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Die Erfindung betrifft einen Drehantrieb zur Drehpositionierung eines Arbeitsgerätes an einer Maschine oder einem Bagger.
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Aus der
DE 10 2013 206 574 A1 ist ein Drehantrieb zur Drehpositionierung einer Arbeitseinheit an einem Bagger bekannt. Dieser Drehantrieb umfasst einen Schneckenantrieb, der eine schraubenförmige Schnecke und ein damit kämmendes Schneckenrad umfasst. Zum Antrieb der Schnecke des Schneckenantriebes sind an jedem Ende der Schnecke Hydromotoren angeschlossen. Die Hydromotoren werden mittels einer Steuerschaltung angesteuert, wobei der zweite Hydromotor wahlweise zum ersten Hydromotor zuschaltbar ist. Dadurch können verschiedene Drehmomente und Drehgeschwindigkeit ohne einen weiteren Handhabungsaufwand angesteuert werden.
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Die
EP 1 422 187 B1 offenbart einen Schwenkantrieb zur drehbaren Kopplung eines Arbeitsgerätes an einer Maschine. Dieser Drehantrieb umfasst an einem Lagerunterteil ein drehfest gelagertes Schneckenrad, welches von einer drehbar an einem Lagerunterteil gelagerten Schnecke angetrieben ist. An einem Ende der Schnecke ist eine Bremseinrichtung vorgesehen, durch welche permanent und Drehrichtung unabhängig eine Bremswirkung erzeugt werden kann.
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Aus der
CN 1 10 864 079 A ist ein Schneckenrad-Getriebe bekannt, bei welchem an einem Schaftende der Schnecke eine Bremsvorrichtung vorgesehen ist. Diese Bremsvorrichtung ermöglicht eine selektive Bremsung der Schnecke, um eine Überlast von dem Drehantrieb auf die Schnecke zu vermeiden.
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Die
DE 20 2020 105 918 U1 offenbart eine hydraulische Steuerungseinrichtung mit einem ersten und einem zweiten Steuerkreis, die über ein Ventil umschaltbar sind. Der erste Steuerkreis dient zur Ansteuerung des Drehantriebes und des Schwenkantriebes. Der zweite Steuerkreis dient zur Versorgung eines an einem Schnellwechsler angekoppelten Anbaugerätes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehantrieb zur Drehpositionierung eines Arbeitsgerätes an einer Maschine oder einem Bagger vorzuschlagen, durch welchen eine erhöhte Sicherheit bei einem Arbeitsprozess des Arbeitsgerätes ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Drehantrieb zur Drehpositionierung eines Arbeitsgerätes oder eines Baggers gelöst, bei welchem zwischen einer ersten und einer zweiten Versorgungseinleitung, die zum Drehantrieb führen, zumindest ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist, welches bei einer Drucküberhöhung eines Arbeitsdruckes der Hydraulikflüssigkeit in der mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagten Versorgungsleitung öffnet und bei dem die Schnecke und/oder Schneckenrad des Schneckenantriebes mit einer Gewindesteigung ohne Selbsthemmung ausgebildet sind.
