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Ausfahrbarer Mast aus aufwickelbaren Bändern Die Erfindung bezieht
sich auf einen ausfahrbaren Mast, bestehend aus mehreren in Speichern aufwickelbaren
biegsamen Bändern, insbesondere Stahlbändern, welche beim Abwickeln zum Mastprofil
zusammengefügt und durch Spanten od. dgl. in dieser Lage gehalten werden.
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Es sind aus aufwickelbaren Stahlbändern hergestellte Masten bekannt,
bei denen die einzelnen Bänder aneinandergelegt und durch aufgeschobene Blechringe
zusammengehalten werden. Solche Masten besitzen jedoch nur geringe Steifigkeit,
da die einzelnen Bänder bei Belastung des Mastes in der Achsrichtung gegeneinander
verschoben werden.
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Es ist außerdem ein Mast bekannt, bei dem die Bänder zur Sicherung
gegen Verschieben an den Rändern mit Ansätzen oder Zähnen versehen sind, die in
entsprechende Aussparungen oder Zahnlücken des benachbarten Bandes eingreifen. Eine
derartige Verzahnung der Bandränder bietet jedoch keine Gewähr für einen steifen
Mast, da sich die Zähne nicht spielfrei in die Zahnlücken des Nachbarbandes einlegen
lassen und außerdem die Zähne infolge der unvermeidlichen Herstellungstoleranzen
tatsächlich nur an wenigen Zahnlücken satt zur Anlage kommen können. Darüber hinaus
ist infolge der ständig wechselnden vom Wind abhängigen Belastungsrichtung des Mastes
ein Aufweiten der Zahnlücken und ein Stauchen der Zähne wegen der geringen Tragfläche
an der Kreuzungsstelle zwischen Zahn und Zahnlücke unvermeidlich. Infolgedessen
hat auch dieser Mast nur eine geringe Steifigkeit.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen ausfahrbaren
Mast zu schaffen, der bei einfachstem Aufbau eine hohe Steifigkeit und Tragfähigkeit
gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in Querebene
etwa kreisbogenförmig gekrümmten Bänder zu einem kreisähnlichen Hohlprofil mit sich
überlappenden Bandrändern aneinanderlegbar und in den überlappungsbereichen durch
von innen und außen angreifende Spannelemente reibungsschlüssig miteinander verspannbar
sind, wobei die Spannelemente entweder als innere und äußere, in entgegengesetzte
Umfangsrichtungen drehbare Spannringe ausgebildet sind, deren an den Mastbändern
anliegende Ränder der Anzahl der Mastbänder entsprechende Exzenterflächen aufweisen,
oder aus inneren drehbaren Exzenterspannringen und einem oder mehreren schraubenförmig
um den Mast gewickelten Bändern oder Seilen bestehen.
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Bei einem solchen durch überlappung und reibungsschlüssiger Verspannung
der Stahlbänder an den überlappungsstellen hergestellten Mast ist ein Verschieben
der Bänder gegeneinander in Achsrichtung des Mastes nicht mehr möglich. Die Reibung
zwischen den sich überlappenden Bändern wird durch die radialen Druckkräfte der
Spannelemente bestimmt und kann in jedem Falle so groß gewählt werden, daß die bei
Belastung des Mastes in Achsrichtung auftretenden Schubkräfte mit Sicherheit aufgenommen
werden. Die reibungsschlüssige Verspannung der Stahlbänder arbeitet darüber hinaus
vollkommen spielfrei.
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Da die einzelnen Bänder an der Mastbildungsstelle durch den. horizontalen
Druck der Spannelemente zu einem fest geschlossenen Hohlprofil zusammengefügt werden
und dieser Verspannungszustand durch die mit dem Mast hochfahrenden Spannelemente
über die ganze Länge des Mastes aufrechterhalten wird, besitzt der ausgefahrene
Mast bei großem Trägheitsmoment eine außerordentlich hohe Steifigkeit.
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Werden als Spannelemente innere und äußere, in entgegengesetzte Umfangsrichtungen
drehbare Spannringe vorgesehen, deren an den Mastbändern anliegende Ränder der Anzahl
der Mastbänder entsprechende Exzenterflächen aufweisen, so ergibt sich ein überraschend
einfacher Aufbau des Mastes. Bei Verwendung derartiger Exzenterringe lassen sich
die Mastbänder gleichzeitig an allen überlappungsstellen durch einfaches Drehen
der Ringe in Exzenteranzugsrichtung reibungsschlüssig miteinander verspannen.
