Schneepflug
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneepflug mit einer den Fluss des Schnees umlenkenden flexiblen Platte, welche mit einem Mechanismus in ihrer Krümmung einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verändern der Krümmung der flexiblen Platte bei einem genannten Schnee¬ pflug.
Stand der Technik
Ein Schneepflug der genannten Art ist z. B. aus der JP-Y-56 17 543, der FR 1 254 965 oder der EP 0 365 436 be¬ kannt.
Der Vorteil variierbarer Platten besteht darin, dass ein und derselbe Schneepflug bei unterschiedlichen Arbeitsbedingun¬ gen eingesetzt werden kann. Damit lässt sich eine Reduktion der Typenvielfalt erzielen: Wo früher mehrere Gerätetypen zur Verfügung gestellt werden mussten, kann nun ein einziger Typus genügen. Je nach Art der Variabilität der Krümmung kann - basierend auf der Idee der veränderlichen Krümmung - die Richtung des Schneeflusses eingestellt werden, ohne dass der Pflug gewendet werden müsste (vgl. z. B. EP 0 365 436).
Die zu verformende Platte besteht vorzugsweise aus einem elastischen Material. Es werden heutzutage insbesondere Kunststoffplatten eingesetzt. Das Problem liegt nun darin, dass die Kunststoffplatte einen anderen Ausdehnungskoeffi¬ zienten als die metallische Rahmenkonstruktion hat und dass die Platte beim Biegen in unerwünschter Weise ausbuchtet.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schneepflug der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die flexible resp. elasti¬ sche Platte unabhängig von Temperaturänderungen und einge¬ stellter Krümmung frei von unerwünschten Ausbuchtungen und Verformungen ist.
Gemäss der Erfindung besteht die Lösung darin, dass die Platte durch den Mechanismus schwimmend gehalten ist.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Platte die Mög¬ lichkeit gegeben wird, inneren Spannungen auszuweichen. Bei Temperaturänderungen oder lokalen Belastungen (Normalkräfte) kann sie sich in ihrer Halterung verschieben.
Vorzugsweise ist die Platte an ihrem oberen und an ihrem un¬ teren Rand gehalten, wobei die beiden Ränder durch den Me¬ chanismus stets parallel zueinander gehalten resp. geführt sind. Anders als beim Schneepflug gemäss der EP 0 365 436 wird die Platte also keiner ungleichmässigen Krümmung unter¬ worfen. Im vertikalen Schnitt betrachtet ist also die Krüm¬ mungskurve über die ganze Breite des Pfluges hinweg die gleiche.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Mechanismus so ausgebildet, dass die Position und Richtung des oberen Randes der Platte beim Verstellen stets derart vorgegeben wird, dass die Biegekraft zur Hauptsache nur lo¬ kal senkrecht zur Platte wirkt. Die Normalkräfte (d. h. die Kräfte in der resp. parallel zur lokalen Plattenebene), die zu einer Plattendehnung resp. -Stauchung (im Extremfall Beu¬ lung) führen können, werden durch die richtige "Führung" des Plattenrandes vermieden. Normalkräfte werden im übrigen auch aufgrund der schwimmenden Lagerung weitgehend vermieden.
Es ist zu beachten, dass für eine saubere Führung sowohl die Position des Plattenrandes im Raum als auch seine Richtung definiert werden muss. Bei einer Plattenhalterung, wie sie z. B. aus der EP 0 365 436 bekannt ist, wird durch den Betä¬ tigungsmechanismus auf den Plattenrand ein nicht kontrol¬ liertes Drehmoment ausgeübt, das zu einer lokal überhöhten
Belastung der Platte führt. Im Gegensatz dazu wird bei der Erfindung das Biegemoment in optimaler Weise auf die Platte übertragen (kein "Abknicken" des Plattenrandes).
Der Mechanismus umfasst beispielsweise ein Zweihebelsystem, bei welchem zwei unterschiedlich lange Hebel mit voneinander beabstandeten Drehachsen die Position und die Richtung des oberen Randes vorgeben. Durch die beiden Hebel kann die Hal¬ terung des oberen Plattenrandes nicht nur positionsmässig, sondern auch richtungsmässig geführt werden. Anstelle eines Zweihebelsystems ist auch eine Konstruktion mit Seilzügen denkbar.
Eine Hydraulik betätigt die Hebel des Zweihebelsystems syn¬ chron. Sie sind zu diesem Zweck mit Vorteil am selben Zylin¬ derkolben befestigt.
