DE202021101016U1

DE202021101016U1 - Schnellwechsler für Baumaschinenwerkzeuge

Info

Publication number: DE202021101016U1
Application number: DE202021101016.9U
Authority: DE
Original assignee: Kinshofer GmbH
Current assignee: Kinshofer GmbH
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2031-03-03

Abstract

Schnellwechsler zum Ankuppeln eines Werkzeugs (4) an einen Baggerstiel (5) oder einen anderen Werkzeugführer, mit zwei miteinander verriegelbaren Wechslerhälften (2, 3), die zumindest ein paar Verriegelungsteile (10, 34) umfassen, denen ein ein- und ausfahrbarer Riegel (11) zugeordnet ist, wobei ein Stellzylinder (8) zum Betätigen des Riegels (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellzylinder (8) eine mechanische Sperrvorrichtung (15) zum Arretieren des Riegels (11) in der verriegelnden Stellung umfasst, die eine Gewindespindel (16), die mit dem Kolben (17) und/oder der Kolbenstange (9) des Stellzylinders (8) in Schraubeingriff steht, sodass der Kolben (17) nur unter Verdrehung der Gewindespindel (16) verfahrbar ist, sowie eine lösbare Verdrehsicherung (21) für die Gewindespindel (16) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schnellwechsler zum Ankuppeln eines Werkzeugs an einen Baggerstiel oder an einen ähnlichen Werkzeugmanipulator, mit zwei miteinander verriegelbaren Wechslerhälften, die zumindest ein paar Verriegelungsteile aufweisen, denen ein ein- und ausfahrbarer Riegel zugeordnet ist, wobei ein Stellzylinder zum Betätigen des Riegels vorgesehen ist.
An Baumaschinen wie beispielsweise Hydraulikbaggern oder Gelenkgreifern wie beispielsweise Holzhandhabungsmaschinen oder Abbruchgeräten oder ähnlichen Materialumschlagmaschinen werden häufig Schnellkuppler zum Ankuppeln verschiedener Werkzeuge wie beispielsweise Räum löffel, Schalengreifer oder Abbruchzangen an einen Baggerstiel oder ähnliche Werkzeugführer wie Knickarmauslegern verwendet, um verschiedene Werkzeuge ohne lange Umrüstzeiten verwenden zu können.
Derartige Schnellkuppler können als Verriegelungselemente insbesondere zwei voneinander beabstandete Verriegelungsachsen an einem Kupplungsteil aufweisen, während der andere Kupplungsteil, insbesondere der baggerstielseitige Kupplungsteil eine vorzugsweise hakenförmige Ankuppelaufnahme zum Einhaken an einer ersten der beiden Verriegelungsachsen und eine Verriegelungsaufnahme zum Verriegeln an der zweiten Verriegelungsachse aufweisen kann. Nach Einhaken der ersten Verriegelungsachse in der Ankuppelaufnahme können die beiden Kupplungsteile zueinander verschwenkt werden, wobei die in der Ankuppelaufnahme sitzende Verriegelungsachse die Drehachse bildet, so dass die zweite Verriegelungsachse in die Verriegelungsaufnahme einfährt bzw. hineingeschwenkt wird, wo die genannte zweite Verriegelungsachse dann durch ein Verriegelungselement wie beispielsweise einen ausfahrbaren Keil verriegelt werden kann, so dass es gleichzeitig auch nicht mehr möglich ist, die erste Verriegelungsachse aus der Ankuppelaufnahme herauszubewegen. Zum Verfahren des genannten Verriegelungselements ist ein fremdenergiebetätigter Stellaktor vorgesehen, der beispielsweise als Hydraulikzylinder ausgebildet sein kann und üblicherweise durch Hydraulikdruck vom Gerät her betätigbar ist.
Die genannten Verriegelungsachsen an dem einen Kupplungsteil können dabei von Verriegelungsbolzen gebildet werden, die sich am entsprechenden Kupplungsteil insbesondere parallel zueinander erstrecken können, wobei anstelle solcher Bolzen jedoch ggf. auch andere Strukturteile des Kupplungsteils wie beispielsweise vorspringende Nasen, Achsschenkel, Eingriffsstumpfe in Form von Vorsprüngen oder Ausnehmungen beispielsweise in Form von Taschen als Verriegelungsteil dienen können, die an die Ankuppelaufnahme bzw. die Verriegelungsaufnahme des anderen Kupplungsteils formangepasst sind.
