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Gegenstand
der Erfindung ist ein bewegungssynchronisierter Ladekran für Holzhandhabungsvorrichtungen,
der
- – ein
mit Drehvorrichtung ausgestattetes Fußteil zum Anbauen des Ladekrans
an eine Trägermaschine,
- – einen
an das Fußteil
angelenkten Hauptarm,
- – einen
an den Hauptarm angelenkten Knickarm,
- – einen
Hubzylinder, der mit seinem einen Ende an das Fußteil und mit seinem anderen
Ende direkt oder indirekt an den Hauptarm zum Bewegen desselben
angelenkt ist,
- – einen
an den Knickarm direkt oder indirekt gefügten Hebel zum Bewegen des
Knickarms und
- – einen
Verschiebezylinder, der mit seinem einen Ende am Hauptarm und mit
seinem anderen Ende über
ein erstes Gelenk an besagten Hebel gefügt ist, umfasst.
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Derartige
bewegungssynchronisierte Ladekräne
werden besonders in Holzerntemaschinen eingesetzt. Der Ladekran
trägt verschiedene
Holzbehandlungsvorrichtungen wie Prozessoraggregat, Fällaggregat
oder Holzgreifer. Ein solcher Ladekran kann dank seiner Eigenschaften
erfolgreich in der Holzernte und beim Fällen der Bäume in gewünschter Weise eingesetzt werden.
Die vorherrschenden Einsatzmethoden sind Durchforstung und Endnutzung.
Der Ladekran ist im Allgemeinen mit Bolzen, die durch eine Flanschplatte
geführt
sind, am Rahmen der Holzerntemaschine befestigt.
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Man
kennt bereits einen in Forstmaschinen eingesetzten Holzladekran,
der einen separaten Hubarm und einen Knickarm und diese Arme betätigende
Hydraulikzylinder umfasst, wobei die Arme unabhängig voneinander arbeiten.
Die Bewegungsbahn des Hauptarmes und die Bewegungsbahn des Knickarmes
sind also dabei nicht miteinander gekoppelt. Beim Betrieb des Ladekrans
müssen
dabei, um eine kontrollierte Bewegungsbahn zu erzielen, im Allgemeinen
zwei verschiedene Steuerbewegungen gleichzeitig durchgeführt werden.
Bei der Holzernte tritt meistens eine im Wesentlichen waagrechte
Bewegungsbahn auf. Manuell ist eine solche Bewegungsbahn nur sehr
schwer zu erzielen, so dass es im Allgemeinen zu einer mit Auf-
und Abschwingen verbundenen Bewegungsbahn kommt, was sowohl für die Last
als auch für
das Gerät
nachteilig ist.
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Aus
der Schrift
US 5,197,615 kennt
man ein so genanntes Weitwinkelgelenk, bei dem die Bewegungen der
Arme außerdem
miteinander gekoppelt sind. Neben dem großen Winkelbereich vermag dieser
Gelenkmechanismus auch das oben genannte Problem zu lösen. Unter
Benutzung nur eines Hydraulikzylinders vollführt das freie Ende des Pendelarms
eine im Wesentlichen waagrechte Bewegung (
4). Aus
der gleichen Zeichnung geht auch die typische Konstruktion des Weitwinkelgelenks
hervor, bei dem der äußerste Arm über einen
Hebel betätigt wird,
der separat durch eine Zwischenstange an den vorangehenden Arm gebunden
ist.
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Aus
der internationalen Patentschrift WO97/41056 kennt man einen Ladekran,
bei dem zwei andere Gelenkmechanismen gezeigt sind, die das oben
genannte Problem zu lösen
vermögen.
Der ein Weitwinkelgelenk enthaltende Gelenkmechanismus nach 1 ist
in seiner Konstruktion einfach, erfordert aber eine hochgenaue Dimensionierung.