Für eine optimale parallele Führung der beiden Plattenränder sind mindestens zwei Zweihebelsysteme vorgesehen, die je mit mindestens einem Hydraulikzylinder betätigbar sind. Die bei¬ den Hydraulikzylinder sind über Mengenteiler verbunden. Da¬ durch kann insbesondere verhindert werden, dass bei un¬ gleichseitiger Belastung des Pflugoberteils in Querrichtung sich die Stellungen der Hydraulikzylinder und damit der Zweihebelsysteme in entgegengesetzter Richtung verändern können (z. B. links öffnen und rechts gleichzeitig schlies- sen) .
Die Pflugschar, welche unterhalb des Pflugoberteils angeord¬ net ist und den Schnee vom Boden abschabt resp. aufgreift, hat vorzugsweise mehrere, seitlich nebeneinander anschlies- sende, einzeln klappbare Elemente. Aufgrund ihrer Beweglich¬ keit können sie Hindernissen auf dem Boden ausweichen. Da¬ durch, dass mehrere unabhängig voneinander klappbare Elemen-
- D -
te vorgesehen sind, ist die zu bewegende Masse pro Element kleiner.
Die Elemente sind derart gelagert, dass sie beim Anstossen an ein Hindernis - ohne vom Boden abzuheben - um den An- stosspunkt drehend in eine negative Stellung gehen, um dann das Hindernis zu überspringen. Die Schwenkbewegung erfolgt nicht - wie beim Stand der Technik - um den oberen Rand, sondern um eine auf mittlerer Höhe angeordnete horizontale Drehachse. Der obere Teil des Elements bewegt sich also - relativ zum Pflugoberteil - nach vorn und der untere nach hinten. Vorzugsweise sind die klappbaren Elemente an einem in Ruhestellung im wesentlichen horizontalen, vertikal schwenkbaren Hebel drehbar gelagert. Das Element kann also in gewissem Mass nach oben ausweichen. Insgesamt hat das Element infolgedessen einen grossen Abfederungsweg.
Das Element wird vorzugsweise mit einem oberhalb der Verbin¬ dung zwischen Hebel und Element angreifenden Seilzug in eine positive Ruhestellung gezogen. Der Seilzug umfasst eine Um¬ lenkrolle und eine mehr oder weniger vertikal ausgerichtete Feder (insbesondere eine Gummihohlfeder). Der Seilzug ist unproblematischer als eine Zugstange, da ein Verklemmen des kraftübertragenden Elements (Seil statt Stange) nicht vor¬ kommen kann. Ferner hat der Konstrukteur mehr Freiheiten beim Anordnen des Federelementes (bedingt durch die Kraftum- lenkung durch die erwähnte Rolle).
Der in vertikaler Richtung schwenkbare Hebel ist vorzugswei¬ se in Exzenterbüchsen gelagert, um die Feinabstimmung des Spaltes zwischen dem klappbaren Element und dem Pflugober¬ teil zu ermöglichen. Auf diese Weise können z. B. Herstel¬ lungstoleranzen oder alterungsbedingte Veränderungen abge¬ glichen werden.
Um sich in optimaler Weise an die lokale Bodenneigung anpas¬ sen zu können, sind die Elemente in Querrichtung geringfügig kippbar. Die entsprechenden Lager und Gelenke der Elemente resp. der horizontalen Hebelarme haben ein elastisches Mate¬ rial, das eine Taumelbewegung des Gelenks und damit - neben dem Schwenken - auch ein leichtes seitliches Kippen des Ele¬ ments ermöglicht.
Das erfindungsgemasse Verfahren zum Verändern der Krümmung der flexiblen Platte bei einem Schneepflug der eingangs ge¬ nannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Platte an zwei gegenüberliegenden Rändern stets parallel in Halterun¬ gen gehalten ist und dass die Halterungen beim Verstellen der Krümmung derart in Position und Richtung geführt werden, dass die Biegekraft im wesentlichen nur lokal senkrecht zur Platte wirkt.
Aus der nachfolgenden Beschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausfüh¬ rungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu¬ tert werden. Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung des Pflugoberteils im Schnitt;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemässen Plattenhalterung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Pflugschar im Schnitt.
