EP3697982B1

EP3697982B1 - Doppelwandiges mastsegment

Info

Publication number: EP3697982B1
Application number: EP18799678.0A
Authority: EP
Inventors: Siegfried TRÜMPER; Carsten Conrad; Bernd SEGSCHNEIDER; Zhiming Chen; Mykola Oleksyuk; Alexander SAUTNER; Thomas JASNIEWICZ
Original assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Current assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2024-05-22
Anticipated expiration: 2038-10-18
Also published as: DE102017124505A1; EP3697982A1; WO2019077042A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Mastsegment mit einem Obergurt, einem Untergurt und zwei seitlichen Stegblechen, wobei die Stegbleche jeweils zusammen mit dem Obergurt, dem Untergurt und von den Stegblechen jeweils seitlich beabstandeten Verstärkungsblechen jeweils seitlich am Mastsegment liegende Versteifungskästen ausbilden. Außerdem betrifft die Erfindung einen Knickmast mit einem solchen Mastsegment und einen Großmanipulator mit einem solchen Knickmast.
In JP S58 63255 U ist ein Mastsegment der oben genannten Art offenbart. Die JP 2010 112094 A betrifft hingegen ein Mastsegment mit einem Obergurt, einem Untergurt und zwei seitlichen Stegblechen, wobei ein Eintauchbereich für einen Hydraulikzylinder in dem Mastsegment vorgesehen ist. Aus JP 2005 090134 A ebenfalls ist ein Mastsegment mit einem Obergurt, einem Untergurt und zwei Stegblechen bekannt.
Aus der DE 10 2007 001 913 B4 ist ein Großmanipulator mit einem Knickmast bekannt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen solchen Großmanipulator mit aufgebauter Betonpumpe, wobei der Knickmast als Verteilermast dient, welcher eine Betonförderleitung trägt, um den von der Betonpumpe geförderten Beton zu verteilen. In der Regel müssen leistungsfähige Fahrzeuge der hier in Rede stehenden Art mit weit ausladenden Knickmasten versehen werden. Bei fahrbaren Autobetonpumpen erfordern die notwendigen Reichweiten des Knickmastes dessen Unterteilung in Mastsegmente mit Knickgelenken, welche ein Zusammenklappen des Knickmastes für den Fahrbetrieb ermöglichen. Solche Knickmasten erreichen beträchtliche Höhen und lösen ein von der Ausladung, der Länge und des Gewichtes des Mastes, aber auch von am Aufstellort herrschenden Windverhältnissen abhängiges Moment aus. Bei der Auslegung solcher Knickmasten sind diese Bedingungen zu berücksichtigen und die Mastsegmente eines solchen Knickmastes sind ausreichend steif und dennoch möglichst leicht zu konstruieren.
Die Mastsegmente solcher Knickmasten sind in der Regel aus zwei seitlich angeordneten Stegblechen sowie einem Obergurt und einem Untergurt gebildet. In der Regel werden die Mastsegmente eines solchen Knickmastes durch Hydraulikzylinder gegeneinander verschwenkt, wobei die Hydraulikzylinder im eingeklappten Zustand zwischen den Mastsegmenten des Knickmastes liegen. Dieses Konstruktionsprinzip ist aber bei großen Mastlängen problematisch. Die Entwicklung von Großmanipulatoren unterliegt dem Zwang, wegen der wachsenden Anforderungen ständig steigende Mastlängen und Reichweiten vorzusehen, jedoch das Fahrzeugprofil für den Fahrbetrieb einzuhalten. Bei fahrbaren Autobetonpumpen kommt es auch darauf an, die zulässige Fahrzeughöhe nicht zu überschreiten, um Einschränkungen für Sondertransporte zu vermeiden, die bei Überhöhe eines Fahrzeuges gefordert werden. Gerade das Zusammenfalten langer Knickmasten macht es erforderlich, die Hydraulikzylinder in die Mastsegmente eintauchen zu lassen. An besonders langen Knickmasten sind zudem besonders große Hydraulikzylinder erforderlich. Die Eintauchbereiche, in denen die Hydraulikzylinder in die Mastsegmente eintauchen, schwächen die Mastsegmente und führen zu einer geringeren Torsionssteifigkeit, die insbesondere bei langen Masten dann nicht mehr ausreichend sein kann. Eine einfache Erhöhung der Blechdicke in diesen Bereichen ist aber nicht möglich, weil auch gewisse Gewichtsgrenzen für LKW einzuhalten sind und schwerere Masten weitere Gewichtserhöhungen am Unterbau der Maschine zur Folge haben, um die Standsicherheit der Maschine zu gewährleisten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Mastsegment der oben genannten Art bereitzustellen, das den gewachsenen Anforderungen an die Reichweite von Masten gerecht wird, ohne dass damit Beeinträchtigungen in anderer Hinsicht einhergehen. Insbesondere soll ein verbessertes, leichtes und dennoch besonders torsionssteifes Mastsegment angegeben werden, welches zudem eine kompakte Faltung eines damit ausgestatteten Knickmastes ermöglicht. Außerdem soll ein Knickmast mit einem solchen Mastsegment bereitgestellt werden sowie ein Großmanipulator mit einem solchen Knickmast.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Mastsegment mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Knickmast mit einem solchen Mastsegment gemäß Anspruch 10 sowie einen Großmanipulator mit einem solchen Knickmast gemäß Anspruch 11.