Solche Schnellkuppler sind von den Abmessungen und den Verriegelungsteilen her auch Gegenstand von Normen, um die Kompatibilität einer am Baggerstiel verwendeten Kupplerhälfte mit diversen Werkzeugen zu gewährleisten, an denen eine Kupplerhälfte montiert ist, die je nach Werkzeug von verschiedenen Herstellern stammen kann und soweit mit der stielseitigen Kupplerhälfte kompatibel sein muss, dass die beiden Kupplerhälften zusammenfahren und verriegeln können. Eine solche Normung ist beispielsweise in Form des sog. S-Kupplers bzw. des S-Standards erfolgt, der die Abmessungen und Anordnung der Verriegelungselemente und Aufnahmemäuler festschreibt und vom schwedischen Institut Maskinleverantörerna festgelegt wurde und zuletzt am 28.05.2010 herausgegeben wurde. Dieser S-Kuppler besitzt in der oben beschriebenen Weise an der einen Kupplerhälfte zwei parallele, voneinander beabstandete Querbolzen als Verriegelungsteile, während die andere Kupplerhälfte an gegenüberliegenden Stirnseiten einerseits eine maulförmige Ankoppelaufnahme und andererseits eine L-förmige Verriegelungsaufnahme besitzt, die durch ein Paar ausfahrbare Verriegelungsbolzen verschlossen bzw. zu einer dann ebenfalls U-förmigen bzw. maulförmigen Aufnahme geschlossen werden kann.
Weitere Beispiele solcher Schnellkuppler sind aus den Schriften EP 1 852 555 A2 , DE 20 2012 007 124 U1 , DE 20 2014 001 328 U1 bekannt.
Der in ein Aufnahmemaul gefahrene Querbolzen wird dabei üblicherweise durch einen Riegel dort gesichert bzw. festgelegt, der durch einen hydraulischen Stellzylinder betätigt werden kann. Dabei ist es bekannt, den Riegel durch eine Feder in die verriegelnde Stellung vorzuspannen und den Hydraulikzylinder nur zum Öffnen zu verwenden, wobei es aber auch vorgesehen sein kann, den Stellzylinder sowohl zum Verriegeln als auch zum Entriegeln zu verwenden. In beiden Fällen muss der Riegel in seiner verriegelnden Stellung gesichert werden, um ein ungewolltes Entriegeln des Schnellwechslers verlässlich zu verhindern. Eine Option hierfür ist es, den Stellzylinder zu verriegeln, was üblicherweise hydraulisch erfolgt, indem der Zulauf zu der Zylinderkammer, die den Stellzylinder in die verriegelnde Stellung treibt, durch ein Ventil abgesperrt wird, sodass das in der Druckkammer befindliche Druckmedium nicht mehr entweichen und sich dementsprechend der Kolben nicht zurückbewegen kann. Eine solche hydraulische Sperrung ist an sich günstig hinsichtlich des Platzbedarfs am Zylinder, was von Bedeutung ist, da der am Schnellwechsler zur Verfügung stehende Einbauraum sehr begrenzt ist.
Nichtsdestotrotz ist eine verlässliche Arretierung des Riegels in der verriegelnden Stellung auch dann sicherzustellen, wenn das Hydrauliksystem des Baggers bzw. der Maschine, an der der Schnellwechsler angebaut ist, ausfällt. Eine solche, gegen Hydraulikausfälle sichere Arretierung muss dabei jedoch einerseits den sehr beengten Platzverhältnissen am Schnellwechsler Rechnung tragen, wobei diesbezüglich erschwerend hinzukommt, dass über die Außenkonturen der Schnellwechslerhälften überstehende, zusätzliche Bauteile tunlichst vermieden werden sollten, um im rauen Baustellenbetrieb keine Angriffsfläche zu bieten, die beim Hängenbleiben an Steinen, Mauerwerk und dergleichen zu einer Beschädigung oder gar einem Bruch der Arretierung führen könnte.
Andererseits muss die Arretierung dennoch sehr stabil bauen und den hohen Kräften, die am Schnellwechsler wirken, verlässlich widerstehen, was an sich eine filigrane Bauweise der arretierenden Bauteile ausschließt. Da die gesamten am Werkzeug wirkenden Arbeitskräfte, beispielsweise die vollen Arbeitslasten eines in das Erdreich oder den Untergrund eintauchenden Grablöffels, über die beiden Querbolzen des Schnellwechslers abgetragen werden müssen, konzentrieren sich dort sehr hohe Kräfte, die zwar nicht in Richtung der Öffnungsbewegung auf den Riegel wirken, aber dennoch an diesem zerren. Da die Riegel oft keilförmig ausgebildet sind, um die Querbolzen in die Aufnahmemäuler zu zwingen, können über die Keilfläche auch Kräfte in Öffnungsrichtung auf den Riegel kommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Schnellwechsler der eingangs genannten Art zu schaffen, der Nachteile des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll eine platzsparende, in den Einbauraum des Schnellwechslers integrierbare Arretierung zum Festsetzen des Riegels in der verriegelnden Stellung geschaffen werden, die hohen Kräften standhält und auch unter rauen Betriebsbedingungen einfach und verlässlich zu bedienen ist.