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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hubstapler
oder der Gabelstapler. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf
ein aktives Niveauregulierungssystem für einen Gabelstapler, durch
das die Vertikalstellung des Mastes unabhängig von Schwankungen in der
Oberfläche
eingestellt werden kann, über
die der Gabelstapler fährt.
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STAND DER
TECHNIK
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Gabelstapler
werden allgemein in Warenhäusern
zum Transport von Lasten von einem Ort nach einem anderen benutzt.
Diese Lasten werden gewöhnlich
in Hochregallagern dicht benachbart zueinander angeordnet, und es
werden Aufstellungsorte durch Regalinstallationen gebildet, die
dicht benachbart zueinander angeordnet sind, um den Lagerraum maximal
auszunutzen, und diese Regale können
sich bis zu einer Höhe
von 15 m und darüber
hinaus erheben. Die Gabelstapler werden benutzt, um Aufstellungsorte
innerhalb der Regale zugänglich
zu machen, und sie besitzen hohe Masten, um diese oberen Regalhöhen zugänglich zu
machen, damit die Güter
abgesetzt und entfernt werden können,
die gewöhnlich
auf Paletten angeordnet sind. In vielen Fällen fährt der Führer eines Gabelstaplers die
Gabeln auf verschiedene Höhen,
um eine Entnahme zu ermöglichen.
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In
der Umgebung derartiger Warenhäuser muss
der Gabelstapler so gesteuert werden, dass sein Mast in einer vertikalen
Stellung zwischen den aufrecht stehenden Regalen stabilisiert wird.
Der Spalt zwischen dem Gabelstapler und dem Regal ist im typischen
Fall auf 100 mm begrenzt, und bisher war es daher kritisch, dass
der den Gabelstapler tragende Boden äußerst genau in einer Ebene
installiert werden musste, und es musste eine Nivellierung derart
getroffen werden, dass der Einfluss des Mastes des Gabelstaplers
minimiert wurde, um ihn zwischen den aufrecht stehenden Regalen
ausgerichtet zu halten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Mast
eines Gabelstaplers, der in einem Abstand von 100 mm von den Regalen
arbeitet, 15 m hoch ist und in Bruchteilen eines Grades von der
Senkrechten gehalten werden muss. Wenn der Mast sich bis zu dem oberen
Niveau der Regale erstreckt, dann werden die Forderungen bezüglich der
Senkrechtstellung besonders groß.
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Bei
Regalinstallationen hoher Dichte sind die Gabelstapler innerhalb
der für
die Durchfahrt vorgesehenen Gänge
der Regale eingefangen, und sie müssen in den gleichen definierten
Pfaden fahren, um auf ihren Routen Speicherplätze auszuwählen. Die definierten Pfade
repräsentieren
festgelegte Positionen für
die Räder
des Gabelstaplers, und der Gabelstapler läuft immer auf dem gleichen
Pfad. Bei früheren
bekannten Systemen war es die Regel, dass die Oberfläche der
definierten Pfade die vertikale Stabilität des Mastes des Gabelstaplers
steuerte, wenn er in jedem der Regalgänge wirksam war.
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Die
Sicherheit und Wirksamkeit der Materialbehandlungsoperationen waren
früher
durch den flachen Aufbau und die Nivellierung der Bodenoberfläche beschränkt, da
die Gabelstapler keine Aufhängung
oder Mittel aufwiesen, um Unregelmäßigkeiten der Oberfläche zu glätten. Tatsächlich war
es bei den bekannten Aufhängesystemen
für den
Gabelstapler möglich,
dass eine Anlehnung gemäß Belastungen erfolgte,
und dadurch wurde das Problem verschlimmert. Unregelmäßigkeiten
in der Oberfläche
zwingen die bekannten Gabelstapler, sich an die Regale anzulehnen,
und in vielen Fällen
wird dadurch die Geschwindigkeit der Gabelstapler derart begrenzt,
dass der dynamische Effekt des Betriebs auf einer unregelmäßigen Oberfläche minimiert
wird. Derartige Gabelstaplerausbildungen können einfach nicht arbeiten,
weil eine Kollision mit dem Regal besteht.
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Die
gegenwärtig
an die Bauindustrie gestellten Forderungen, die Böden eben
und auf einem einheitlichen Niveau zu halten, sind extrem schwierig
zu erfüllen.
In vielen Fällen
kann dies nur erreicht werden, indem die Oberfläche nach ihrer Fertigstellung abgeschliffen
wird, aber dies ist eine Praxis, die sowohl zeitaufwändig als
auch kostspielig ist.