Der Gelenkmechanismus nach 2 stellt
eine vereinfachte Version dar, bei der die Bewegungen der Arme gekoppelt
sind. Der den Knickarm betätigende
Hydraulikzylinder ist mit seinem unteren Ende an den Hauptarm und
mit seinem oberen Ende an die Knickarm-Verlängerung angelenkt, die unmittelbar
den den Knickarm betätigenden
Hebel bildet. Hier verdient auch der Umstand Beachtung, dass der
Hauptarm, die Knickarm-Verlängerung
und der Zylinder ein Dreieck bilden, in dem durch Veränderung
der Zylinderlänge
der Winkel zwischen den zwei Seiten konstanter Länge verändert wird. Im in 2 gezeigten Fall
sind die Bewegungsbahnen der Arme mit Hilfe des Hubzylinders so
miteinander gekoppelt, dass dessen unteres Ende auf bekannte Weise
ans Fußteil
und dessen oberes Ende an die Knickarm-Verlängerung, und zwar an den gleichen
Bolzen wie der Verschiebezylinder, angelenkt ist.
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Dieser
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gegenüber dem
Stand der Technik leistungsfähigeren,
aber gleiche Gewichts- und Dimensionseigenschaften aufweisenden
Ladekran zu schaffen. Erreicht wird dies erfindungsgemäß mit den
in den Patentansprüchen
definierten Merkmalen. Präziser
gesagt ist für
die erfindungsgemäße Vorrichtung hauptsächlich kennzeichnend,
dass der Hauptarm als Teleskoparm ausgeführt ist und einen ans Fußteil angelenkten
Rahmen und ein linear zu diesem bewegliches Teleskopteil umfasst.
Der Verschiebezylinder des Ladekrans dient dazu, das Teleskopteil
relativ zum Rahmen des Hauptarms zu bewegen, und das Teleskopteil
ist über
ein erstes Gelenk an einen den Knickarm betätigenden Hebel angelenkt. Der
Ladekran hat eine Zwischenstange, die mit ihrem einen Ende an den
Rahmen des Hauptarms und mit ihrem anderen Ende über ein zweites Gelenk an den
besagten Hebel angelenkt ist, wobei sich dieses zweite Gelenk in
einem Abstand von besagtem ersten Gelenk befindet.
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Im
Zusammenhang mit der Erfindung wird für den Hub- und den Knickarm
auch die Sammelbezeichnung Ausleger benutzt. Der Hubzylinder kann neben
dem eigentlichen Hubzylinder auch den (dazugehörigen) Mechanismus umfassen.
Der Hub- und der Verschiebezylinder, die den Ausleger steuern, werden
auch als Antriebszylinder bezeichnet. Mit der Erfindung werden beträchtliche
Vorteile erzielt. Bei dem Ladekran nach dieser Erfindung ist der
Hubzylinder auf dem Hauptarm, d.h. oberhalb desselben angeordnet
und befindet sich somit nahe bei der Trägermaschine und ist beim Bewegen
des Ladekrans geschützt.
Auf diese Weise wurde eine schmale Konstruktion des Ladekrans erreicht,
so dass der Maschinenführer
ein freieres Gesichtsfeld als bei den bekannten Konstruktionen hat.
Bei einer Ausführungsform
ist der Verschiebezylinder innen im Hauptarm und damit geschützt angeordnet.
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Wenngleich
der erfindungsgemäße Gelenkmechanismus
sowohl in Verbindung mit Weitwinkelkranen als auch mit einfachen
Gelenkkranen zur Anwendung gebracht werden kann, so bildet doch
der bewegungssynchronisierte Ladekran nach Anspruch 2 eine besonders
vorteilhafte Ausführungsform,
weil sich bei ihm die Synchronisierung außerordentlich leicht bewerkstelligen
läßt mit der
Folge, dass in Arbeitssituation die Bewegungsbahn der Knickarmspitze
im Wesentlichen geradlinig verläuft.
Bei einer anderen Ausführungsform
wird das Teleskopteil des Hauptarms durch Einsatz von Gleitführungen
linear gestaltet. Gemäß einer
dritten Ausführungsform
ist die Zwischenstange einschließlich ihrer Gelenke dazu eingerichtet,
zur Verringerung der Momentlast des Teleskopteils Seitenkräfte aufzunehmen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen und unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Ladekran;
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2 einen
erfindungsgemäßen Ladekran in
gestreckter Stellung;
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3 einen
anderen erfindungsgemäßen Ladekran,
an ein Trägerfahrzeug
angebaut;
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4 einen
dritten erfindungsgemäßen Ladekran;
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5 einen
Schnitt V-V nach 1.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Ladekran
gezeigt, der ein mit Drehvorrichtung ausgestattetes Fußteil 1,
mit dem er an die Trägermaschine
angebaut wird, hat. An dem Fußteil 1 ist
der Ladekran-Ausleger angeordnet, der einen Hauptarm 2 und
einen Knickarm 7 umfasst. Angetrieben werden die Arme von
zwei Hydraulikzylindern, nämlich
dem Hubzylinder 3 und dem Verschiebezylinder 5.