Grundsätzlich sind in den Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Ein erfindungsgemasser Schneepflug (vgl. Fig. 1) weist eine •Pflugschar 1, welche den Schnee vom Boden abschabt, und ei¬ nen Pflugoberteil 2 auf, welcher den Schnee zur Seite hin umlenkt. Abgesehen von einem Spalt 38 schliessen die Vorder¬ seiten von Pflugschar 1 und Pflugoberteil 2 aneinander bün¬ dig an, wobei auch die Neigungen der beiden Vorderflächen aufeinander abgestimmt sind (optimaler Schneefluss) .
Der Pflugoberteil 2 weist eine flexible resp. elastische Platte 3 aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Mate¬ rial auf. Sie ist im wesentlichen rechteckig und wird an ih¬ rem oberen und ihrem unteren Rand von einer Halterung der in Fig. 2 gezeigten Art schwimmend festgehalten.
Entlang des gesamten oberen Randes 21 der Platte 3 ist an ihrer Vorderkante eine Ausnehmung 20 vorgesehen, so dass ei¬ ne Abstufung gebildet wird. An der Rückseite der Platte 3 (und zwar gegenüber der Ausnehmung 20 zurückversetzt) sind mehrere z. B. ovale Vertiefungen resp. Ausnehmungen 22 vor¬ gesehen. Die Plattenhalterung 17 weist ein z. B. dreieckför-
miges Profil 41 und eine am letzteren angeschraubte Klemm¬ schiene 39 auf, die - den oberen Rand 21 übergreifend - in die Ausnehmung 20 eingreift. Für jede Ausnehmung 22 ist am Profil 41 ferner eine Nase 23 ausgebildet, die in die (ent¬ sprechende) Ausnehmung 22 eingreift.
Die schwimmende Lagerung ergibt sich nun dadurch, dass die Nase 23 die Ausnehmung 22 nicht volltändig, sondern nur teilweise ausfüllt und dass die Klemmschiene 39 mit ihrer Stirnseite nicht unmittelbar an die durch die Ausnehmung 20 gebildete Abstufung stösst. Die Platte 3 kann sich also in Richtung ihrer lokalen "Plattenachsen" (d. h. in Richtung der in der lokalen Plattenebene liegenden x- und y-Achse) in der Halterung 17 resp. zwischen Klemmschiene 39 und Profil 41 bewegen resp. verschieben kann. Die Nase 23 verhindert, dass die Platte 3 aus der (durch Klemmschiene 39 und Profil 41 gebildeten) Fassung herausgleiten kann. Die schwimmende Lagerung verhindert, dass sich allzu hohe Normalkräfte (in der Platte 3) aufbauen können.
Pflugoberteil 2 und Pflugschar 1 sind direkt resp. indirekt an einem in Querrichtung verlaufenden Tragbalken 4 abge¬ stützt. Dieser ist seinerseits an einem (nicht dargestellten Rahmen) gehalten, der dazu dient, den Schneepflug vorne auf ein Fahrzeug aufzusetzen.
Am Tragbalken 4 sind mehrere Stützelemente befestigt. Eines davon ist in den Figuren dargestellt und mit dem Bezugszei¬ chen 5 gekennzeichnet. Das Stützelement 5 ragt unter anderem schräg nach unten und hinten weg um in einem Gelenk 6 einen Hydraulikzylinder 7.1 abzustützen. Der Kolben 7.2 des Hy¬ draulikzylinders 7.1 ist durch ein Gelenk 8 einerseits mit einem langarmigen Hebel 40 und andererseits - über einen Uebertragungsarm 9 - mit einem kurzarmigen Hebel 11 verbun-
den .
Der Hebel 11 ist um einen Drehpunkt 12 drehbar, welcher oberhalb des Tragbalkens 4 mehr oder weniger mittig angeord¬ net ist. (Die entsprechende Stützkonstruktion ist in den Fi¬ guren nicht dargestellt.) Er hat zwei Arme 11.1 und 11.2, die mit den Uebertragungsarmen 9 und 14 an ihren Enden je¬ weils ein Kniegelenk 10 resp. 13 bilden. Der Uebertragungs- arm 14 ist über ein Gelenk 15 mit einem die Plattenhalterung 17 tragenden Kopfteil 16 verbunden.
Der Arm 11.2 ist länger als der Arm 11.1. Ferner ist er ge¬ krümmt (und zwar konkav von der Platte her betrachtet), da¬ mit beim "Schliessen" (Stellung B) des Pflugoberteils für die gekrümmte Platte genügend Platz vorhanden ist.