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Dies ermöglicht, dass beim Arbeiten mit dem Arbeitsgerät Überbelastungen auf den Drehantrieb vermieden werden können. Beispielsweise kann der Fall auftreten, dass bei einem als Abbruchwerkzeug ausgebildeten Arbeitsgerät das Abbruchwerkzeug verkippt oder versetzt zur Schließbewegung der Schere oder des Greifers aufgesetzt wird und bei Schließen der Schere oder des Greifers ein überhöhtes Drehmoment auf den Drehantrieb wirkt. Sobald ein vorbestimmter Arbeitsdruck in der Versorgungsleitung überschritten wird, kann durch das zumindest eine Druckbegrenzungsventil der Arbeitsdruck in der mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Versorgungsleitung zum Abbau des überhöhten Arbeitsdruckes öffnen und gleichzeitig kann aufgrund des Schneckenantriebes mit einer ohne Selbsthemmung ausgebildeten Gewindesteigung erzielt werden, dass sich das Arbeitswerkzeug gegenüber einem Stiel des Baggers verdreht, um in eine ausgerichtete Arbeitsposition zum Greifobjekt übergeführt zu werden. Dadurch kann nicht nur eine Überbeanspruchung auf den Drehantrieb vermieden werden, sondern auch beispielsweise eine mögliche Kippbewegung der Maschine oder des Baggers. In der ausgerichteten Arbeitsposition oder Greifposition des Arbeitswerkzeuges kann unmittelbar darauffolgend der Arbeitsprozess fortgeführt werden.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsleitung zumindest eine Kurzschlussleitung vorgesehen ist und in der zumindest einen Kurzschlussleitung dass zumindest eine Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Dies ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung der Steuerschaltung.
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Zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsleitung sind ein erstes und ein zweites Druckbegrenzungsventil, insbesondere in jeweils einer Kurzschlussleitung, vorgesehen. Die Druckbegrenzungsventile sind in entgegengesetzter Richtung wirkend bei einer Drucküberhöhung der Hydraulikflüssigkeit ausgerichtet. Somit kann eine Gleichwirkung sowohl bei einer Ansteuerung eine Drehbewegung des Drehantriebes nach links oder nach rechts erzielt als auch eine Drucküberhöhung verhindert werden.
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Das zumindest eine Druckbegrenzungsventil ist bezüglich dessen Öffnungsdrucks einstellbar oder ansteuerbar. Dadurch können unterschiedliche Lastfälle vorbestimmt werden. Auch ist dadurch ermöglicht, dass dieser Drehantrieb mit der Steuerschaltung universell für leichte oder schwere Arbeitsprozesse bzw. Maschinen oder Bagger einsetzbar ist.
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Vorteilhafterweise ist das erste und zweite Druckbegrenzungsventil auf denselben Öffnungsdruck eingestellt. Dadurch werden gleichbleibende Arbeitsverhältnisse unabhängig der angesteuerten Drehbewegung des Drehantriebes erzielt.
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Die Druckbegrenzungsventile sind vorteilhafterweise auf einen Öffnungsdruck zwischen 10 bis 600 bar, insbesondere zwischen 40 und 380 bar ausgelegt.
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Der Öffnungsdruck des zumindest einen Druckbegrenzungsventils kann gemäß einer ersten Ausführungsform elektrisch einstellbar sein. Alternativ kann dies auch in Stufen oder stufenlos ansteuerbar sein. Der Bediener der Maschine oder des Baggers kann dies vorteilhafterweise von seiner Arbeitsposition heraus ansteuern.
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Zur Unterstützung einer Drehbewegung des Schneckenrades zur Schnecke, welche eine Gewindesteigung ohne Selbsthemmung aufweisen, ist bevorzugt eine Schmierung des Schneckenantriebs vorgesehen. Eine solche Schmierung ermöglicht die Einstellung eines definierten Reibwiderstandes zwischen dem Schneckenrad und der Schnecke, wodurch wiederum mit dem einstellbaren Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils definierte Arbeitsbedingungen geschaffen werden können. Vorteilhafterweise ist an einem Gehäuse des Schneckenrades oder einem Gehäuse des Drehantriebes eine Schmiermittelschnittstelle vorgesehen, um insbesondere in Wartungsintervallen Schmiermittel, beispielsweise Öl oder Fett, zuzuführen.