Der Hauptarm 2 ist als Teleskopkonstruktion ausgeführt und
umfasst den ans Fußteil 1 angelenkten
Rahmen 2' und
das linear zum Hauptarm 2 bewegliche Teleskopteil 6.
Zwischen dem Rahmen 2' und
dem Teleskopteil 6 sind weiter unten näher beschriebene Gleitführungen
angeordnet. Der Verschiebezylinder 5 des Knickarms 7 ist
innen im Rahmen 2' des
Hauptarms 2 angeordnet und dient dazu, das Teleskopteil 6 des Hauptarms 2 relativ
zum Rahmen 2' des
Hauptarms zu bewegen. Der Verschiebezylinder 5 ist bevorzugt ins
untere Teil des Hauptarms 5 gefügt. Der Hubzylinder 3 ist
auf der zum Knickarm 7 entgegengesetzten Seite des Hauptarms 2 im
Wesentlichen parallel zum Hauptarm 2 und so in der Bewegungsebene
der Arme angeordnet, dass er mit seinem einen Ende an die Montageplatte 4 des
Fußteils
und mit seinem anderen Ende an den weiter unten beschriebenen Hebel 9 angelenkt
ist.
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Das
Teleskopteil 6 ist über
das erste Gelenk 12 an den den Knickarm 7 bewegenden
Hebel 9 angelenkt. Außerdem
ist das Teleskopteil 6 mit seinem Ende an das untere Gelenk 22 des
Knickarms 7 angelenkt. Der Ladekran hat eine feste Verbindungsstange 8,
die mit ihrem einen Ende an den Rahmen 2' des Hauptarms 2 und mit
ihrem anderen Ende an das in einem Abstand vom ersten Gelenk 12 befindliche
zweite Gelenk 13 des besagten Hebels 9 angelenkt
ist. Der Hubzylinder 3 ist über dem Hauptarm 2 angeordnet
und an den besagten Hebel 9, der den Knickarm 7 bewegt, über das
dritte Gelenk 14 angelenkt, das sich in einem Abstand von
besagtem zweiten Gelenk 13 auf der zu besagtem ersten Gelenk 12 entgegengesetzten
Seite befindet. Der Hebel 9 bildet ein Teil des so genannten
Weitwinkelgelenks, in dem der Hebel 9 den Knickarm 7 über die
Kraftübertragungsstange 10 bewegt.
Diese Kraftübertragungsstange 10 ist
mit ihrem einen Ende an das besagte zweite Gelenk 13 des
Hebels 9 und mit ihrem entgegengesetzten Ende ans obere
Gelenk 23 des Knickarms 7 angelenkt. Die Verbindungsstange 8 und
die Kraftübertragungsstange 10 einschließlich ihrer
Gelenke nehmen Seitenkräfte
auf und verringern so die Momentlast der Gleitelemente. Der Knickarm 7 wird hier
mit Hilfe eines so genannten Weitwinkelgelenks angetrieben, mit
dem u.a. ein größerer Öffnungswinkel
erzielt wird als in dem Fall, dass der Zylinder direkt mit dem anzutreibenden
Arm verbunden ist.