Dadurch, dass die Stegbleche jeweils zusammen mit dem Obergurt, dem Untergurt und von den Stegblechen jeweils seitlich beabstandeten Verstärkungsblechen jeweils seitlich am Mastsegment liegende Versteifungskästen ausbilden, kann ein besonders torsionssteifes und leichtes Mastsegment angegeben werden, bei welchem zudem ein Eintauchen eines Hydraulikzylinder in den Zwischenraum zwischen die seitlichen Versteifungskästen möglich ist. Die seitlichen Versteifungskästen stärken das Mastsegment und führen zu einer höheren Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes, ohne dass sich hierdurch das Gewicht übermäßig erhöht. Die hohl ausgestalteten Versteifungskästen, welche durch die Stegbleche und seitlich zu diesen beabstandete Verstärkungsbleche gebildet sind, bieten eine zusätzliche Struktur des Mastsegmentes, wobei diese zusätzliche Struktur die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes erhöht. Die Struktur der seitlichen Versteifungskästen ist eine Ergänzung der Struktur des Mastsegments und bildet ein zusätzliches Teil des Mastsegments. Die seitlich am Mastsegment angeordneten Versteifungskästen werden hierzu einfach aus dem Obergurt, dem Untergurt, von den Stegblechen sowie von den Stegblechen jeweils seitlich beabstandeten Verstärkungsblechen gebildet.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Versteifungskästen zumindest bereichsweise entlang des Mastsegmentes erstrecken. Durch sich bereichsweise entlang des Mastsegments erstreckende Versteifungskästen können die Mastsegmente gezielt bereichsweise verstärkt und so die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes gesteigert werden. Die lediglich bereichsweise Verstärkung des Mastsegmentes führt zu einer nur geringen Gewichtssteigerung des Mastsegmentes bei deutlich erhöhter Torsionssteifigkeit, da besonders geschwächte Mastsegmentabschnitte bereichsweise verstärkt werden können.
Vorteilhafterweise ist innerhalb des Mastsegmentes ein sich längs erstreckender Mittelgurt angeordnet, der zusammen mit den Stegblechen und dem Obergurt oder dem Untergurt einen weiteren Versteifungskasten bildet. Dieser dritte Versteifungskasten befindet sich vorzugsweise zwischen den zwei von den Steg- und Verstärkungsblechen gebildeten Versteifungsblechen und erhöht so weiter die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Von besonderem Vorteil ist, dass die, die Versteifungskästen bildenden Stegbleche und die Verstärkungsbleche jeweils in einem Anbindungsbereich aneinander gefügt werden und damit den Erstreckungsbereich der Versteifungskästen abschließen. Durch das Aneinanderfügen der Bleche kann der durch die Versteifungskästen gebildete Erstreckungsbereich gezielt an einer Stelle entlang des Mastsegmentes abgeschlossen werden und ab dieser Stelle geht der Mast in die konventionelle Bauart mit zwei seitlichen Stegblechen und einem Ober- und Untergurt über. Zudem werden die Versteifungskästen durch das Aneinanderfügen der Steg- und Verstärkungsbleche im Anbindungsbereich verschlossen, so dass kein Wasser o.ä. eindringen und damit zu Korrosion im Inneren der Versteifungskästen führen kann.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform, dass sich die Versteifungskästen zumindest bereichsweise entlang eines Eintauchbereiches für einen Hydraulikzylinder erstrecken. Der Eintauchbereich des Hydraulikzylinders schwächt in der Regel das Mastsegment, sodass hier eine Verstärkung durch die Versteifungskästen eine besonders effektive Auswirkung auf die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes hat.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der Erstreckungsbereich der Versteifungskästen entlang des Mastsegmentes auf einen Bereich um die Anbindung des Hydraulikzylinders begrenzt ist. Besonders im Bereich der Anbindung der Hydraulikzylinder an die Mastsegmente ist die Möglichkeit der üblichen torsionssteifen Konstruktion eines Kastenprofils mit seitlichen Stegblechen und Ober- und Untergurt nur eingeschränkt oder nicht möglich, sodass eine Verstärkung mit seitlich angeordnete Versteifungskästen im Bereich der Anbindung der Hydraulikzylinder oder damit verbundener Hebelgetriebe besonders wirksam zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes ist.
Von besonderem Vorteil ist gemäß einer Ausgestaltung, dass zwischen den Versteifungskästen mindestens eine rechtwinklig zu den Versteifungskästen angeordnete Schottwand vorgesehen ist, welche den Eintauchbereich des Hydraulikzylinders zwischen den Versteifungskästen abgrenzt. Mit einer solchen Schottwand kann die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes zusätzlich erhöht werden. Eine vorteilhafte Ausführung ist, dass die Versteifungskästen bis in den Bereich eines an einem Mastsegmentende angeordneten Knickgelenkes reichen. Die Weiterführung der Versteifungskästen bis in den Bereich eines Knickgelenks hat den Vorteil, dass die Aufnahme des Knickgelenks verstärkt wird und somit eine höhere Torsionssteifigkeit bietet.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform, dass sich die Versteifungskästen von dem Mastsegmentende bis zur halben Länge des Mastsegments erstrecken. Für eine ausreichend hohe Torsionssteifigkeit reicht es aus, die Versteifungskästen von dem Mastsegmentende bis etwa zur halben Länge des Mastsegmentes zu führen. Diese bereichsweise Verstärkung durch die Versteifungskästen hat eine besonders große Wirkung auf die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Versteifungskästen jeweils eine Aussparung aufweisen, wobei die Aussparung eine zwischen den Versteifungskästen ausgebildete hohle Struktur mit den Versteifungskästen verbindet. Mit einer solchen Aussparung kann gezielt Gewicht an dem Mastsegment eingespart werden. Dadurch, dass die hohle Struktur des Mastsegmentes über die Aussparung mit der hohlen Struktur des Versteifungskastens verbunden wird, ist immer noch ein geschlossenes Mastsegment gegeben, das von innen wenig korrosionsanfällig ist. Die Aussparungen in den Stegblechen können gezielt in Bereichen der Versteifungskästen angeordnet werden, an denen die Versteifungskästen für die Torsionssteifigkeit und die Stabilität des Mastsegmentes insgesamt eine eher untergeordnete Rolle spielen.