Die beiden Kniegelenke 10 und 13 stehen im vorliegenden Bei¬ spiel bezüglich des Drehpunkts 12 in einem Winkel von ca. 110 bis 120 Grad. Ferner hat der Arm 11.1 einen Drehradius von etwa 15 cm und der Arm 11.2 einen von etwa 35 cm Die Uebertragungsarme 9 und 14 sind ca. 20 cm resp. 15 cm lang (Gelenkachse bis Gelenkachse).
Der lange Hebel 40 ist im Drehpunkt 19 gelagert, welcher z. B. 15 bis 20 cm vertikal unterhalb des Drehpunkts 12 am Stützelement 5 ausgebildet ist. Der Hebel 40 ist einerseits über das Gelenk 8 mit dem Kolben 7.2 und andererseits über ein Gelenk 18 mit dem Kopfteil 16 verbunden. Das Gelenk 18 hat bezüglich des Drehpunkts 19 einen Drehradius von 60 bis 65 cm und das Gelenk 8 einen solchen von 15 bis 18 cm. Hin¬ sichtlich Krümmung des einen Arms und Oeffnungswinkel bezüg¬ lich des Drehpunkts 19 ist der Hebel 40 ähnlich gestaltet wie der Hebel 11.
Der beschriebende Zweihebelmechanismus dient dazu, die Krüm¬ mung der Platte 3 einzustellen durch Aendern der (räumli¬ chen) Position und Richtung der Plattenhalterung 17. Um eine parallele Führung zu gewährleisten, ist die Platte 3 von zwei nebeneinander angeordneten Zweihebelsystemen gehalten. Die beiden Zweihebelsysteme werden von je einem Hydraulikzy¬ linder synchron betätigt. Das Hydrauliksystem ist dabei so auszulegen, dass die gleichen Stellungen auch bei unter¬ schiedlicher Belastung eingehalten werden. Dies kann z. B. mit einem an sich bekannten Mengenteiler geschehen, welcher den Flussigkeitsaustausch zwischen den Zylindern bei Bedarf unterbinden kann.
In Fig. 1 ist der Pflugoberteil 2 in offener Stellung A (durchgezogene Linien) und in geschlossener Stellung B (gestrichelte Linien) gezeigt.
In offener Stellung ist der Kolben 7.2 vollständig eingezo¬ gen. Die Platte 3 hat eine geringe Krümmung. Wird nun der Kolben 7.2 ausgefahren, dann werden die Hebel 11, 40 um die Drehpunkte 12 resp. 19 gedreht, der Kopfteil 16 dabei nach vorne bewegt und entsprechend den gewählten Hebelverhältnis¬ sen nach vorne in die geschlossene Stellung B geneigt.
Selbstverständlich kann durch die Hydraulik auch jede Zwi¬ schenstellung eingestellt werden. Wie stark der Pflugober¬ teil 2 geöffnet oder geschlossen werden muss, hängt von der Fahrgeschwindigkeit, der zu beseitigenden Schneemasse der gewünschten Wurfweite und anderen Gegebenheiten ab und wird vom Benutzer von Fall zu Fall einzustellen sein.
Fig. 3 zeigt die Pflugschar 1 samt zugehörigem Abfederungs¬ mechanismus. Die Pflugschar 1 weist ein plattenförmiges Schwenkelement 26 mit einem an seinem unteren Rand auswech-
seibar befestigten Messer 24 auf. Das Messer 24 greift den Schnee vom Boden 25 auf. Bezüglich unterem Rand des Messers 24 und oberem Rand des Schwenkelements 26 in der Mitte ist das Schwenkelement 26 über eine Schwenkachse 27 mit einem Hebelarm 28 verbunden. Dieser steht in Ruhestellung im we¬ sentlichen horizontal. An seinem hinteren Ende ist er in ei¬ nem Drehpunkt 29 (in vertikaler Richtung schwenkbar) gela¬ gert. Der Drehpunkt 29 ist am unteren Ende eines Abstützele¬ ments 30 vorgesehen.
Eine Gummihohlfeder 32, die einerseits in einem Angriffs¬ punkt 31 am Hebelarm 28 befestigt und andererseits am Ab¬ stützelement 30 abgestützt ist, hält den Hebelarm 28 in sei¬ ner im wesentlichen horizontalen Ruhelage.