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2 zeigt
den erfindungsgemäßen Ladekran
in extrem gestreckter Stellung. Das Teleskopteil 6 ist
um die Strecke L aus dem Rahmen 2' des Hauptarms 2 ausgefahren,
wobei das Weitwinkelgelenk den Knickarm in seine Stellung mit größter Reichweite
gebracht hat. Die Strecke L liefert dabei zusätzliche Reichweite. Das Teleskopgelenk
ist durch einen (nicht dargestellten) elastischen Balg geschützt.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ladekrans,
angebaut an einen Forsttraktor 20. Der Ausleger ist hier
mit einem Harvesteraggregat 21 ausgerüstet. Bei dieser Ausführungsform
bildet der Hubzylindermechanismus 3 keine einheitliche
Konstruktion vom Fußteil 1 bis
zum Hebel 9, sondern ist durch einen kürzeren eigentlichen Hubzylinder 3' und seinen
Hilfsmechanismus ersetzt. Im Wesentlichen in der Mitte des Hauptarms 2 ist
ein Gelenkteil 18 befestigt, mit dem der Hubzylinder 3' an seinem oberen
Ende verbunden ist. An diesem Gelenkteil 18 ist zwischen
dem Gelenk des Hubzylinders 3' und dem Hauptarm 2 die
Stabilisatorstange 19 angelenkt, die mit ihrem anderen
Ende an das besagte dritte Gelenk 14 des Weitwinkelgelenk-Hebels 9 angelenkt
ist. Das Gelenkteil 18 fungiert als Kraftwandler, in dem
bei Veränderung
der Hublänge
des Hubzylinders 3' die
Hublänge
der Stabilisatorstange 19 im gleichen Verhältnis verändert wird.
Durch diese Lösung
wird die Kolbenstange des Hubzylinders 3 verkürzt und
damit die Knickgefahr dieser Kolbenstange verringert. Außerdem ist
diese Konstruktion stabiler als der in 1 gezeigte
einzelne lange Hubzylinder 3. Ansonsten überträgt die Stabilisatorstange 19 die
Kraft des Hubzylinders 3' des Weitwinkelgelenks
in gleicher Weise wie ein langer Hubzylinder.
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4 zeigt
eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ladekrans.
Diese Ausführungsform
hat kein separates Hebelelement, sondern als Hebel 9' fungiert hier
eine feste Verlängerung
des Knickarms 7. Das Ende des Teleskopteils 6 des Hauptarms 2 ist über das
Gelenk 12 am Knickarm 7 und damit auch am Hebel 9' befestigt.
Weiter ist die Verbindungsstange 8 über das Gelenk 13 am
Hebel 9' befestigt,
und der Hubzylinder 3 ist über das am zur Last 21 entgegengesetzten
Ende des Knickarms 7 befindliche Gelenk 14 an
den Hebel 9' angelenkt. Infolge
Wegfalls des bei der Ausführungsform
nach 1 vorhandenen separaten Hebels 9 und
der Kraftübertragungsstange 10 wird
die Gelenkkonstruktion vereinfacht, wenngleich das mit einem kleineren Öffnungswinkel
erkauft ist.
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5 zeigt
einen Querschnitt in der Ebene V-V des Ladekrans nach 1.
Der teleskopische Hauptarm 2 hat zwischen dem Rahmen 2' und dem Oberteil 6 des
Teleskopteils angeordnete Gleitführungen 15, 16,
die eine Linearbewegung ermöglichen.
Diese Gleitführungen
bestehen bevorzugt zum Beispiel aus PTFE-Kunststoff (Teflon®)
oder einem anderen geringe Reibung aufweisenden und verschleißfesten
Werkstoff. Die Gleitführungen
können auf
jeder der beiden Seiten entweder zusammenhängend die gesamte Gleitlänge deckend
oder unzusammenhängend
aus zwei oder mehr hintereinander angeordneten Stücken bestehend
ausgeführt
sein.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
können,
um eine Linearbewegung zu ermöglichen,
am teleskopischen Hauptarm 2 auch eine oder mehrere Rollen
zwischen dem Rahmen 2' und
dem Teleskopteil 6 angeordnet sein. Meistens dürfte es
sich empfehlen, zur Aufnahme größerer Punktlasten
Rollen zu benutzen und bei kleineren Lasten mit Gleitführungen
zu operieren.
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Die
Belastung der Gleitführungen
lässt sich wesentlich
verringern indem man die Verbindungsstange 8 und die Kraftübertragungsstange 10 so
konzipiert, dass sie auch seitlich gerichtete Kräfte und Momente aufnehmen,
wobei das seitliche Pendeln der Last teilweise als Seitenkraft auf
die Kraftübertragungsstange 10 übertragen
und ein Verwinden des Teleskopteils 6 gegenüber dem
Rahmen 2' vermieden
wird.
