WO2016046221A1

WO2016046221A1 - Mastarm mit hebelgetriebe

Info

Publication number: WO2016046221A1
Application number: PCT/EP2015/071772
Authority: WO
Inventors: Bernd SEGSCHNEIDER
Original assignee: Schwing Gmbh
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2016-03-31
Also published as: DE102014013736A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mastarm (10) für einen Großmanipulator mit einer Mehrzahl von Mastsegmenten (12, 14), die an Knickgelenken (18) um jeweils horizontale Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment (12, 14) mittels je eines Antriebselementes (16) begrenzt verschwenkbar sind, wobei wenigstens eines der Antriebselemente (16) an einem ersten Mastsegment (12) befestigt ist und über ein Hebelgetriebe (20) auf ein zweites Mastsegment (14) wirkt. Die Erfindung schlägt vor, dass das Hebelgetriebe (20) vier gelenkig miteinander verbundene Hebelglieder (22, 24, 26, 28) umfasst, die eine kinematische Kette bilden. Ferner betrifft die Erfindung einen Großmanipulator mit einem erfindungsgemäßen Mastarm (10).

Description

Mastarm mit Hebelaetriebe Die Erfindung betrifft einen Mastarm sowie einen Großmanipulator, insbesondere eine Autobetonpumpe mit wenigstens einem Mastarm.

Mastarme für Großmanipulatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Mastarme umfassen wenigstens zwei Mastarmsegmente, die an Knickgelenken um jeweils horizontale Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastarmsegment mittels je eines Hydraulikzylinders begrenzt zwischen einer Einfaltstellung und einer Arbeitsstellung verschwenkbar sind.

Die Anforderungen an die Reichweite von Großmanipulatoren wachsen immer weiter. Indem jedoch die Maße bzw. das Gewicht der Großmanipulatoren aufgrund gesetzlicher Regelungen bestimmte Grenzen nicht ohne Weiteres überschreiten dürfen, bedarf es spezieller Überlegungen, um den größeren Reichweitenanforderungen gerecht zu werden, ohne dabei gesetzliche Bestimmungen zu verletzen. Aus dem Stand der Technik sind Großmanipulatoren, insbesondere Autobetonpumpen, bekannt, bei denen die miteinander gelenkig verbundenen Mastarmsegmente über Hebelgeometrien miteinander verbunden sind, so dass sie gegeneinander ein- bzw. ausgefaltet werden können. Hierbei wirkt ein Hydraulikzylinder über ein oder zwei Umlenkhebel auf die Mastarmsegmente. Bei derartigen Ausgestaltungen sind Öffnungswinkel von bis zu 270 Grad und mehr möglich. In bestimmten Ausfaltpositionen, insbesondere aber am Anfang des Ausfaltvorgangs, ist die von den Hydraulikzylindern auszuübende Kraft sehr groß, so dass die Hydraulikzylinder vergleichsweise voluminös dimensioniert werden müssen. Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Mastarm bereit zu stellen, der mit einem kleiner dimensionierten Antrieb auskommt und somit, aufgrund des reduzierten Gewichts, den gewachsenen Anforderungen an die Reichweite besser gerecht werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Mastarm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , sowie einen Großmanipulator mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. 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.

Der erfindungsgemäße Mastarm umfasst eine Mehrzahl von Mastsegmenten, die an Knickgelenken um jeweils horizontale Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment mittels je eines Antriebselementes, insbesondere eines Hydraulikzylinders, begrenzt verschwenkbar sind, wobei wenigstens eines der Antriebselemente an einem ersten Mastsegment befestigt ist und über ein Hebelgetriebe auf ein zweites Mastsegment wirkt. Der Mastarm zeichnet sich dadurch aus, dass das Hebelgetriebe vier gelenkig miteinander verbundene Hebelglieder umfasst, die eine kinematische Kette bilden. Durch das viergliedrige Hebelgetriebe wird erfindungsgemäß erreicht, dass die maximal vom Antriebszylinder aufzubringende Kraft während der Ausklappbewegung reduziert wird, bei einem gleichzeitig maximal großen Gesamtschwenkwinkel.