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Stegbleche und die Verstärkungsbleche in den Anbindungsbereichen aufeinander zu laufen, d.h. die Bleche laufen beispielsweise spitzwinklig aufeinander zu und sind dann im Anbindungsbereich miteinander verbunden. Damit wird der Kraftfluss im Anbindungsbereich vom Verstärkungsblech in das Stegblech sanfter gestaltet und eine geringere Kerbwirkung auf das Stegblech erreicht.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Knickmast mit einer Mehrzahl von Mastsegmenten, wobei die Mastsegmente an Knickgelenken jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment oder einem Drehschemel verschwenkbar sind, mit mindestens einem bereits und im Folgenden näher beschriebenen Mastsegment. Ein solches Mastsegment ermöglicht an einem Knickmast große Reichweiten mit einer ausreichend hohen Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes. Bevorzugt ist das erste, am Drehschemel angeordnete Mastsegment mit entsprechenden (wie zuvor und im Folgenden beschriebenen) Versteifungskästen ausgestattet. Hier ist der Hydraulikzylinder, der eine Verschwenkung zwischen ersten Mastsegment und Drehschemel ermöglicht, besonders groß und erfordert einen großen Eintauchbereich, der die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes reduziert. Gerade an diesem Mastsegment sind die vorgeschlagenen Versteifungskästen somit besonders wirksam.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Großmanipulator, insbesondere eine Autobetonpumpe, mit einem um eine Hochachse drehbaren Drehschemel mit darauf aufgebautem Knickmast. Besonders bei solchen Großmanipulatoren sind leichte und torsionssteife Mastsegmente und Knickmasten von besonderer Bedeutung um die steigenden Anforderungen bezüglich Reichweite und Höhe erfüllen zu können.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Einander entsprechende Gegenstände sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1: erfindungsgemäßer Großmanipulator,
Figur 2: erfindungsgemäßer Knickmast,
Figur 3: Knickmast in weiterer Ausführung,
Figur 4: erfindungsgemäßes Mastsegment,
Figur 5: Mastsegment in weiterer Ausführung,
Figur 6: Knickmast in weiterer Ausführung,
Figur 7: offenes Mastsegment,
Figur 8: offenes Mastsegment,
Figur 9: offenes Mastsegment,
Figur 10: Schnittdarstellung von Mastsegment,
Figur 11: Detailschnittansicht zu Mastsegment,
Figur 12: Detailansicht zu Mastsegment,
Figur 13: Detailansicht zu Mastsegment,
Figur 14: Detailschnittdarstellung zu Mastsegment,
Figur 15: Knickmast in weiterer Ausführung,
Figur 16: Knickmast in Seitenansicht,
Figur 17: Knickmast in weiterer Ausführung,
Figur 18: Knickmast in Seitenansicht,
Figur 19 a-g: Auschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mastsegmentes.

In den Figuren mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist ein erfindungsgemäßes Mastsegment 1 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 50 ist ein erfindungsgemäßer Knickmast 50 bezeichnet. Das Bezugszeichen 100 bezeichnet einen erfindungsgemäßen Großmanipulator 100. Der in Figur 1 gezeigte Großmanipulator 100 ist eine Autobetonpumpe. Der Großmanipulator 100 verfügt über einen Drehschemel 102, der drehbar um eine Hochachse 101 auf dem Fahrzeuggestell des Großmanipulators 100 angeordnet ist. Auf dem Drehschemel 102 aufgebaut ist ein zusammengefaltet dargestellter Knickmast 50 gezeigt. Die drei sichtbaren Mastsegmente 1, 1a 1b sind über Knickgelenke 51, 51a, 51b jeweils um Knickachsen gegenüber dem benachbarten Mastsegment 1, 1a, 1b oder dem Drehschemel 102 verschwenkbar. Hierzu sind zwischen dem Drehschemel 102 und dem ersten Mastsegment 1 sowie zwischen den Mastsegmenten 1, 1a, 1b jeweils Hydraulikzylinder 52, 52a angeordnet, die über Hebelgetriebe eine Verschwenkung der Mastsegmente 1, 1a, 1b gegeneinander sowie des ersten Mastsegmentes 1 gegenüber dem Drehschemel 102 ermöglichen. Auf die Darstellung einer Betonförderleitung die mit entsprechenden Halteelementen seitlich der Mastsegmente 1, 1a, 1b geführt ist, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Die Mastsegmente 1, 1a, 1b sind durch einen Obergurt 2 und einen Untergurt 3 sowie zwei seitliche Stegbleche 4, 5 gebildet, wobei die Bleche 2, 3, 4, 5 an den Kanten zu einem Kasten zusammengeschweißt sind. Das erste Mastsegment 1 weist Stegbleche 4, 5 auf, die jeweils zusammen mit dem Obergurt 2, dem Untergurt 3 und von den Stegblechen 4, 5 jeweils seitlich beabstandeten Verstärkungsblechen 7, 8 jeweils seitlich am Mastsegment 1 liegende Versteifungskästen 9, 10 ausbilden. In der Figur 1 ist der Versteifungskasten 10 zusammen mit einem Anbindungsbereich 19, in dem das Verstärkungsblech 8 mit dem Stegblech 5 aneinandergefügt ist, sichtbar.
Aus Figur 2 geht ein erfindungsgemäßer Knickmast 50 in ausgefalteter Stellung hervor. Der Hydraulikzylinder 52 hat das erste Mastsegment 1 gegenüber dem Drehschemel 102 derart verschwenkt, dass der Eintauchbereich 11 für den Hydraulikzylinder 52 im ersten Mastsegment 1 erkennbar ist. Seitlich am Mastsegment sind die zu den Stegblechen 4,5 beabstandeten Verstärkungsbleche 7, 8 angeordnet, welche Versteifungskästen 9, 10 auf jeder Seite des Mastsegmentes 1 im Bereich der Anbindung 12 des Hydraulikzylinders 52 bilden. In dem Anbindungsbereich 18 laufen das Verstärkungsblech 7 und das Stegblech 4 aufeinander zu und sind dort aneinandergefügt.