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Die Steuerschaltung umfasst vorteilhafterweise ein 4/2-Wegeventil. Dadurch kann eine einfache Ansteuerung einer Linksdrehung oder Rechtsdrehung des Drehantriebes sowie eine neutrale Position ohne Druckbeaufschlagung einer der beiden Versorgungsleitungen angesteuert werden.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das zumindest eine Druckbegrenzungsventil im Gehäuse des Drehantriebes oder nahe zum Gehäuse des Drehantriebes verbraucherseitig zwischen dem Umschaltventil und dem Hydraulikmotor positioniert ist. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass kurze Wege von dem Schneckenrad über die Schnecke und das Hydraulikmotors zum Druckbegrenzungsventil bei einer Drucküberhöhung gegeben sind, so dass das Druckbegrenzungsventil bei einer Drucküberhöhung unmittelbar anspricht und die auftretende Lastspitze gebrochen werden kann. Durch die Positionierung des Druckbegrenzungsventils nahe zum Hydraulikmotor kann eine hohe Empfindlichkeit erzielt werden. Dadurch kann eine erhöhte Sicherheit gegeben sein, insbesondere dahingehend, dass die Maschine oder der Bagger sich nicht zum Greifobjekt hindreht oder verkippt.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerschaltung arbeitsseitig zwischen dem Umschaltventil und dem Drehantrieb zumindest ein Sekundärventil aufweist, welches zur Sicherung einer absoluten Überlast eines Arbeitsdruckes in den Versorgungsleitungen vorgesehen ist. Dieses zumindest eine Sekundärventil, bildet eine Sicherung bei einer absoluten Überlast des Arbeitsdruckes im Hydraulikantrieb. Dieses zumindest eine Sekundärventil ist bevorzugt gegenüber dem Drehantrieb bzw. dem Hydraulikmotor und diesen zugeordneten Druckbegrenzungsventilen entfernt angeordnet, so dass dieses zumindest eine Sekundärventil eine schnell ansprechende Sicherheitsfunktion der Steuerschaltung ermöglicht, bevor die Überlast an dem Hydraulikmotor anliegt.
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Der einstellbare Öffnungsdruck des zumindest einen Druckbegrenzungsventils ist bevorzugt niedriger als der Öffnungsdruck der absoluten Überlast des zumindest einen Sekundärventils.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Baggers mit einem Arbeitsgerät,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Anbauvorrichtung zum Anbinden an einen Stiel des Baggers gemäß 1,
- 3 eine schematische Seitenansicht der Anbauvorrichtung gemäß 2,
- 4 eine schematische Ansicht einer Steuerschaltung eines Drehantriebes der Anbauvorrichtung gemäß 2,
- 5 eine schematische Schnittansicht des Drehantriebes mit einem Schneckenantrieb.
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In
1 ist eine schematische Seitenansicht eines Baggers 11 dargestellt. Der Bagger 11 umfasst eine Grundmaschine 13 mit einem Ausleger 12, der am Ende mit einem Stiel 14 gelenkig miteinander verbunden ist. Der Ausleger 12 wird mit einem Hubzylinder 19 auf- und ab bewegt. Der Ausleger 12 umfasst zumindest einen Stielzylinder 18 zur Ansteuerung einer Schwenkbewegung des Stiels 14. Am Stiel 14 ist zumindest ein Druckzylinder 16 vorgesehen, durch welchen eine am Stiel 14 vorgesehene Anbauvorrichtung 21 ansteuerbar ist. Am Ende des Stiels 14 ist in einer Anbauachse 17 die Anbauvorrichtung 21 schwenkbar gelagert. Diese Anbauvorrichtung 21 kann eine Dreheinrichtung 22 mit einem Drehantrieb 24 und eine Kupplung, insbesondere Schnellwechseleinrichtung 23, umfassen. Die Dreheinrichtung 22 umfasst ein Antriebsgehäuse 66. Durch den Drehantrieb 24 ist die Schnellwechseleinrichtung 23 relativ zum Antriebsgehäuse 66 in einer Rotationsachse 26 drehbar. An der Schnellwechseleinrichtung 23 ist auswechselbar ein Arbeitsgerät 25 vorgesehen. Die Schnellwechseleinrichtung 23 weist eine erste Wechslerhälfte 41 auf, die arbeitsgeräteseitig vorgesehen ist, sowie eine zweite Wechslerhälfte 42, welche an dem Drehantrieb 24 vorgesehen ist. Die zweite Wechslerhälfte 42 umfasst zumindest einen ansteuerbaren Riegel 56. Der Riegel 56 kann nach dem Positionieren einer Riegelaufnahme 59 an dem ersten Riegelbolzen 55 der ersten Wechslerhälfte 41 den zweiten Riegelbolzen 55 der ersten Wechslerhälfte 41 hintergreifen und die erste und zweite Wechslerhälfte 41, 42 verbinden und verriegeln. Eine solche Schnellwechseleinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 20 2021 101 016 U1 bekannt.