An einem Angriffspunkt 33 (an der Rückseite des Schwenkele¬ ments 26), der zwischen oberem Rand des Schwenkelements 26 und Schwenkachse 27 vorgesehen ist, greift ein Seilzug an. Dieser weist ein über eine Umlenkrolle 35 umgelenktes Seil 34 auf, das am oberen Ende (Seilbefestigung 37) einer verti¬ kal ausgerichteten Gummihohlfeder 36 befestigt ist. Die Gum¬ mihohlfeder 36 ist ihrerseits z. B. am Tragbalken 4 abge¬ stützt. Ebenso die Umlenkrolle 35. Der Seilzugmechanismus hält das Schwenkelement 26 elastisch in seiner positiven Ru¬ hestellung C.
Stösst das Messer 24 an einem Hindernis an, dann wird das Schwenkelement 26 in eine negative Ausweichstellung D ge¬ schwenkt. Es dreht sich dabei (im Raum betrachtet) um den Anstosspunkt, wobei die Schwenkachse 27 und der Hebelarm 28 entsprechend (unter Ueberwindung der Federkraft der Gummi¬ hohlfeder 32) nach oben gedrückt werden. Gleichzeitig bewegt sich der obere Rand des Schwenkelements 26 bezüglich des (unteren Randes) des Pflugoberteils 2 nach vorne. Das
Schwenken geschieht dabei unter Ueberwindung der Federkraft der Hohlfeder 36.
Sobald das Schwenkelement 26 hinreichend stark in die nega¬ tive Lage gedreht ist, kann es sich vom Hindernis lösen und dieses gleichsam überspringen. Die beiden Hohlfedern 32 und 36 bringen es dabei blitzschnell wieder in die Ruhelage C zurück.
Der Vorteil des soeben beschriebenen Mechanismus liegt im grossen Abfederungs- resp. Ausweichweg (vgl. Ausweichung x und Ueberfahrthöhe y in Fig. 3). Die Geometrie und die Fe¬ derelemente sind weitgehend so gewählt, dass das Ausweichen bei konstanter Schubkraft möglich ist.
Um die Breite des Spalts 38 zwischen Pflugschar 1 und Pflug¬ oberteil 2 möglichst genau einstellen zu können, ist der He¬ belarm 28 in Exzenterbüchsen gelagert. Durch Drehen dersel¬ ben kann die Feinabstimmung resp. die Korrektur vom Herstel¬ lungstoleranten vorgenommen werden.
Damit das Schwenkelement 26 sich an die Neigung der Boden¬ oberfläche quer zur Fahrtanrichtung anpassen kann, sind die Lager der Schwenkachse 27 und des Drehpunkts 29 (zur jewei¬ ligen Drehachse) leicht kippbar (z. B. um 1°). Die optimale Schneeräumung bei Bodenunebenheiten wird zudem dadurch ge¬ währleistet, dass die Pflugschar 1 nicht ein einziges, sich über die ganze Pflugbreite erstreckendes Element ist, son¬ dern mehrere einzel schwenkbare, nebeneinander angeordnete Elemente aufweist. Jedes dieser Elemente kann einzeln aus¬ weichen und sich der Bodenneigung anpassen.
Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die be¬ schriebene Ausführungsform. Statt Gummihohlfedern können
z. B. Spiralfedern oder andere elastische Elemente einge¬ setzt werden. Auch der Seilzugmechanismus kann im Prinzip durch eine gefederte Zugstange ersetzt werden.
Anstelle eines hydraulischen Antriebs kann auch ein elektri¬ scher vorgesehen werden. Unter Umständen kann es sogar vor¬ teilhaft sein, einen Kurbelwellenmechanismus einzusetzen, welcher vom Fahrzeug mittels einer Kurbelwelle betätigbar ist (verbreitetes Prinzip bei landwirtschaftlichen Maschi¬ nen) .
Wie bereits erwähnt, kann die korrekte Führung des Platten¬ randes nicht nur mit dem beschriebenen, vorteilhaften Zwei¬ hebelsystem, sondern auch mit andersartigen Hebel- und/oder Seilzugmechanismen bewerkstelligt werden.
Im Prinzip ist das Abfederungssystem (Pflugschar 1 ) unabhän¬ gig vom Pflugoberteil 2. D. h. bei Bedarf kann der eine oder der andere Teil anders ausgebildet sein.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass durch die Er¬ findung ein vielseitig einsetzbarer Schneepflug geschaffen worden ist, der eine verbesserte Führung des Schneeflusses erlaubt.