Die Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Knickmastes 50. Der Knickmast 50 ist hier aus Sicht der Hochachse 101 dargestellt. Das gezeigte Mastsegment 1 des Knickmastes 50 ist aus einem Obergurt 2 und einem Untergurt 3 sowie Stegblechen 4, 5 gebildet, wie es aus den Schnittansichten A-A, B-B und C-C auch ersichtlich ist. Zu den Stegblechen 4, 5 sind jeweils seitlich beabstandete Verstärkungsbleche 7, 8 angeordnet, die mit den Stegblechen 4, 5 und dem Obergurt 2 und dem Untergurt 3 Versteifungskästen 9, 10 bilden. Dies ist insbesondere in Schnittansicht C-C ersichtlich. Im Eintauchbereich des dargestellten Hydraulikzylinders 52 verstärken die Versteifungskästen 9, 10 das Mastsegment 1 und erzeugen hierdurch eine höhere Torsionssteifigkeit. Dies ist insbesondere aus der Schnittansicht A-A ersichtlich, die den eingetauchten Hydraulikzylinder 52 in einer schematischen Schnittansicht darstellt. Die Stegbleche 4, 5 des hier gezeigten Mastsegmentes 1 verlaufen, wie die Verstärkungsbleche 7,8, parallel zueinander und bilden so die Versteifungskästen 9, 10. Hierzu sind der Obergurt 2 und auch der Untergurt 3 über die Versteifungskästen 9, 10 weitergeführt und schließen mit den Verstärkungsblechen 7, 8 ab, mit denen sowohl Obergurt 2 als auch Untergurt 3 verschweißt sind. Weiter zu erkennen ist, dass sich die Versteifungskästen 9, 10 nur bereichsweise entlang der Stegbleche 4, 5 erstrecken. Die Verstärkungsbleche 7, 8 werden an der Spitze des Mastsegmentes 1 mit den Stegblechen 4, 5 in einem Anbindungsbereich 18, 19 aneinander gefügt. Insbesondere im Bereich des Hydraulikzylinders 52 ist eine Verstärkung durch die Versteifungskästen 9, 10 an dem Mastsegment 1 vorgesehen.
Aus Figur 4 geht ein weiteres Mastsegment 1 hervor, welches aus einem Obergurt 2 und einem Untergurt 3 sowie zwei seitlichen Stegblechen 4, 5 gebildet ist. Die Stegbleche 4, 5 bilden weiterhin mit seitlich beabstandeten Verstärkungsblechen 7, 8 sowie mit dem Ober- und Untergurt 2, 3 zwei seitlich am Mastsegment 1 liegende Versteifungskästen 9, 10 aus. Diese Versteifungskästen 9, 10 erstrecken sich zumindest bereichsweise entlang des Mastsegmentes 1. Durch die am Mastsegment 1 gebildeten Versteifungskästen 9, 10 wird das Mastsegment 1 insbesondere im Eintauchbereich 11 für einen Hydraulikzylinder 52 (Fig. 6) verstärkt. Dieser Eintauchbereich 11 für den Hydraulikzylinder 52 (Fig. 6) befindet sich zwischen den Stegblechen 4, 5. Um diesen Eintauchbereich 11 herum erstrecken sich die Versteifungskästen 9, 10 und versteifen das Mastsegment 1 in diesem Bereich. Insbesondere um die Anbindung 12 des Hydraulikzylinders 52 (Fig. 6) am Mastsegment 1 ist somit eine besonders stabile Struktur gegeben. An einem Mastsegmentende 14 ist ein erstes Teil eines Knickgelenks 51a ausgebildet, wobei hier eine Aufnahme 15 für ein zweites Teil des Knickgelenks 51a eines weiteren Mastsegmentes 1a (Fig. 6) ausgebildet ist. Zu erkennen ist, dass der Untergurt 3 im Bereich der Versteifungskästen 9, 10 bis an die Verstärkungsbleche 7, 8 herangeführt ist und mit diesen zur Bildung der Versteifungskästen 9, 10 verschweißt ist.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführung eines Mastsegmentes 1. Gegenüber Figur 4 erstrecken sich die Versteifungskästen 9, 10 entlang der Stegbleche 4, 5 auf einen Bereich, der um die Anbindung 12 des Hydraulikzylinders 52 (Fig. 6) sowie die Anbindung 12a des Hydraulikzylinders 52a begrenzt ist. An dieser Stelle haben die durch die Verstärkungsbleche 7, 8 und die Stegbleche 4, 5 zusammen mit dem aus dem Obergurt 2 und dem Untergurt 3 gebildeten Versteifungskästen 9, 10 eine besonders hohe Wirkung zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes 1. In diesem Bereich ist es nicht möglich, alleine mit den Stegblechen 4, 5 und dem Obergurt 2 und dem Untergurt 3, der wegen des Eintauchbereiches 11 des Hydraulikzylinder 52 nur seitlich des Hydraulikzylinders 52 ausgeführt werden kann, ein geschlossenes Kastenprofil mit einem großen Querschnitt herzustellen, dessen Torsionssteifigkeit alleine ausreichend wäre.
Wie in Figur 5 dargestellt, ist innerhalb des Mastsegmentes 1 noch ein sich etwa in der Mitte des Mastsegments 1 längs von im Bild rechts dargestellten Untergurt 3 bis zum Schottblech 13 (s. Fig.9) erstreckender Mittelgurt 20 angeordnet, der die Stegbleche 4, 5 im Bereich des Hydraulikzylinders 52 verbindet und zusammen mit dem Obergurt 2 einen dritten Versteifungskasten 21 (s. Figur 9; Schnitt A-A) bildet, der zusätzlich zur Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes 1 beiträgt.