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Zur Ansteuerung einer Schwenkbewegung der Anbauvorrichtung 21 ist eine Schwenkkinematik 27 vorgesehen. Diese umfasst einen Umlenker 28, welcher an einem Ende an einer Umlenkerachse 29 gelenkig mit dem Stiel 14 verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Schwenkkinematik 27 eine Koppel 31, welche an einem Ende mit dem Umlenker 28 über eine gemeinsame Schwenkachse 35 verbunden ist. Am gegenüberliegenden Ende greift die Koppel 31 an einer Koppeleinrichtung 33 an. Diese Koppeleinrichtung 33 ist eine Komponente der Anbauvorrichtung 21 oder an der Anbauvorrichtung 21 montiert. Bevorzugt weist das Antriebsgehäuse 66 eine sich zumindest abschnittsweise erstreckende Deckfläche auf, an der die Koppeleinrichtung 33 vorgesehen ist. An der Schwenkachse 35 der Schwenkkinematik 27 greift der Druckzylinder 16, insbesondere eine Kolbenstange des Druckzylinders 16, an.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht der Anbauvorrichtung 21 dargestellt. Die 3 zeigt eine schematische Seitensicht dieser Anbauvorrichtung 21 gemäß 2.
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Die Koppeleinrichtung 33 besteht aus zwei im Abstand zueinander angeordneten Wangen 36. Die Wangen 36 können mit zumindest einer Anschlussplatte 34, die sich zwischen den Wangen 36 erstreckt, verbunden sein. Die zumindest eine Anschlussplatte 34 kann an einer Oberseite der Dreheinrichtung 22 anliegen und daran vorzugsweise lösbar befestigt sein. Jede Wange 36 umfasst eine Koppellagerstelle 37 und eine Anbaulagerstelle 38. Die Koppellagerstelle 37 und die Anbaulagerstelle 38 sind in der Höhe versetzt zueinander angeordnet. Die Anbaulagerstelle 38 ist gegenüber der Koppellagerstelle 37 vertieft angeordnet. Die Anbaulagerstelle 38 kann auch in Richtung auf eine Rotationsebene 39 der Dreheinrichtung 22 versetzt sein oder in dieser Rotationsebene 39 liegen. Die Anbaulagerstelle 38 ist gegenüber der Anbauvorrichtung 21, insbesondere der Dreheinrichtung 22, seitlich nach außen versetzt oder einer Stirnseite der Dreheinrichtung 22 zugeordnet.
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Die Dreheinrichtung 22 umfasst des Weiteren eine Drehdurchführung 71, durch welche hydraulische Leitungen durch die Dreheinrichtung 22 hindurchgeführt werden können, um mit einem Arbeitsgerät 25 gekoppelt zu werden. Dadurch kann beispielsweise eine Schere, ein Greifer oder ein sonstiger Antrieb wie beispielsweise ein Rüttelantrieb oder dergleichen angesteuert werden.