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Die inneren und äußeren Exzenterringe können hierbei den Konturen
des Mastprofils angepaßt sein. Die einzelnen Mastbänder weichen nämlich durch die
überlappung von der Kreislinie um das Maß der Banddicke ab. Durch diese Anpassung
der Exzenterspannringe an das Mastprofil wird zugleich eine Versteifung
des
Mastes erzielt. Beim Anziehen der Spannringe werden im Bereich der überlappungsstellen
sehr hohe Radialkräfte auf die Mastbänder übertragen, da der Keilanzug der Exzenterflächen
infolge des großen Unterschiedes von Bandbreite und Banddicke sehr gering ist. Hierdurch
wird eine einwandfreie reibungsschlüssige Verspannung und damit der gewünschte Schubverbund
zwischen den Mastbändern gewährleistet. Die Neigung der Exzenterflächen liegt innerhalb
der Selbsthemmung, so daß eine besondere Sicherung der Spannringe nach dem Anziehen
nicht erforderlich ist.
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In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, wenigstens
einen Teil der Spannringe so breit auszubilden, daß sie zur Versteifung des Mastes
beitragen. Hierdurch lassen sich die sonst erforderlichen Versteifungsspanten ganz
einsparen.
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Wird jeweils ein innerer Spannring in der einen und gleichzeitig der
hiermit zusammenwirkende äußere Spannring in entgegengesetzter Umfangsrichtung angezogen,
so heben sich die in Umfangsrichtung auf die Mastbänder einwirkenden Kräfte gegenseitig
auf, und es kommen im wesentlichen nur die Radialkräfte an den überlappungsstellen
zur Wirkung. Ein Verschieben der Bänder in Umfangsrichtung wird dadurch vermieden.
Liegen die zusammenwirkenden inneren und äußeren Spannringe in einer Ebene, so ergibt
sich ein nahezu starrer Verspannungszustand an den Spannstellen des Mastes. Sind
dagegen die inneren Spannringe gegenüber den hiermit zusammenwirkenden äußeren Ringen
in der Höhe versetzt angeordnet, so ist eine elastischere Verspannung möglich.
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Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung werden an Hand der
Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine Ausfahrvorrichtung für einen
erfindungsgemäßen Mast im Längsschnitt nach Linie 1-I der F i g. 2 mit teilweise
ausgefahrenen Mastbändern F i g. 2 eine Draufsicht auf die Ausfahrvorrichtung nach
F i g. 1 und F i g. 3 den erfindungsgemäßen Mast mit Spannelementen im Querschnitt.
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Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausfahrvorrichtung besteht
aus drei Speichern 1, 2 und 3, in denen die aufgewickelten biegsamen Stahlbänder
4 untergebracht sind. Die drei Speicher sind sternförmig angeordnet und im äußeren
Bereich durch die Streben 5 sowie an den Stoßstellen miteinander verbunden. Jeder
Speicher ist mit einem Fuß 6 versehen, der zur Ausrichtung der Vorrichtung höhenverstellbar
ist.
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Beim Ausfahren des Mastes werden die drei Mastbänder 4 nach dem Austritt
aus den Speichern 1, 2,3
zu einem kreisähnlichen Hohlprofil 7 mit sich überlappenden
Bandrändern aneinandergelegt und in den Überlappungsbereichen durch von innen und
außen an den Mastbändern angreifende, mit dem Mast hochfahrende Spannringe 8 und
9 reibungsschlüssig miteinander verspannt. Die das Hohlprofil eng umschließenden
Spannringe 8, 9 sind in bestimmten Abständen über die ganze Länge des Mastes verteilt
angeordnet.
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Die Bänder 4 sind zweckmäßigerweise in Bandquerebene plastisch vorgekrümmt,
so daß sie beim Austritt aus dem Speicher die Kreisbogenform annehmen. Zum Aufwickeln
ist dann eine elastische Rückbiegung der Bänder in Querebene bis in die Strecklage
erforderlich, die in den zwischen jedem Speicher und der Mastbildungsstelle
10 vorgesehenen Formgebungsdüsen 11 erfolgt. Die Formgebungsdüsen
11 gehen an der Mastbildungsstelle 10 in ein gemeinsames Austrittsmundstück
12 über, aus dem das fertige Mastprofil mit den sich überlappenden Bändern austritt.
Die Formgebungsdüsen 11 umschließen die Speicher 1, 2 und 3 spiralförmig. Um die
Reibung in den Speichern gering zu halten, sind auf den Umfang der Speicher gleichmäßig
verteilte Rollen 13 vorgesehen.