Die hier ersichtlichen Versteifungskästen 9, 10 erstrecken sich zumindest bereichsweise entlang des Eintauchbereichs 11 für den Hydraulikzylinder 52 (Fig. 6). Die Versteifungskästen 9, 10 erstrecken sich von dem einen Mastsegmentende 14 bis ungefähr zur halben Länge des Mastsegmentes 1. Hierdurch wird insbesondere der Bereich um die Anbindung 12, 12a für die Hydraulikzylinder 52, 52a (Fig. 6) verstärkt sowie der Teil des Mastsegments 1, der durch den Eintauchbereich 11 für den Hydraulikzylinder 52 (Fig. 6) besonders geschwächt ist. Hierdurch lässt sich ein torsionssteifes und dennoch leichtes Mastsegment 1 erzeugen, das besonders für große Reichweiten des Knickmastes 50 geeignet ist.
Aus Figur 6 geht ein Knickmast 50 mit Mastsegment 1 gemäß Figur 5 in eingefalteter Stellung in einer Ansicht von unten hervor. Das Mastsegment 1 ist verschwenkbar gegenüber dem Drehschemel 102 angeordnet. Hierfür ist ein Hydraulikzylinder 52 zwischen Drehschemel 102 und Mastsegment 1 angebunden. Am Mastsegmentende 14 ist ein Knickgelenk 51a vorgesehen, welches in einer Aufnahme 15 ein zweites Mastsegment 1a aufnimmt. Dieses zweite Mastsegment 1a ist durch einen weiteren Hydraulikzylinder 52a gegenüber dem ersten Mastsegment 1 verschwenkbar. Die seitlich beabstandeten Verstärkungsbleche 7, 8, die sich entlang der Stegbleche 4, 5 erstrecken und zusammen mit den Stegblechen 4, 5 und dem Obergurt 2 und dem Untergurt 3 die Versteifungskästen 9, 10 ausbilden, sind auf einen Bereich um die Anbindung 12 der Hydraulikzylinder 52, 52a begrenzt. Damit erstrecken sich die Versteifungskästen 9, 10 zumindest bereichsweise entlang des Eintauchbereiches 11 des ersten Hydraulikzylinders 52 und im Bereich der Anbindung des zweiten Hydraulikzylinders 52a. Hierdurch ist ein besonders stabiler aber dennoch leichter Knickmast 50 gegeben.
In Figur 7 ist ein Mastsegment 1 gemäß Figur 5 gezeigt. Zur näheren Erläuterung ist ein Teil des Untergurtes 3 entfernt, wodurch ein Blick in eine hohle Struktur 6 des Mastsegmentes 1 und die daran angeordneten Versteifungskästen 9, 10 ermöglicht wird. Zu erkennen ist, dass die Stegbleche 4, 5 entlang des Mastsegmentes 1 durchgehend ausgebildet sind. Im Bereich der Versteifungskästen 9, 10 sind Verstärkungsbleche 7, 8 beabstandet zu den Stegblechen 4, 5 angeordnet. Weiter zu erkennen ist, dass die Versteifungskästen 9, 10 in den Bereich bis zu einem an einem Mastsegmentende 14 angeordneten Knickgelenk 51a reichen. Die Versteifungskästen 9, 10 bilden hier einen ersten Teil des Knickgelenks 51a, wobei zwischen den Stegblechen 4, 5 an diesem Mastsegmentende 14 eine Aufnahme 15 für ein zweites Teil des Knickgelenks 51a eines weiteren Mastsegmentes 1b (Fig. 6) vorgesehen ist. In der Darstellung gemäß Figur 7 ist auch zu erkennen, dass zwischen den Stegblechen 4, 5 eine Schottwand 13 vorgesehen ist, welche die hohle Struktur 6 gegenüber dem Eintauchbereich 11 für den Hydraulikzylinder 52 (Fig. 6) abgrenzt. Diese quer zur Erstreckung des Mastsegmentes 1 verlaufende Schottwand 13 erhöht die Torsionssteifigkeit und schließt die hohle Struktur 6 gegenüber der Umgebung ab, was Korrosion in der hohlen Struktur 6 im Inneren des Mastsegmentes 1 verhindert. Aus Figur 7 außerdem ersichtlich sind Aussparungen 16, 17, welche in den Stegblechen 4, 5 vorgesehen sind, wobei diese Aussparungen 16, 17 die hohle Struktur 6 mit den Versteifungskästen 9, 10 verbindet. Mit der Einbringung von Aussparungen 16, 17 in den Stegblechen 4, 5 kann deutlich Gewicht eingespart werden. Insbesondere zwischen der Schottwand 13 und dem Mastsegmentende 14 ist der Beitrag der Stegbleche 4, 5 zur Torsionssteifigkeit eher von untergeordneter Bedeutung, völlig zu verzichten ist in diesem Bereich ist darauf aber nicht.
Die eingebrachten Aussparungen 16, 17 in den Stegblechen 4, 5 sind auch in Figur 8 gut zu erkennen, da hier das Verstärkungsblech 7 (Fig. 7) ebenfalls nicht dargestellt ist, sodass ein besserer Blick in den Versteifungskasten 9 möglich ist. Gut zu erkennen ist, dass der Obergurt 2 im Bereich der Versteifungskästen 9, 10 bis zu den Verstärkungsblechen 4, 5 geführt ist, um den Versteifungskasten 9, 10 zu bilden.
Gegenüber der Darstellung gemäß Figur 8 wurde in Figur 9 außerdem das vordere Stegblech 4 (Fig. 8) entfernt um einen Blick in das gesamte Mastsegment 1 zu ermöglichen.