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Es
sind auch Systeme bekannt, um Gabelstapler in Querrichtung zu nivellieren
und zu stabilisieren.
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Die
US 3 937 339 beschreibt
einen Gabelstapler zur Bewegung einer Last mit einem lasttragenden
Bauteil zum Abstützen
der Last, wobei der Gabelstapler Mittel aufweist, um die Vertikalachse
im Wesentlichen parallel zur Gravitationsachse zu halten, die auf
die Last einwirkt, wobei die Neigung des Gabelstaplers zwischen
den Radführungen
gesteuert wird, wenn der Gabelstapler längs einer unebenen Oberfläche fährt, die
von der Horizontalen abweicht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Systeme
zu vermeiden, indem ein relativ einfaches und kostengünstiges
System geschaffen wird, das dynamisch innerhalb eines beweglichen
Szenariums wirksam wird.
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Gelöst wird
die gestellte Aufgabe durch einen Gabelstapler entsprechend dem
Patentanspruch 1.
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Die
Erfindung schafft ein System, wodurch das Niveau des Gabelstaplers
aufrecht erhalten und demgemäß die Vertikalstellung
des Mastes stabilisiert wird, wenn sich der Gabelstapler aktiv mit
verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt und auf dynamische Einflüsse reagiert,
während
eine Stapelung in hohen Regalinstallationen mit schmalen Gängen erfolgt.
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Der
Gabelstapler ist mit Mitteln versehen, um die vertikale Ausrichtung
des Mastes eines Gabelstaplers aufrecht zu erhalten, während dieser
auf unebenen Böden
und unregelmäßigen Flächen fährt, wodurch
die Unregelmäßigkeiten
des Bodens und zugeordnete dynamische Kräfte kompensiert werden, indem
im typischen Fall die Laufhöhe
eines oder mehrerer Räder
automatisch so eingestellt wird, dass die Neigung des Gabelstaplers
zwischen der Radführung
und der Höhendifferenz
zwischen Vorder- und Hinterachse gesteuert wird.
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Vorzugsweise
ist der Gabelstapler mit einem aktiven durch Servo unterstützten gesteuerten
Aufhängesystem
versehen, das es ermöglicht,
dass die Räder
des Gabelstaplers wenigstens eine gewisse automatische Höheneinstellung
bewirken. Wenn demgemäß ein Gabelstapler
mit einem Stoß oder
einer Vertiefung konfrontiert wird, dann wird die Laufhöhe des betreffenden
Rades so eingestellt, dass eine Kompensation hinsichtlich dieser
Unregelmäßigkeit
erfolgt, wodurch gewährleistet
wird, dass das Fahrzeug nivelliert bleibt, so dass der Mast vertikal
zu der Horizontalachse verbleibt. Im typischen Fall wird durch Einstellung
eines Rades oder mehrerer Räder die
Unregelmäßigkeit
der Bodenoberfläche
kompensiert, damit der Mast in beiden Achsen vertikal verbleibt.
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Weitere
bevorzugte Merkmale ergeben sich aus den beiliegenden Unteransprüchen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1A ist
eine schematische angenommene Seitenansicht der Hauptbauteile eines
typischen Gabelstaplers gemäß dem Stande
der Technik;
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1B ist
eine Grundrissansicht des Gabelstaplers gemäß 1A;
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2 zeigt
sehr vereinfacht die strukturelle Radaufhängung eines typischen Gabelstaplers,
der gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Vorderradaufhängung, die ein aktives Aufhängesystem
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
nach 2 bildet;
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4A ist
eine Seitenansicht eines Vorderrades eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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4B ist
eine Grundrissansicht des Teils des Gabelstaplers, der in 4A dargestellt
ist;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht der Radaufhängevorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 ist
ein Horizontalschnitt durch die Aufhängung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
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7 ist
ein Vertikalschnitt durch die Aufhängung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
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8 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Radaufhängevorrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9 zeigt
einen Horizontalschnitt durch die Aufhängung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;
und
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10 zeigt
einen Vertikalschnitt durch die Aufhängung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
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EINZELBESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Beispiel 1
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Die 1A und 1B zeigen
eine typische bekannte Gabelstapleranordnung, die auf Rädern 1 läuft. Das
Chassis besteht aus einer massiven Konstruktion, und die Räder sind
ohne Aufhängung
eingesetzt. Die Gabeln 2 sind längs des Gabelstaplermastes 3 höhenverschiebbar,
um ausgedehnte Höhen
zu erreichen.
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2 ist
eine vereinfachte Darstellung des Chassis 3 eines Ausführungsbeispiels
eines Gabelstaplers gemäß der Erfindung.