Der erfindungsgemäße Mastarm weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass der Antriebszylinder bei der Ausklappbewegung über einen größeren effektiven Hebelarm auf das betreffende Mastsegment wirkt. Der Antriebszylinder kann dadurch kleiner dimensioniert werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Hydraulikzylinder mechanisch versagt. Dadurch wird Gewicht eingespart. Folglich kann die Reichweite des Mastes vergrößert werden. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass sich das Hebelgetriebe mit den zusätzlichen Hebeln so konstruieren lässt, dass das zusätzliche Gewicht des Hebelgetriebes die Gewichtseinsparung am Hydraulikzylinder nicht überkompensiert. Das Hebelgetriebe faltet sich beim Zusammenfalten des Mastarms ferner so ein, dass der Platzbedarf dieser Kinematik trotz zusätzlicher Hebel nicht größer, sondern sogar kompakter ist als ein Hebelgetriebe herkömmlicher Bauart.

Vorteilhafterweise weist das Hebelgetriebe ein erstes Hebelglied auf, das ein Dreipunkthebel ist, der über ein erstes Drehgelenk mit dem Hydraulikzylinder verbunden ist. Durch das erste Hebelglied wird der Hebel des Hydraulikzylinders abhängig vom Schwenkwinkel vergrößert.

Bevorzugt ist das erste Hebelglied über ein zweites Drehgelenk mit einem zweiten Hebelglied verbunden. Das erste Hebelglied faltet sich, dadurch dass es von dem zweiten Hebelglied gehalten wird, mit größer werdendem Schwenkwinkel aus und vergrößert den Hebelarm des Hydraulikzylinders, über den dieser auf das zweite Mastsegment wirkt. Durch diesen größeren Hebelarm sinken die Kräfte im Zylinder. Das erste und das zweite Drehgelenk befinden sich dabei insbesondere an gegenüberliegenden Enden des ersten Hebelgliedes. Bevorzugt ist das zweite Hebelglied ein Zweipunkthebel. Ferner ist das zweite Hebelglied vorteilhafterweise über ein viertes Drehgelenk mit dem ersten Mastsegment verbunden. Idealerweise ist das zweite Drehgelenk an dem einen Ende des zweiten Hebelglieds und das vierte Drehgelenk an dem anderen Ende des zweiten Hebelglieds angeordnet. Das zweite Hebelglied führt das erste Hebelglied an dem ersten Mastsegment.

Ferner ist bevorzugt das erste Hebelglied über ein drittes Drehgelenk mit einem dritten Hebelglied verbunden. In Bezug auf das erste Hebelglied ist das dritte Drehgelenk zwischen dem ersten und dem zweiten Drehgelenk angeordnet. Bevorzugt ist das dritte Hebelglied als Dreipunkthebel ausgebildet. Das dritte Hebelglied ist dabei bevorzugt über ein fünftes Drehgelenk mit dem ersten Mastsegment verbunden. In Bezug auf das erste Mastsegment liegt das fünfte Drehgelenk zwischen dem vierten Drehgelenk und der Knickachse, die das erste Mastsegment mit dem zweiten Mastsegment verbindet.

Das dritte Hebelglied ist bevorzugt über ein sechstes Drehgelenk mit einem vierten Hebelglied verbunden. Idealerweise ist das vierte Hebelglied als Zweipunkthebel ausgebildet, wobei das vierte Hebelglied über ein siebtes Drehgelenk mit dem zweiten Mastsegment verbunden ist. Das sechste und siebte Drehgelenk sind in Bezug auf das vierte Hebelglied an den sich gegenüberliegenden Enden des vierten Hebelglieds angeordnet. Das vierte Hebelglied stellt somit die Anbindung des Getriebes an das zweite Mastsegment her.