Zusätzlich zeigt die Schnittdarstellung A-A der Figur 9 besonders deutlich drei Versteifungskästen 9, 10, 21 im Eintauchbereich 11 des Hydraulikzylinders 52, die durch die Ober- und Untergurte 2, 3, die Stegbleche 4, 5, die Verstärkungsbleche 7, 8 sowie den Mittelgurt 20 gebildet werden. Hierdurch ergibt sich im Eintauchbereich 11 des Hydraulikzylinders eine sehr torsionssteife Konstruktion.
Die Figur 10 zeigt eine Schnittdarstellung durch das Mastsegment 1 gemäß Figur 5. Die seitlich der Stegbleche 4, 5 beabstandeten Verstärkungsbleche 7, 8 bilden zusammen mit dem Obergurt 2 und dem Untergurt 3 jeweils seitlich am Mastsegment 1 liegende Versteifungskästen 9, 10. Die hier gezeigten Versteifungskästen 9, 10 verstärken das Mastsegment 1 bereichsweise von außen. Sie reichen von einem Mastsegmentende 14 ungefähr bis zur Hälfte der Mastsegmentlänge und schließen den Bereich um die Anbindung 12 der Hydraulikzylinder ein und erstrecken sich zu mindestens bereichsweise entlang des Eintauchbereichs 11 für einen Hydraulikzylinder 52.
Die Figur 11 zeigt eine Detailansicht zu der Darstellung gemäß Figur 10. Hier ist gut zu erkennen, dass die Versteifungskästen 9, 10 bis zu einem an einem Mastsegmentende 14 angeordneten Knickgelenk 51a reichen. Ein erster Teil dieses Knickgelenks 51a wird durch die Versteifungskästen 9, 10 gebildet, wobei am Mastsegmentende 14 eine Aufnahme für ein zweites Teil des Knickgelenks 51a ausgebildet ist, in der ein weiteres Mastsegment 1a (Fig. 6) aufgenommen werden kann.
Mit der Figur 12 ist eine weitere Detailansicht zu dem Mastsegment 1 gemäß Figur 4 oder gemäß Figur 5 gezeigt. Zur besseren Erläuterung ist eines der Verstärkungsbleche 8 (Fig. 7) nicht dargestellt. Hierdurch ist ein Blick in die Versteifungskästen 9, 10 möglich. Zu erkennen ist, dass die Stegbleche 4, 5 jeweils eine Aussparung 16, 17 aufweisen, wobei die Aussparungen 16, 17 die hohle Struktur 6 des Mastsegmentes 1 mit den Versteifungskästen 9, 10 verbindet. Mit einer Aussparung 16, 17 in diesem Bereich kann an den Stegblechen 4, 5 erheblich Material beziehungsweise Gewicht eingespart werden, da diese Bereiche der Stegbleche 4, 5 zwischen dem Mastsegmentende 14 und der Schottwand 13 eine eher untergeordnete Rolle für die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes 1 spielen. Die die Versteifungskästen 9, 10 umschließenden Ober- und Untergurte 2, 3 laufen bei der Gelenknabe 22 zusammen, wodurch die Versteifungskästen 9, 10 zusammen mit den Anbindungsbereichen 18, 19, abgesehen von den Aussparungen 16, 17, eine verschlossene Struktur bilden.
Die Figur 13 zeigt ein Mastsegment 1 gemäß Figur 12, wobei hier die Darstellung so gedreht ist, dass ein Blick durch die Aussparungen 16, 17 der Stegbleche 4, 5 auf das dahinterliegende Verstärkungsblech 8 des hinteren Versteifungskastens 10 ermöglicht ist.
In Figur 14 ist das Mastsegment 1 gemäß Figur 4 oder 5 in einer perspektivischen Schnittdarstellung dargestellt. Der Schnitt ermöglicht einen Blick in die hohle Struktur 6 zwischen Obergurt 2 und Untergurt 3 des Mastsegmentes 1. Der Obergurt 2 und der Untergurt 3 sind zur Bildung der hohlen Struktur 6 am Mastsegmentende 14 zusammengeführt. Neben der Aussparung 17 im Stegblech 5 ist zu erkennen, dass die Schottwand 13 den Eintauchbereich 11 des Hydraulikzylinders 52 von der hohlen Struktur 6 abtrennt. Die Schottwand 13 ist in der Nähe der Anbindung 12 des Hydraulikzylinders 52 angeordnet und verstärkt so die Struktur des Mastsegmentes 1 an einer für die Torsionssteifigkeit entscheidenden Stelle.
Die Figur 15 zeigt einen weiteren Knickmast 50 mit einem durch Versteifungskästen 9, 10 verstärkten Mastsegment 1. Das Mastsegment 1 ist, wie üblich, durch einen Obergurt 2 (Fig. 16) und einen Untergurt 3 (Fig. 16) sowie zwei seitliche Stegbleche 4, 5 gebildet. Seitlich beabstandet zu den Stegblechen 4, 5 sind Verstärkungsbleche 9, 10 angeordnet, die zusammen mit den Ober- und Untergurten 2, 3 seitlich am Mastsegment 1 liegende Versteifungskästen 9, 10 ausbilden. Die hier gebildeten Versteifungskästen 9, 10 erstrecken sich zumindest bereichsweise entlang der Stegbleche 4, 5, wobei der Erstreckungsbereich der Versteifungskästen 9, 10 auf einen Bereich um die Anbindung 12 des Hydraulikzylinders 52 begrenzt ist. Von hier aus sind die Versteifungskästen 9, 10 allerdings bis zu einem an einem Mastsegmentende angeordneten Knickgelenk 51a geführt. An diesem Mastsegmentende bilden die Versteifungskästen 9, 10 ein erstes Teil des Knickgelenks 51a, wobei zwischen den Versteifungskästen 9, 10 ein weiteres Mastsegment 1a des Knickmastes 50 gelenkig aufgenommen ist. Die Stegbleche 4, 5 und die Verstärkungsbleche 7, 8 laufen in dem jeweiligen Anbindungsbereich 18, 19 aufeinander zu und werden dann aneinander gefügt und schließen somit den Erstreckungsbereich der Versteifungskästen 9, 10 ab.