Am Chassis sind Sensoren 4 fixiert, und es können Höhendifferenzen
zwischen der vorderen und der hinteren Achse 6 und 7 ausgewertet
werden. Außerdem
ist ein Sensor 5 an der Chassisachse 6 zwischen
der rechten und der linken Radaufhängung angeordnet, um Höhendifferenzen
zwischen den Vorderrädern 1 auswerten
zu können.
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3 ist
eine Ansicht der Arme, die die Vorderräder des Gabelstaplers tragen.
Ein Vorderrad 1 wird von einem Aufhängearm 8 getragen,
der am Chassis des Fahrzeugs über
ein Schwenkgelenk 9 angelenkt ist, wodurch beide Vorderräder mit
einer Aufhängung
versehen sind. Die aufgehängten
Vorderräder
sind in der Höhe über ein
Schwenkgelenk einstellbar, das am Aufhängearm 8 über eine
elektrische Antriebseinheit und Servoventile 15 betätigbar ist,
die mit den Aufhängearmen über eine
Verbindungsstange 11 und die Schwenklager 12/13 verbunden
sind. Die elektrische Antriebseinheit ist mit der Verbindungsstange 11 über ein
gekröpftes
Auflager 14 verbunden.
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Auf
diese Weise kann die Höhe
der Vorderräder 1 durch
die elektrisch betätigten
Servoventile 15 mit geringen Toleranzen eingestellt werden.
Das gekröpfte
Auflager 14 ermöglicht
es, die Bewegungen der Servoventile 15 in kleine vertikale
Bewegungen der Räder 1 umzusetzen,
und so kann das Rad mit erheblicher Empfindlichkeit bewegt werden.
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Das
Aufhängesystem
ist unabhängig
für jedes
Vorderrad 1 eines Gabelstaplers vorgesehen, und es wird über ein
Servosystem über
einen Sensor 4 aktiviert, um die Höhendifferenzen zwischen Vorderachse 6 und
Hinterachse 7 auszugleichen und ein an der Vorderachse 6 fixierter
Sensor steuert die Höhendifferenz
zwischen den vorderen und hinteren Radführungen.
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Der
Sensor 4 aktiviert das Aufhängesystem an einem der Vorderräder 1,
um die Höhendifferenz zwischen
der Hinterachse und dem Vorderrad 1 auszugleichen. Gleichzeitig
aktiviert der Sensor 5 das System an dem anderen Vorderrad 1,
wodurch die korrekte Höhendifferenz
zwischen den Vorderrädern 1 aufrecht
erhalten bleibt.
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Durch
Steuerung der Höhendifferenz
zwischen den vorderen und hinteren Achsen sowie der Differenz der
Vorderradführungen
ist das System so konstruiert, dass das Chassis des Gabelstaplers
in einem nivellierten Zustand verbleibt, und zwar sowohl bei stätionärem Fahrzeug
als auch bei beweglichem Fahrzeug. Hierdurch können geringe Niveauänderungen
im Boden ausgeglichen werden.
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Beispiel 2
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Bei
einem abgewandelten Ausführungsbeispiel
gemäß 4A und 4B besitzt
der Gabelstapler eine Speichereinheit, in der Daten gespeichert
sind, die den Veränderungen
der Oberflächenbeschaffenheit
in dem zu durchlaufenden Pfad entsprechen. Wenn der Gabelstapler
einen solchen Pfad durchläuft,
dann wird der Gabelstapler automatisch hydraulisch derart eingestellt,
dass die Veränderungen
im Boden kompensiert werden, indem die Signale von der Speichereinheit
den hydraulischen Kolben zugeführt
werden, die die Radeinheiten mit dem Chassis des Gabelstaplers verbinden.
Obgleich der Gabelstapler einen Pfad durchläuft, der Unebenheiten oder
Abweichungen von der Horizontalen aufweist, kann der Gabelstapler
sicher und stabil Lasten entlang einem Pfad fördern, beispielsweise entlang einem
Gang zwischen Regaleinheiten.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
besitzt der Gabelstapler zwei spezielle Teile, nämlich eine elektronische Profilkorrektureinrichtung,
die eine Aufzeichnung von Oberflächenunregelmäßigkeiten
enthält
und eine aktive Aufhängeeinheit,
die so angeordnet ist, dass sie über
einen geeigneten Algorithmus betätigt
wird, um die unregelmäßige Oberfläche, die in
der elektronischen Profilkorrektureinrichtung gespeichert ist, zu
kompensieren, wobei die Profilkorrektureinrichtung Informationen über sämtliche
Gänge enthält. Die
Daten können
auf entnehmbaren Datenspeichermedien, beispielsweise Flashcards,
gespeichert werden. Ein für
jeden Gang spezifischer Tachometer kann zu Beginn und am Ende eines
jeden Ganges automatisch an- bzw. abgeschaltet werden.