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Der
erfindungsgemäße Ladekran
in der Ausführungsform
von 1 funktioniert folgendermaßen: Beim Arbeiten mit dem
Ladekran bewirkt man mit einer einzigen Steuerbewegung das Strecken bzw.
Einziehen des Auslegers, der einen Hauptarm 2 und einen
Knickarm 7 umfasst. Der Verschiebezylinder 5 steuert
ein Dreieck, dessen Seiten von der Verbindungsstange 8,
dem Hauptarm 2 und dem Hebel 9 gebildet werden.
In diesem Dreieck sind die Verbindungsstange 8 und der
gegenseitige Abstand der Gelenke des Hebels 9 in ihrer
Länge konstant.
Hingegen ändert
sich infolge der Wirkung des Verschiebezylinders die Länge des
Abschnitts des Hauptarmes 2. Wird mit dem Verschiebezylinder 5 auf
das Dreieck eine parallel zum Hauptarm 2 gerichtete Verschiebekraft
ausgeübt,
so kommt es zu einer Veränderung des
vom Hauptarm 2 und dem Hebel 9 eingeschlossenen
Winkels, als deren Folge die übrigen
Bewegungen entstehen. Beim Schwenken des Hebels 9 gegen
den Uhrzeigersinn in 1 bewirkt er über die Verbindungsstange 10 ein
weiteres Öffnen
des Knickarms 7. Gleichzeitig bewirkt der am dritten Gelenk
an der Spitze des in seiner Länge
unveränderlichen
Hebels 9 angreifende Hubzylinder 3 eine Reaktionskraft,
die den Hauptarm 2 zwingt, sich zu senken. Die Bewegungen
der Arme sind also miteinander synchronisiert. Daraus folgt, dass
die Spitze des Knickarms beim Arbeiten eine im Wesentlichen waagrechte
Bewegungsbahn hat.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Ladekran
werden gegenüber
den bisher bekannten Ladekranen zahlreiche Verbesserungen erzielt.
Bei dem erfindungsgemäßen Ladekran
ist der Abstand des Befestigungspunktes des Hauptarms 2 von
der Trägermaschine 20 gering,
und beide Zylinder sind unten angeordnet, so dass der Schwerpunkt
des Ladekranes ziemlich tief zu liegen kommt. Dadurch gewinnt die Trägermaschine
unter den wechselhaften Gelände- und
Belastungsbedingungen an Stabilität. Das aus dem Teleskopteil 6 resultierende
zusätzliche
Gewicht ist relativ gering. Der Verschiebezylinder 5 befindet sich
gut geschützt
im Inneren des Hubarms. Da sich weiter der Hubzylinder 3 im
Wesentlichen in gleicher Schnittebene mit dem Hauptarm 2 und
dem Knickarm 7 befindet, hat der Ladekran nur eine sehr
geringe Breite.
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Die
Zylinder 3 und 5 des Ladekrans sind vor eventuellen
Schlägen
des Knickarms oder des daran angeordneten Aggregats 21 geschützt. Der
Verschiebezylinder kann in hohem Grade zuverlässig ausgeführt werden, denn bezüglich der
Baulänge
des Zylinders brauchen keine Kompromisse eingegangen zu werden,
und z.B. die Dichtung der Kolbenstange kann auf optimale Weise verwirklicht
werden. Der Knickarm 7 kann auf bekannte Weise mit teleskopischen
Verlängerungen
ausgestattet werden. Desgleichen kann der Hauptarm an eine Säule oder
sogar an einen separaten Hubarm angebaut sein.
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Mit
dem Ladekran erzielt man eine für
die meisten Einsatzzwecke ideale Bewegungsbahn. Die wichtigsten
Dimensionen sind die gegenseitigen Abstände der Gelenke des Arms und
der Montageplatte.
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Es
versteht sich, dass die obige Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen
lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen
sollen. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen oder
in den Patentansprüchen
definierten Ausführungsformen
beschränkt,
sondern für
den Fachmann sind im Rahmen der in den Patentansprüchen definierten
Erfindungsidee zahlreiche mögliche Variationen
und Modifikationen der Erfindung offenkundig.