Die Figur 16 zeigt einen Knickmast 50 gemäß Figur 15 in einer Seitenansicht. Der in das Mastsegment 1 eintauchende Hydraulikzylinder 52 ist teilweise gestrichelt dargestellt. Zu erkennen ist, dass sich die Versteifungskästen 9, 10 zumindest bereichsweise außen entlang des Eintauchbereiches für den Hydraulikzylinder 52 erstrecken. Aus Figur 16 ist weiter ersichtlich, dass der gestrichelt dargestellte Hydraulikzylinder 52 bei der gezeigten Maststellung zwischen den Stegblechen 4, 5 weit eintaucht.
Die Figur 17 zeigt einen weiteren Knickmast 50 mit einem durch Versteifungskästen 9, 10 verstärkten Mastsegment 1. Das Mastsegment 1 ist, wie üblich, durch einen Obergurt 2 (Fig. 18) und einen Untergurt 3 (Fig. 18) sowie zwei seitliche Stegbleche 4, 5 gebildet. Seitlich beabstandet zu den Stegblechen 4, 5 sind Verstärkungsbleche 7, 8 angeordnet, die jeweils zusammen mit den Obergurt 2 und dem Untergurt 3 jeweils seitlich am Mastsegment 1 liegende Versteifungskästen 9, 10 ausbilden. Die hier gebildeten Versteifungskästen 9, 10 erstrecken sich bereichsweise entlang der Stegbleche 4, 5, wobei sich der Erstreckungsbereich der Versteifungskästen 9, 10 mittels der Anbindungsbereiche 18, 19 in dem die Stegbleche 4, 5 und die Verstärkungsbleche 7, 8 aufeinander zu laufen und aneinander gefügt werden, auf einen Bereich um die Anbindung 12 beziehungsweise des Eintauchbereiches des Hydraulikzylinders 52 begrenzt.
Die Figur 18 zeigt einen Knickmast 50 gemäß Figur 17 in einer Seitenansicht. Der in das Mastsegment 1 eintauchende Hydraulikzylinder 52 ist teilweise gestrichelt dargestellt. Zu erkennen ist, dass sich die Versteifungskästen 9, 10 zumindest bereichsweise außen entlang des Eintauchbereiches für den Hydraulikzylinder 52 erstrecken. Aus Figur 17 ist ersichtlich, dass der gestrichelt dargestellte Hydraulikzylinder 52 bei der gezeigten Maststellung zwischen den Stegblechen 4, 5 weit eintaucht.
Die Anbindungsbereiche 18, 19, in denen die Stegbleche 4,5 an die Verstärkungsbleche 7,8 angefügt sind, sind so ausgeführt, dass eine geringe Kerbwirkung auf die Stegbleche 4,5 wirkt, d.h. je sanfter bzw. spitzwinkliger die Verstärkungsbleche 7,8 und die Stegbleche 4,5 aufeinander zulaufen, desto geringer ist die Kerbwirkung auf die Stegbleche 4, 5. Eine rechtwinklige Anbindung zwischen den Blechen 4,7, bzw. 5,8 hätte zur Folge, dass die Stegbleche 4, 5 im Bereich der Anbindungsbereiche 18, 19 u.U. aufgrund der Kerbwirkung verstärkt werden müssten. Im Idealfall würden die Verstärkungsbleche 7,8 in den Anbindungsbereichen 18 leicht s-förmig gebogen auf die Stegbleche 4, 5 zulaufen.
In den Figuren 19 a-g sind verschiedene Beispiele eines erfindungsgemäßen Mastsegmentes aufgezeigt, wie die Stegbleche 4, 5 und die Verstärkungsbleche 7, 8 in den Anbindungsbereichen 18, 19 im Sinne der Erfindung aufeinander zu laufen und aneinander gefügt werden können. Hieraus wird deutlich, dass die Verstärkungsbleche 7, 8 außen am Mastsegment 1, (Figuren 19a, 19d) aber auch innerhalb des Mastsegmentes 1 zwischen den Stegblechen 4,5 (Figuren 19b, 19c) verlaufen können und zusammen mit dem Obergurt 2 und dem Untergurt 3 jeweils seitlich am Mastsegment 1 angeordnete Versteifungskästen 9, 10 bilden.
In den Figuren 19e und 19f sind zwei Varianten dargestellt, bei denen die Verstärkungsbleche 7, 8 und die Stegbleche 4, 5 nicht eindeutig zu bezeichnen sind, weil es sich praktisch um doppelte Stegbleche handelt, die im Sinne der Erfindung jeweils zusammen mit dem Ober- und Untergurt 2, 3 seitlich am Mast angeordnete Versteifungskästen 9, 10 bilden, die die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes 1 in diesem Bereich maßgeblich erhöhen. In Figur 19g ist eine weitere Variante dargestellt, bei der in den Anbindungsbereichen 18, 19 sowohl die Stegbleche 4, 5 als auch die Verstärkungsbleche 7,8 jeweils gekantet sind, aufeinander zulaufen und dann aneinander gefügt werden.
Ebenso könnten bei allen gezeigten Varianten die Stegbleche 4, 5 und Verstärkungsbleche 7, 8 nicht gekantet sein und dafür in den Anbindungsbereichen 18, 19 mittels angesetzter bzw. geschweißter Blechstücke aneinander gefügt werden.