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Ein
Simulatorfahrzeug mit einem Neigungsmesser und einer zugeordneten
Messelektronik an Bord wird benutzt, um die Daten zur Speicherung
auf der Flashcard zu erzeugen. Diese Flashcard kann dann vom Simulator
entfernt und in eine geeignete Fassung des Gabelstaplers eingesetzt
werden.
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Der
Gabelstapler und der Simulator können ihre
Position über
verschiedene Verfahren bestimmen. GPS-Einheiten ermöglichen
eine Positionsbestimmung, obgleich die Einheiten, die gegenwärtig für nicht
militärische
Zwecke verfügbar
sind, eine ungenügende
Genauigkeit aufweisen können.
Sichtbare oder auf andere Weise detektierbare Markierungen könnten um
das Warenhaus herum verteilt werden, beispielsweise in oder über den
Gängen
oder an der Decke, und geeignete optische oder andere Detektoren
auf dem Gabelstapler/Simulator können
diese detektieren oder Signale hiervon empfangen. Die Drehung der
Räder könnte auch überwacht
werden, um den Abstand zu bestimmen, über den sich der Gabelstapler bewegt;
durch Überwachung
der Räder auf
beiden Seiten des Gabelstaplers können auch Kurvenfahrten detektiert
werden. Natürlich
kann auch eine Kombination dieser Verfahren benutzt werden.
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In
den 4A und 4B ist
ein fester Hauptrahmen 16 eines Gabelstaplers mit einer
abgewandelten Aufhängung
gezeigt. Das Vorderrad 18 ist in einem Hilfsrahmen 19 montiert,
der um einen Bolzen 17 verschwenkt werden kann. Die Position
des Hilfsrahmens 19 relativ zum Chassis wird durch einen
Hydraulikkolben 20 gesteuert, der in Abhängigkeit
von der örtlichen
Erhöhung
auf der Oberfläche aktiviert
wird. Es ist klar, dass diese Aufhängeanordnung in Verbindung
mit dem ersten Beispiel benutzt werden kann und dass (wahlweise)
die Aufhängeanordnung
des ersten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit diesem Beispiel benutzt werden könnte.
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Bei
den oben genannten Beispielen kann die vertikale Höhe der Räder eingestellt
werden, um das Chassis des Gabelstaplers in einem Niveauzustand zu
halten.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung einen Gabelstapler
betrifft, der in der Lage ist, längs
einer unebenen und unregelmäßigen Oberfläche zu fahren
und der dynamisch auf derartige Unebenheiten anspricht und seinen
Mast in Vertikalrichtung aufrecht erhält. Hierdurch wird vermieden,
dass der Boden in den Warenhäusern
auf kostspielige Weise und zeitaufwändig eingeebnet wird.
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In
den 5, 6 und 7 ist ein
drittes Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem die Aufhängeanordnung
geeignet ist zur Benutzung in Aufhängesystemen, wie sie oben beschrieben
wurden. Es ist ein Arm 100 ersichtlich, der einen Teil
des Chassis des Gabelstaplers bildet, und ein Rad 102 ist
benachbart zu dem Arm dargestellt und auf einer Achse 104 montiert,
die durch die Mitte des Rades 102 und durch eine geeignete
Bohrung 106 des Armes 100 hindurchsteht.
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Die
Achse 104 ist nicht durchgehend gerade. Ein allgemein gerader
erster Abschnitt 108 ist an einem allgemein geraden zweiten
Abschnitt 110 über eine
Kurbel 112 verbunden. Auf diese Weise verlaufen die Achsen
der Abschnitte 108, 110 parallel zueinander etwas
seitlich versetzt. Diese Versetzung sollte größenordnungsmäßig gleich
oder etwas größer sein
als die erwartete Veränderung
der Bodenhöhe,
d.h. sie sollte zwischen 1 und 10 mm liegen. 5 mm ist ein in der
Praxis geeigneter Wert.
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Das
Rad 102 kann sich über
den Abschnitt 108 der Achse 104 unter Benutzung
eines geeigneten Kugellagers 114 usw. drehen. In gleicher
Weise ist der Abschnitt 110 der Achse 104 innerhalb
des Chassisarmes 100 in der Lage, sich innerhalb der Bohrung 106 unter
Benutzung eines zweiten Kugellagers 116 oder dergleichen
zu drehen. Infolgedessen werden zwei unabhängige Bewegungsformen des Rades 102 erreicht.