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Wie die F i g. 3 erkennen läßt, sind die Spannelemente zum reibungsschlüssigen
Verspannen der vier Bänder erfindungsgemäß als innere und äußere, in entgegengesetzte
Umfangsrichtungen, d. h. in Richtung der Pfeile 14 und 15, drehbare
Spannringe 8, 9
ausgebildet. Diese Spannringe 8, 9 weisen an den an den Mastbändern
4 anliegenden Rändern der Anzahl der Mastbänder entsprechende Exzenterflächen 16,
17 auf. Da die Mastbänder durch die überlappung, d. h. durch die Verdoppelung der
Banddicke an den Stellen 18, ebenfalls in Umfangsrichtung exzentrisch verlaufende
Anlageflächen besitzen, sind die Spannringe 8, 9 so ausgebildet, daß sie auf einem
wesentlichen Teil des Umfanges mit ihren Exzenterflächen an den Mastbändern anliegen.
Die F i g. 3 zeigt die Exzenterringe im entspannten Zustand. Beim Drehen der Ringe
8, 9 in Keilanzugsrichtung werden die überlappungsstellen 18 unter Radialdruck gesetzt,
so daß die Bänder an den Berührungsflächen reibungsschlüssig miteinander verspannt
werden.
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Der maximale Keilanzug eines Spannringes entspricht der Dicke der
Mastbänder, so daß beide Spannringe 8, 9 den doppelten Keilanzug aufbringen
können. Dadurch steht stets ein ausreichender - Anzugsweg zur Verfügung, der auch
bei auftretenden Ungenauigkeiten bzw. Verschleiß noch eine einwandfreie Verspannung
der Mastbänder garantiert. Andererseits steht beim Lösen der Spannringe ein ausreichendes
Spiel zum Abstreifen der Ringe von den Bändern zur Verfügung. Die Spannringe 8,
9 sind so breit ausgebildet, daß sie zugleich eine Versteifung für den Mast bilden.
Jeweils ein innerer Spannring 8 kann mit dem zusammenwirkenden äußeren Ring
9
in einer Ebene oder versetzt hierzu angeordnet sein. Im ersteren Falle ergibt
sich eine nahezu starre, im zweiten Falle eine elastischere Verspannung der Bänder.
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Um die Drehmomente übertragen zu können, sind die beiden Spannringe
8, 9 mit Ausnehmungen 19, 20 versehen. Zwischen den Stahlbändern kann noch im Bereich
der überlappungsstellen 18 eine reibungserhöhende Schicht 21, vorzugsweise aus verschleißfestem
Kunststoff, aufgeklebt werden. Dadurch lassen sich die Reibkräfte zwischen den Bändern
noch vergrößern.
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Der ausfahrbare Mast mit der dazugehörigen in den F i g. 1 und 2 dargestellten
Ausfahrvorrichtung wird vorzugsweise auf ein Fahrzeug montiert, so daß der Mast
schnell an jeder beliebigen Stelle eingesetzt werden kann. Durch die vorgeschlagene
überlappung und reibungsschlüssige Verspannung der Bänder mit Hilfe der Spannringe
8, 9 werden einerseits eine hohe Tragfähigkeit und ein schnelles Ausfahren des Mastes
und andererseits eine große maximale Ausfahrlänge gewährleistet, wodurch sich zahlreiche
Anwendungsgebiete ergeben. So läßt sich der Mast z. B. für Rettungszwecke aller
Art, als Fernseh-, Funk- oder
Beobachtungsmast und zur Aufnahme
von Arbeitsbühnen in großen Höhen verwenden. Das Aus- und Einfahren des vorgeschlagenen
Mastes geschieht wie folgt: Befindet sich die Mastausfahrvorrichtung an der Einsatzstelle,
so werden die Bänder 4 beispielsweise durch Antreiben der in der F i g. 1 dargestellten
Welle 22 der Innenbackenbremse 23 aus den Speichern 1 bis 3 gleichzeitig ausgefahren.
Ist die Vorrichtung auf einem Fahrzeug aufgebracht, so kann der Fahrzeugmotor zum
Ausfahren des Mastes benutzt werden. Zweckmäßigerweise wird für diesen Antrieb eine
vom Fahrzeugmotor betätigte Ölpumpe vorgesehen, die ihrerseits unmittelbar an den
Speichern für die Mastbänder angreifende hydraulische Motoren in Tätigkeit setzt.
Beim Ausfahren durchlaufen die Bänder die Düsen 11, in denen sie sich in Querebene
zur Kreisbogenform zurückkrümmen können und gleichzeitig in die überlappte Lage
gebracht werden. Am ringförmigen Austrittsmundstück 12 sind die Bänder zu einem
kreisähnlichen Hohlprofil mit sich überlappenden Rändern aneinandergelegt und passieren
anschließend das innere und äußere Spannringpaket 24. Das Spannringpaket 24 ist
gegen Mitnahme durch den ausfahrenden Mast gesichert. Durch eine Auslösevorrichtung
werden jeweils die obersten inneren und äußeren Spannringe 8, 9 entsprechend der
Hubgeschwindigkeit des ausfahrenden Mastes und dem gewünschten Abstand nacheinander
freigegeben. Diese Spannringe werden von einer in der Zeichnung nicht dargestellten,
mit einem inneren und äußeren Spannkopf versehenen hydraulischen Drehspannvorrichtung
od. dgl. durch Eingreifen in die Ausnehmungen 19 bzw. 20 erfaßt und einem Drehmoment
unterworfen, so daß sie die einzelnen Mastbänder an den überlappungsstellen mit
hohem Druck gegeneinanderpressen und mit dem sich bildenden Mast nach oben fahren.