Alle hier dargestellten Verbindungen der Bauteile werden in der Regel miteinander verschweißt, aber auch andere Verbindungstechnologien (z.B. Kleben, Nieten, Schrauben usw.) sind denkbar. Die Mastsegmente 1 werden in der Regel aus Stahl gefertigt, können aber beispielsweise auch aus Faserverbundwerkstoffen zur weiteren Gewichtsreduzierung hergestellt sein. Auch eine Mischform, bei der beispielsweise die Ober- und Untergurte 2, 3 und die Stegbleche 4, 5 aus Stahlblechen gefertigt sind und mit Verstärkungsblechen 7,8 aus Faserverbundwerkstoffen kombiniert werden, sind denkbar. Entscheidend im Sinne der Erfindung ist, dass seitlich am Mastsegment 1 Versteifungskästen 9,10 mit zueinander beabstandeten Bauteilen entstehen, die die Torsionssteifigkeit des Mastsegmentes erhöhen.
Die Versteifungskästen 9,10 sind in allen gezeigten Ausführungsbeispielen immer so konstruiert, dass diese nach außen geschlossene Hohlräume bzw. Kästen bilden, in die kein Wasser oder Feuchtigkeit eindringen kann, so dass im Inneren der Versteifungskästen 9,10, die im Produktionsprozess in der Regel nicht lackiert werden können, keine Korrosion auftreten kann.
Der besondere Vorteil der hier dargestellten Erfindung besteht darin, dass seitlich am Mastsegment 1 Versteifungskästen 9,10 vorgesehen sind, deren Länge bzw. Position entlang des Mastsegmentes 1 konstruktiv so angepasst werden kann, dass sich eine für das Mastsegment ausreichende Torsionssteifigkeit bei geringstmöglichem Gewicht ergibt.

Bezugszeichenliste

1 1a 1b Mastsegment
2 Obergurt
3 Untergurt
4 Stegblech A
5 Stegblech B
6 hohle Struktur
7 Verstärkungsblech A
8 Verstärkungsblech B
9 Versteifungskasten A
10 Versteifungskasten B
11 Eintauchbereich
12 12a Anbindung Hydraulikzylinder
13 Schottwand
14 Mastsegmentende
15 Aufnahme
16 Aussparung A
17 Aussparung B
18 Anbindungsbereich A
19 Anbindungsbereich B
20 Mittelgurt
21 Versteifungskasten C
22 Gelenknabe
50 Knickmast
51 51a 51b Knickgelenk
52 52a Hydraulikzylinder
100 Großmanipulator
101 Hochachse
102 Drehschemel

Claims

Mastsegment (1) für einen Großmanipulator (100) mit einem Obergurt (2), einem Untergurt (3) und zwei seitlichen Stegblechen (4, 5), wobei die Stegbleche (4, 5) jeweils zusammen mit dem Obergurt (2), dem Untergurt (3) und von den Stegblechen (4, 5) jeweils seitlich beabstandeten Verstärkungsblechen (7, 8) jeweils seitlich am Mastsegment (1) liegende Versteifungskästen (9, 10) ausbilden,
wobei sich die Versteifungskästen (9, 10) zumindest bereichsweise entlang eines Eintauchbereiches (11) für einen Hydraulikzylinder (52) erstrecken,

dadurch gekennzeichnet,

dass innerhalb des Mastsegmentes (1) ein sich längs erstreckender Mittelgurt (20) angeordnet ist, der zusammen mit den Stegblechen (4, 5) und dem Obergurt (2) oder dem Untergurt (3) einen weiteren Versteifungskasten (21) bildet, sodass im Eintauchbereich (11) des Hydraulikzylinders (52) drei Versteifungskästen (9, 10, 21) durch den Obergurt (2), den Untergurt (3), die Stegbleche (4, 5), die Verstärkungsbleche (7, 8) und den Mittelgurt (20) gebildet werden.
Mastsegment (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Versteifungskästen (9, 10) zumindest bereichsweise entlang des Mastsegmentes (1) erstrecken.
Mastsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegbleche (4, 5) und die Verstärkungsbleche (7, 8) jeweils in einem Anbindungsbereich (18, 19) aneinander gefügt werden und damit den Erstreckungsbereich der Versteifungskästen (9, 10) abschließen.
Mastsegment (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Erstreckungsbereich der Versteifungskästen (9, 10) entlang des Mastsegments (1) auf einen Bereich um die Anbindung (12) des Hydraulikzylinders (52) begrenzt ist.
Mastsegment (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Versteifungskästen (9, 10) mindestens eine zu den Versteifungskästen (9,10) rechtwinklig angeordnete Schottwand (13) vorgesehen ist, welche den Eintauchbereich (11) des Hydraulikzylinders (52) abgrenzt.
Mastsegment (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungskästen (9, 10) bis in den Bereich des am Mastsegmentende (14) angeordneten Knickgelenkes (51a) reichen.
Mastsegment (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Versteifungskästen (9, 10) von dem Mastsegmentende (14) bis zur im Wesentlichen halben Länge des Mastsegments (1) erstrecken.
Mastsegment (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungskästen (9, 10) mindestens eine Aussparung (16, 17) aufweisen, wobei die Aussparung (16, 17) eine zwischen den Versteifungskästen (9, 10) ausgebildete hohle Struktur (6) mit den Versteifungskästen (9, 10) verbindet.
Mastsegment (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anbindungsbereichen (18, 19) die Stegbleche (4, 5) und die Verstärkungsbleche (8, 9) aufeinander zu laufen.
Knickmast (50) mit einer Mehrzahl von Mastsegmenten (1, 1a, 1b), wobei die Mastsegmente (1, 1a, 1b) an Knickgelenken (51, 51a, 51b) jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment (1, 1a, 1b) oder einem Drehschemel (102) verschwenkbar sind, mit mindestens einem Mastsegment (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Großmanipulator (100), insbesondere Autobetonpumpe, mit einem um eine Hochachse (101) drehbaren Drehschemel (102) mit darauf aufgebautem Knickmast (50) nach Anspruch 10.