Wenn sich das Rad 102 um die Achse 104 dreht,
ist das Fahrzeug in der Lage, sich nach vorn zu bewegen. Wenn die
Achse 104 sich innerhalb der Bohrung 106 des Armes 100 dreht,
beschreibt das Rad 102 eine Kreisbewegung, und auf diese
Weise ändert
sich die Höhe
sinusförmig.
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Um
diese Anordnung bei der vorliegenden Erfindung zu benutzen, erstreckt
sich ein fester Arm quer auf der Innenseite des Armes 100.
Der Arm ist an der Achse 104 festgelegt, und demgemäß bewirkt eine
Drehung des Hebels 118 eine Drehung der Achse 104 innerhalb
des Armes 100, wodurch demgemäß die Höhe des Rades 102 eingestellt
wird. Ein hydraulisch gesteuerter Kolben 120 ist an einem
Ende des Armes 100 bei 122 fixiert, und das andere
Ende ist mit dem Hebel über
einen geeigneten drehbaren Stift 124 verbunden. Wenn demgemäß der Hydraulikzylinder 120 betätigt wird,
dann wird das Ende des Hebels 118 bewegt und beschreibt
einen Kreisbogen um den relevanten Abschnitt 110 der Achse 104 und bewirkt,
dass sich die Achse 104 in ihrer Bohrung 106 im
Arm 100 dreht und den Mittelpunkt des Rades 102 anhebt
oder absenkt. Der Hydraulikzylinder 120 bewirkt daher eine
sehr feinfühlige
Steuerung der Höhe des
Rades 102 und ermöglicht
es, dass das Rad 102 derart eingestellt wird, dass es Veränderungen
in der Oberfläche
kompensiert, über
der das Rad läuft.
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Im
Folgenden wird ein viertes Ausführungsbeispiel
in Verbindung mit den 8, 9 und 10 beschrieben.
Zahlreiche Einzelteile stimmen mit jenen des dritten Ausführungsbeispiels
gemäß 5, 6 und 7 überein und
sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Demgemäß trägt ein Arm 200,
der einen Teil des Chassis des Gabelstaplers bildet, ein Rad 202.
Das Rad 202 wird von einer gekröpften Achse 204 getragen,
die in einer Bohrung 206 im Arm 200 sitzt. Die
Achse 204 hat, wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel,
einen ersten geraden Abschnitt 208 innerhalb des Rades 202 und
einen zweiten geraden Abschnitt 210 innerhalb des Armes 200,
und diese sind über
einen Kurbelabschnitt 212 verbunden, und die Achsen der
Abschnitte 208 und 210 verlaufen demgemäß parallel
zueinander, aber sie sind um einen kleinen Abstand zwischen 1 und
10 mm gegeneinander versetzt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist der im Arm 200 gelagerte Achsabschnitt 206 mit
einem außen
verzahnten Rad 226 versehen. In der Praxis kann dies ein
komplettes Zahnrad sein, bei dem sich die Verzahnung über einen
Winkel von 360° um
die Achse 104 erstreckt, oder es kann ein teilweise verzahntes
Rad sein, das nur einen erforderlichen Zahnabschnitt aufweist (wie
dies in 8 dargestellt ist).
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Ein
Elektromotor 228 ist auf der Abtriebswelle vorgesehen,
auf der ein Ritzel 230 montiert ist, das mit dem Zahnrad 226 kämmt. Wenn
der Motor 238 eingeschaltet wird, dann treibt das Ritzel 230 das Zahnrad 226 und
dreht die Achse 204 in ihrer Bohrung 206 im Arm 200.
Dadurch wird die Höhe
des Rades 202 eingestellt. Wie in den 8, 9 und 10 dargestellt,
ergibt die Kombination von Zahnrad und Ritzel ein geeignetes Getriebe
am Ausgang des Motors 228, so dass äußerst feinfühlig die vertikale Einstellung
der Lage des Rades 202 erfolgen kann. Falls erforderlich,
kann, wie in den 8, 9 und 10 dargestellt,
ein Getriebe 232 zwischen dem Motor 228 und dem
Ritzel 230 angeordnet werden, um eine weitere Untersetzung
und demgemäß eine höhere Empfindlichkeit
zu bewirken. Das Getriebe 232 kann natürlich das Ritzel 230 und
das Zahnrad 226 aufweisen oder dieses ersetzen.
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Es
ist natürlich
klar, dass zahlreiche Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
getroffen werden können,
ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.