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Die Spannringe 8, 9 brauchen dem Tragmast nicht in gleichmäßigen Abständen
zugeteilt zu werden, sondern können entsprechend derMastbeanspruchung unterschiedlichen
Abstand aufweisen. Zur Erzielung stets gleichbleibender Drehmomente kann die hydraulische
Drehspannvorrichtung mit einer Druckbegrenzungseinrichtung, z. B. einem Überdruckventil,
versehen sein. Durch dieses Ventil kann zugleich das Lösen des Spannkopfes von den
Spannringen gesteuert werden. Nach beendigtem Spannvorgang dreht der Spannkopf zurück
und ergreift die nächsten beiden Spannringe 8, 9. Um ein kontinuierliches Ausfahren
des Mastes zu gewährleisten, wird der Spannkopf während des Spannvorganges mit den
Spannringen vorübergehend nach oben gefahren.
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Hat der Mast die gewünschte Höhe erreicht, wird er durch das Austrittsmundstück
12 der Formgebungsdüse oder durch besondere hydraulische Klemmvorrichtungen eingespannt
und gegen Einschieben gesichert. Beim Ausfahren des Mastes können Abspannseile mit
nach oben gefahren und im Boden verankert werden. Vorteilhafterweise werden diese
Abspannseile ständig unter Vorspannung gehalten, damit der Mast auch in den Ein-
und Ausfahrphasen die zulässigen Spannungen nicht überschreitet. Das Einfahren des
Mastes geschieht in umgekehrter Reihenfolge als das vorstehend beschriebene Ausfahren.
Zum Lösen der Exzenterspannringe dient wiederum die jetzt in entgegengesetzter Richtung
wirkende Drehspannvorrichtung. Da die Exzenterflächen 16, 17 der Spannringe nicht
in ihrer ganzen Länge für den Anzugsvorgang benötigt werden, empfiehlt es sich,
die in F i g. 3 gestrichelt eingezeichneten Ausnehmungen 25 und/ oder 26 vorzusehen,
damit die Gewähr gegeben ist, daß die Druckkräfte mit Sicherheit in den überlappungsstellen
übertragen werden.
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Zweckmäßigerweise wird der Krümmungsradius der plastisch vorgekrümmten
Mastbänder kleiner gewählt als der mittlere Radius der Exzenterspannringe. Hierdurch
nehmen die Bänder im Bereich zwischen den Spannringen eine vom Kreis abweichende,
etwas überwölbte Form ein. Da die Mastbänder grundsätzlich, in Querschnittsebene
gesehen, an den Rändern nach außen und im mittleren Bereich nach innen ausbeulen,
wirkt die durch die überwölbung erzielte Querschnittsform diesen Beulrichtungen
entgegen.
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Werden die Mastbänder an den an der Überlappungsstelle außenliegenden
Längsrändern stärker gekrümmt als an den innenliegenden Längsrändern, so liegen
die äußeren und inneren Kanten der Bänder nach der Verspannung über die ganze Mastlänge
mit Vorspannung an der Mantelfläche des Nachbarbandes an.
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Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So ist es nicht unbedingt erforderlich, beide Exzenterspannringe in Umfangsrichtung
zu drehen. Vielmehr ist es auch möglich, nur die äußeren oder inneren Spannringe
einem Drehmoment zu unterwerfen und die Gegenringe als Widerlager zu benutzen. Auch
läßt sich die Zahl der Bänder, aus denen der Mast gebildet wird, beliebig variieren.
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An Stelle des äußeren Exzenterspannringes kann auch ein um den Mast
gewickeltes Band oder Seil benutzt werden.
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Der Verspannungszustand wird durch Anziehen des inneren Exzenterringes
und/oder durch Vorspannung des Seiles erzielt.
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Um eine überlastung des ausgefahrenen Mastes zu vermeiden, lassen
sich an den Abstützstellen des dreipunktgelagerten Mastes Druckmeßdosen anordnen,
die bei überschreitung eines vorgegebenen Wertes an der einen oder anderen Abstützstelle
selbsttätig ein teilweises Einfahren des Mastes bewirken.