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In 4 ist schematisch eine Steuerschaltung 44 des Drehantriebes 24 zur Ansteuerung einer Drehbewegung der Dreheinrichtung 22 bzw. des Arbeitsgerätes 25 dargestellt. In einem Gehäuse 45 des Drehantriebes 24 ist ein Schneckenantrieb 46 vorgesehen. Dieser umfasst eine Schnecke 47, welche ein Schneckenrad 48 kämmt. An einem Ende der Schnecke 27 ist ein Hydraulikmotor 49 angeschlossen. Der Hydraulikmotor kann beispielsweise ein Axialkolbenmotor, Radialkolbenmotor oder ein Zahnradkolbenpumpenmotor sein. Dieser Hydraulikmotor 49 wird über eine erste Versorgungseinleitung 51 und eine zweite Versorgungseinleitung 52 angesteuert. Diese Versorgungsleitungen 51, 52 stehen mit einem Umschaltventil 53 in Verbindung. Bei diesem Umschaltventil 53 handelt es sich bevorzugt um ein 4/2-Wegeventil.
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Das Umschaltventil 53 steht über eine Hydraulikleitung 68mit einem Tank 57 in Verbindung. Über eine Pumpe 54 wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 57 durch die Hydraulikleitung 68 dem Umschaltventil 53 zugeführt. Des Weiteren ist an dem Umschaltventil 53 eine Hydraulikleitung 69 angeschlossen, welche als Rückflussleitung in einem Tank 57 mündet.
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Die Steuerschaltung 44 weist einen antriebsseitigen Bereich auf, der zwischen dem Tank 57 und dem Umschaltventil 53 sich erstreckt. Die Steuerschaltung 44 weist einen arbeitsseitigen Bereich auf, der sich zwischen dem Hydraulikmotor 49 und dem Umschaltventil 53 erstreckt.
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In Abhängigkeit der Schaltposition des Umschaltventils 53 kann die erste Versorgungsleitung 51 mit einem Arbeitsdruck der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. In diesem Fall wird eine Drehbewegung des Drehantriebs 24 in eine erste Drehrichtung beispielsweise in eine Rechtsdrehung angesteuert. Die zweite Versorgungsleitung 52 dient zur Zurückführung der Arbeitsflüssigkeit in den Tank 57. Nach dem Umschalten des Umschaltventils 53 kann ein Wechsel zur Ansteuerung der Versorgungsleitung 52 mit dem Arbeitsdruck erfolgen, so dass die zweite Versorgungsleitung 52 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt ist und der Hydraulikmotor 49 in eine zweite Drehrichtung beispielsweise Linksdrehung angesteuert wird. Somit kann sowohl die erste Versorgungsleitung 51 als auch die zweite Versorgungsleitung 52 einen Zulauf zum Hydraulikmotor 49 oder einen Ablauf vom Hydraulikmotor 49 bilden.
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Zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsleitung 51, 52 ist zumindest ein Druckbegrenzungsventil 61, 62 vorgesehen. Beispielsweise ist eine erste Kurzschlussleitung 63 mit einem ersten Druckbegrenzungsventil 61 und eine zweite Kurzschlussleitung 64 mit einem zweiten Druckbegrenzungsventil 62 vorgesehen. Das erste und zweite Druckbegrenzungsventil 61, 62 sind in entgegengesetzter Richtung wirkend bei einer Drucküberhöhung der Hydraulikflüssigkeit ausgebildet. Somit kann bei einer Überhöhung eines Arbeitsdruckes in der Versorgungsleitung 51 als auch bei einer Überhöhung des Arbeitsdruckes in der Versorgungsleitung 52 jeweils ein schnelles Öffnen des Druckbegrenzungsventiles 61, 62 erfolgen, um eine Drucküberhöhung auf den Drehantrieb 24 zu vermeiden.