Das dritte Hebelglied kann bevorzugt abgewinkelt ausgebildet sein. In Bezug auf das dritte Hebelglied befindet sich das dritte Drehgelenk dann im Bereich des Knicks und liegt somit zwischen dem fünften und sechsten Drehgelenk.

Um die Zug- und Druckkräfte möglichst gut aufnehmen zu können, haben die Zweipunkthebel im Wesentlichen die Form einer geraden Stange oder eines geraden Profils, wobei sich die Gelenke insbesondere an den Enden befinden. Auch können die Dreipunkthebel bevorzugt die Form einer geraden Stange aufweisen.

Ferner betrifft die Erfindung einen Großmanipulator mit einem Verteilermast, wobei der Verteilermast einen um eine Hochachse drehbaren Drehschemel und einen daran um eine horizontale Schwenkachse verschwenkbar gelagerten erfindungsgemäßen Mastarm aufweist.

Durch den Großmanipulator mit dem erfindungsgemäßen Mastarm mit Hebelgetriebe, das vier gelenkig miteinander verbundene Hebelglieder aufweist, besitzt der Großmanipulator gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass auch die am Anfang der Ausfaltbewegung auszuübende Kraft des Hydraulikzylinders verringert wird, wodurch der Hydraulikzylinder kleiner dimensioniert werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Hydraulikzylinder mechanisch versagt. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen einzeln aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 schematische Ansicht eines Mastarms gemäß dem Stand der Technik

Fig. 2 schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mastarms in einer ersten Ausgestaltung,

Fig. 3 Diagramm: Zylinderkraft [kN] über den

Öffnungswinkel des Mastarms [°],

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Mastarmes 10 gemäß dem Stand der Technik mit einem Hebelgetriebe 20 mit zwei Hebeln 26, 28, welches es ermöglicht mit einer Antriebseinheit 1 6, beispielweise einem Hydraulikzylinder, die zwei Mastarmsegmente 12, 14 mit einem Winkel von über 180 Grad gegeneinander zu verschwenken. Die von der Antriebseinheit 1 6 aufzubringende Kraft hängt unter anderem von dem Abstand der Drehgelenke 32 und 38 zueinander ab. Je größer dieser Abstand ist, desto geringer ist die von der Antriebseinheit 1 6 aufzubringende Kraft, um die Mastsegmente 12, 14 gegeneinander zu verschwenken. Weil der Hebel 26 aber viel Platz benötigt, der insbesondere im zusammengefalteten Zustand des Mastarmes 10 oft nicht zur Verfügung steht, ist dieser Abstand, und damit die Länge des Hebels 26, konstruktionsbedingt begrenzt.

Die von der Antriebseinheit 16 aufzubringende Kraft ist insbesondere in der Anfangsphase der Ausfaltbewegung besonders groß, weil das Hebelgetriebe 20 im zusammengefalteten Zustand nur eine geringe Hebelwirkung für die Antriebseinheit 1 6 anbieten kann.

Das in Figur 1 dargestellte Hebelgetriebe stellt nur ein Ausführungsbeispiel eines Hebelgetriebes nach dem Stand der Technik dar. In der Regel lässt sich aber sagen, dass für ein derartiges Hebelgetriebe zwei Hebel verwendet werden. Beide Hebel eines derartigen Hebelgetriebes können auch Zweipunkthebel sein, oft werden für diese Hebelgetriebe aber ein Dreipunkt- und ein Zweipunkthebel eingesetzt, die in unterschiedlichen Positionen zueinander mit den Mastsegmenten und den Antriebszylindern kombiniert sind. Es sind beispielweise Hebelgetriebe mit zwei Zweipunkthebeln möglich, die von einem Antriebselement angetrieben werden, wobei alle Elemente oberhalb der Mastelemente angeordnet sind.

Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mastarms 10 in einer ersten Ausgestaltung. Der Mastarm 10 umfasst ein Hebelgetriebe 20, das sich aus vier gelenkig miteinander verbundenen Hebelgliedern 22, 24, 26, 28 zusammensetzt, die eine kinematische Kette bilden. Das erste Hebelglied 22 ist als Dreipunkthebel mit einem ersten Drehgelenk 30, einem zweiten Drehgelenk 32 und einem dritten Drehgelenk 34 ausgebildet und über das erste Drehgelenk 30 mit der Antriebseinheit 1 6 verbunden. Ferner ist das erste Hebelglied 22 über das zweite Drehgelenk 32 mit einem zweiten Hebelglied 24 verbunden. Das zweite Hebelglied 24 ist ein Zweipunkthebel, der über ein viertes Drehgelenk 36 mit dem ersten Mastsegment 12 verbunden ist. Des Weiteren ist das erste Hebelglied 22 über das dritte Drehgelenk 34 mit einem abgewinkelt ausgebildeten dritten Hebelglied 26 verbunden, das ein Dreipunkthebel ist. Das dritte Hebelglied 26 ist über ein fünftes Drehgelenk 38 mit dem ersten Mastsegment 12 verbunden. Ferner ist das dritte Hebelglied 26 über ein sechstes Drehgelenk 40 mit einem vierten Hebelglied 28, das als Zweipunkthebel ausgebildet ist, verbunden. Das vierte Hebelglied 28 ist zudem über ein siebtes Drehgelenk 42 mit dem zweiten Mastsegment verbunden. Das erste Hebelglied 22 hat die Funktion einer Wippe, die vom zweiten Hebelglied 24, dass am Mastsegment 12 angelenkt ist, geführt wird. Hebelglied 24 kann somit auch als Wippstütze bezeichnet werden. Das erste Hebelglied 22 schiebt beziehungsweise zieht über das Drehgelenk 34, welches praktisch den ursprünglichen Angriffspunkt für die Antriebseinheit 16 nach einem Hebelgetriebe nach dem Stand der Technik darstellt, das Hebelglied 26, das über das Hebelglied 28 auf das Mastsegment 14 wirkt, und bewirkt damit die Ein- bzw. Ausfaltbewegung des Mastarmes 10.

Insofern lässt sich sagen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Hebelgetriebe 20 um eine Verkettung von zwei Hebelgetrieben handelt.

In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Hebel 26 die gleichen Dimensionen wie der Hebel 26 in der Figur 1 gemäß dem Stand der Technik. Durch den Einsatz der Hebel 22 und 24 wird der Abstand zwischen dem Angriffspunkt der Antriebseinheit 16, (d.h. dem Drehgelenk 30 in Figur 2), und dem Drehgelenk 38 vergrößert, wodurch sich der effektive Hebel der Antriebseinheit 1 6 abhängig von dem Öffnungswinkel (Schwenkwinkel) vergrößert. Weil die Drehgelenke 38 und 36, mit denen die Hebelglieder 24 und 26 verbunden sind, seitlich voneinander beabstandet sind, falten sich beim Einfalten des Mastarmes 10 auch die beiden Hebelglieder 22 und 24 gegeneinander ein und das gesamte Hebelgetriebe 20 benötigt im zusammengefalteten Zustand nur unwesentlich mehr Bauraum als ein Hebelgetriebe nach dem Stand der Technik.

Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung eines gegenüber dem Stand der Technik kleiner dimensionierten Hebelgliedes 26, wodurch sich in Verbindung mit dem Ein- bzw. Ausfaltverhalten der Hebelglieder 22, 24, die den Wirkhebel für die Antriebseinheit 1 6 wiederum vergrößern, die Konstruktion eines letztendlich kompakter bauenden Hebelgetriebes 20 verwirklichen lässt, das im eingefalteten Zustand weniger Platz benötigt als ein herkömmliches Hebelgetriebe.

Im Zusammenhang mit Figur 1 wurde beschrieben, dass verschiedene Kombinationen von Zwei- und Dreipunkthebeln für ein Hebelgetriebe nach dem Stand der Technik denkbar sind. Auch diese Varianten eines Hebelgetriebes können mit einem Dreipunkthebel 22 (Wipphebel) und einem Zweipunkthebel 24 (Wippstütze) entsprechend der Erfindung ergänzt werden, um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu erzielen.

