein Abheben von der Gegendruckfläche (16) verriegelbar ist.

2. Schnellwechselsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Verriegelung als eine gegen die Gegendruckfläche (16) wirken­ de Keilverriegelung ausgebildet ist.

3. Schnellwechselsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelung einen am Wechslerteil (1) gelagerten Haken (8) umfaßt, der in Eingriffsstellung mit der Anlagefläche (18) einer werkzeugseitigen Klaue (12) schwenkbar ist.

4. Schnellwechselsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlagefläche (18) geneigt zur Normalen auf die Gegendruckfläche (16) verläuft, wobei der Winkel zwischen der An­ lagefläche und der besagten Normalen im Selbsthemmungsbereich liegt.

5. Schnellwechselsystem nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet daß die Keilverriegelung in Schließrichtung druckbe­ lastet ist.

6. Schnellwechselsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haken (8) mit einer Feder (13) in die Eingriffsstellung beaufschlagt ist, und daß ein Stellmotor (Hubzylinder 14) zum Ver­ schwenken des Hakens aus der Eingriffsstellung heraus vorgesehen ist.

7. Schnellwechselsystem nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (18) der Klaue nahe ihrem dem Haken (8) zugewandten Ende mit einer Ausnehmung (19) versehen ist, hinter der eine Arretierungs-Nase (20) ausgebildet ist, deren Spitze im wesentlichen in der Ebene der Anlagefläche (18) liegt.