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In dem arbeitsseitigen Bereich der Steuerschaltung 44 ist zumindest ein Sekundärventil 60 vorgesehen. Das zumindest eine Sekundärventil 60 ist unmittelbar dem Umschaltventil 53 zugeordnet. Bevorzugt ist das Umschaltventil 53 und das zunächst eine Sekundärventil 60 im Oberwagen des Baggers 11 positioniert. Bevorzugt steht jede Versorgungsleitung 51, 52 mit einem Sekundärventil 60 in Verbindung. Dieses Sekundärventil 60 dient zur Vermeidung einer absoluten Überlast eines Arbeitsdruckes in den Versorgungsleitungen 51, 52. Im Fall einer absoluten Überlast wird die Hydraulikflüssigkeit in den Tank 57 unmittelbar zurückgeführt und Druck abgebaut, bevor der Druck an dem Hydraulikmotor 49 anliegt. Das zumindest eine Druckbegrenzungsventil 61, 62 kann an der Anbauvorrichtung 21, bevorzugt innerhalb dem Gehäuse 45 des Drehantriebes 24, vorgesehen sein. Dieses zumindest eine Druckbegrenzungsventil 61, 62 kann auch nahe dem Drehantrieb 24 vorgesehen sein. Die Positionierung kann auch an einem Stiel 14 an die Koppeleinrichtung 33 angrenzend vorgesehen sein. Durch die räumliche Nähe des zumindest einen Druckbegrenzungsventils 61, 62 zum Hydraulikmotor 49 wird erzielt, dass Lastspitzen schnell abgebaut werden können, wodurch ein erhöhter Überlastschutz gegeben ist.
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In 5 ist eine schematische Schnittansicht des Drehantriebes 24 dargestellt. Die Schnecke 47 ist in deren jeweiligen Enden gelagert. An einem der Enden der Schnecke 47 greift der Hydraulikmotor 49 an. Die Schnecke 47 treibt das Schneckenrad 48 an, wobei dessen Rotationsachse in der Rotationsachse 26 der Dreheinrichtung 22 liegt.
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Durch den vorbeschriebenen Drehantrieb 24 mit der Steuerschaltung 44 ist eine erhöhte Empfindlichkeit beim Auftreten einer verbraucherseitigen bzw. arbeitsseitigen Überlast gegeben. Ein Einstellbereich der Druckbegrenzungsventile 61, 62 für die antriebsseitige Überlast zur Ansteuerung des Hydraulikmotors 49 liegt unterhalb der absoluten Überlast oder grenzt an die absolute Überlast an, bei der das zumindest eine Sekundärventil 60 öffnet. Dadurch kann die Arbeitssicherheit erhöht werden. Dies wird an dem nachfolgenden beispielhaft beschriebenen Anwendungsfall deutlich:
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Das Arbeitsgerät 25 ist beispielsweise als eine Schere, insbesondere Abbruchschere ausgebildet. Eine geöffnete Schere wird in einer gekippten oder verdrehten Ausrichtung zum Greifobjekt positioniert. Darauffolgend wird eine Schließbewegung der Schere angesteuert, wobei beispielsweise die Schere aufgrund der verkippten Position das Greifobjekt nicht zerteilen kann. Dies hätte jedoch zur Folge, dass aufgrund des Druckaufbaus über die Pumpe 54 es zu einer Drucküberhöhung in der Steuerschaltung 44, insbesondere verbraucherseitig, kommt, die bewirken könnte, dass die gesamte Maschine oder der Bagger 11 zum Greifobjekt hin kippt. Durch die Steuerschaltung 44 wird jedoch ermöglicht, dass bei einer Drucküberhöhung gegenüber einem voreingestellten Arbeitsdruck, welche vorzugsweise unterhalb der absoluten Überlast liegt, verbraucherseitig eines der beiden Druckbegrenzungsventile 61, 62 öffnet, so dass darauffolgend der Hydraulikmotor 49 nicht weiter mit Hydraulikflüssigkeit zur Ansteuerung einer Drehbewegung beaufschlagt wird. Aufgrund der Ausgestaltung des Schneckenantriebes 46 ohne Selbsthemmung kann die Schere sich zum Greifobjekt ausrichten. Die Maschine oder der Bagger 11 bleibt mit einem festen Stand, ohne dass diese sich zum Greifobjekt hindreht. Darauffolgend kann die Schließbewegung der Schere bzw. des Arbeitsgerätes weiter angesteuert werden, um den Arbeitsprozess fortzuführen.