Figur 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Zylinderkraft [kN] über den Öffnungswinkel des Mastarms [°] dargestellt ist. Das Diagramm stellt die Zylinderkraft eines herkömmlichen Mastarms 44 der Zylinderkraft eines erfindungsgemäßen Mastarms 46 gegenüber. Aus dem Diagramm wird deutlich, dass in der Regel die vom Hydraulikzylinder auszuübende Kraft gerade am Anfang des Ausfaltvorgangs am größten ist. Durch das erfindungsgemäße Getriebe kann diese Kraft um etwa ein Fünftel verringert werden. Auch beim weiteren Ausfalten des Mastarms liegt der Kraftverlauf des Hydraulikzylinders des erfindungsgemäßen Mastarms immer unterhalb des Kraftverlaufs bei einem herkömmlichen Mastarm. Indem bei dem erfindungsgemäßen Mastarm 46 die vom Hydraulikzylinder auszuübende Kraft, insbesondere aber die maximal auszübende Kraft, geringer ist, kann der Hydraulikzylinder kleiner dimensioniert werden.

Bezuaszeichenliste Mastarm

erstes Mastsegment

zweites Mastsegment

Hydraulikzylinder

Knickgelenk

Hebelgetriebe

erstes Hebelglied (Wippe)

zweites Hebelglied

drittes Hebelglied

viertes Hebelglied

erstes Drehgelenk

zweites Drehgelenk

drittes Drehgelenk viertes Drehgelenk

fünftes Drehgelenk

sechstes Drehgelenk

siebtes Drehgelenk

Zylinderkraft herkömmlicher Mastarm Zylinderkraft erfindungsgemäßer Mastarm

Claims

Patentansprüche

1 . Mastarm (10) für einen Großmanipulator, mit einer Mehrzahl von Mastsegmenten (12, 14), die an Knickgelenken (18) um jeweils horizontale Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment (12, 14) mittels je eines Antriebselementes (1 6), bevorzugt eines Hydraulikzylinders, begrenzt verschwenkbar sind, wobei wenigstens eines der Antriebselemente (16) an einem ersten Mastsegment (12) befestigt ist und über ein Hebelgetriebe (20) auf ein zweites Mastsegment (14) wirkt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Hebelgetriebe (20) vier gelenkig miteinander verbundene Hebelglieder (22, 24, 26, 28) umfasst, die eine kinematische Kette bilden.

2. Mastarm (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelgetriebe (20) ein erstes Hebelglied (22) aufweist, das ein Dreipunkthebel ist, der über ein erstes Drehgelenk (30) mit dem Antriebselement (1 6) verbunden ist.

3. Mastarm (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hebelglied (22) über ein zweites Drehgelenk (32) mit einem zweiten Hebelglied (24) verbunden ist, das ein Zweipunkthebel ist, der über ein viertes Drehgelenk (36) mit dem ersten Mastsegment (12) verbunden ist.

4. Mastarm (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hebelglied (22) über ein drittes Drehgelenk (34) mit einem dritten Hebelglied (26) verbunden ist, das ein Dreipunkthebel ist, wobei das dritte Hebelglied (26) über ein fünftes Drehgelenk (38) mit dem ersten Mastsegment (12) verbunden ist.

5. Mastarm (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Hebelglied (26) über ein sechstes Drehgelenk (40) mit einem vierten Hebelglied (28) verbunden ist, das ein Zweipunkthebel ist, der über ein siebtes Drehgelenk (42) mit dem zweiten Mastsegment (14) verbunden ist.

6. Mastarm (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Hebelglied (26) abgewinkelt ausgebildet ist.

7. Großmanipulator, insbesondere Autobetonpumpe, mit einem Verteilermast, der einen um eine Hochachse drehbaren Drehschemel und einen daran um eine horizontale Schwenkachse verschwenkbar gelagerten Mastarm (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.