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch einen Schnellwechsler gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird also vorgeschlagen, die Arretierung zum Festsetzen des Riegels in seiner verriegelnden Stellung in den Stellzylinder zu integrieren, um über die Außenkonturen des Schnellwechslers weiter überstehende zusätzliche Bauteile zu vermeiden und die geschützte Einbausituation des Stellzylinders auszunutzen. Erfindungsgemäß besitzt der Stellzylinder eine mechanische Sperrvorrichtung zum Arretieren der verriegelnden Stellung des Riegels, die eine Gewindespindel, die mit dem Kolben und/oder der Kolbenstange des Stellzylinders in Schraubeingriff steht, sodass der Kolben nur unter Verdrehen der Gewindespindel verfahrbar ist, sowie eine lösbare Verdrehsicherung für die Gewindespindel aufweist. Durch die Umsetzung über die Gewindespindel können sehr hohe Arretierkräfte am Riegel durch relativ kleine Reaktionskräfte an der Verdrehsicherung abgefangen werden. Gleichzeitig werden die massiven, kraftübertragenden Bauteile des Stellzylinders dazu genutzt, den Riegel zu arretieren, sodass ohne zusätzlichen Platzbedarf im begrenzten Einbauraum am Schnellwechsler die Verriegelung verlässlich gesichert wird. Der Stellzylinder bildet gleichzeitig die Arretiervorrichtung bzw. die mechanische Sperrvorrichtung und erfüllt insofern eine Doppelfunktion, wobei der Stellzylinder den Riegel hydraulisch bzw. durch Druckmittel verstellen und mechanisch arretieren kann.
In Weiterbildung der Erfindung können sowohl die Gewindespindel als auch die Verdrehsicherung im Inneren des Zylinders angeordnet sein, sodass die mechanische Sperrvorrichtung vollständig in den Stellzylinder integriert ist.
Um die Verdrehsicherung lösen bzw. in Eingriff bringen zu können, kann die Verdrehsicherung in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung rotatorisch fest, jedoch axial beweglich gelagert sein, sodass die Gewindespindel durch axiales Verstellen der Verdrehsicherung in Zylinderlängsrichtung festsetzbar bzw. lösbar ist. Grundsätzlich käme als Alternative oder auch zusätzlich die kinematisch umgekehrte Verstellung der Spindel in axialer, das heißt Längsrichtung des Kolbens in Betracht, um die Spindel mit der Verdrehsicherung in und außer Eingriff zu bringen und hierdurch rotatorisch festzusetzen bzw. freizugeben. Durch axiales Verstellen der Verdrehsicherung und der Gewindespindel relativ zueinander kann die an sich drehbar gelagerte Gewindespindel mit der verdrehfest gelagerten Verdrehsicherung in und außer Eingriff gebracht werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann jedoch die genannte Gewindespindel verdrehbar, aber axial fest gelagert sein, während die Verdrehsicherung axial verschieblich aber drehfest gelagert ist. Hierdurch kann ein spielfreies Arretieren des Riegels erzielt werden, wobei eine einfache Verstellung des Verdrehsicherungsteils vorgesehen werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die genannte Verdrehsicherung einen Arretierring oder eine Arretierplatte umfassen, die sich zumindest näherungsweise in einer Ebene quer zur Spindellängsachse erstrecken und axial in Zylinderlängsrichtung beweglich, rotatorisch feststehend geführt sein kann, um durch Verstellen in axialer Richtung mit der Gewindespindel und/oder einem Gewindespindelkopf in und außer Arretierungseingriff gebracht zu werden.
Ein solcher Arretierring bzw. eine solche Arretierplatte trägt einerseits in axialer Richtung nicht stark auf und vermeidet dementsprechend eine Vergrößerung der axialen Baulänge des Stellzylinders bzw. einer Verkürzung des axialen Stellwegs bei gegebenem axialen Baumaß des Zylinders, während andererseits ein für die Verdrehsicherung der Gewindespindel benötigtes Drehmoment gut verteilt bzw. die Verdrehsicherung bewirkende Kräfte verteilt eingeleitet werden können.
Die axial verschiebliche, aber drehfeste Lagerung des Arretierrings bzw. des Verdrehsicherungselements kann vorteilhafterweise am Zylinder des Stellzylinders erfolgen, wobei beispielsweise der Arretierring bzw. das Verdrehsicherungselement eine von der Kreisform abweichende Außenkontur besitzen kann und der Verschiebe- bzw. Einbauraum des Zylinders, in dem das Verdrehsicherungselement aufgenommen ist, eine von der Kreisform abweichende Innenumfangswandung besitzen kann, an der sich der Arretierring bzw. das Verdrehsicherungselement gegen Verdrehen abstützen kann. Beispielsweise kann der Zylinder des Stellzylinders einen näherungsweise rechteckigen oder sechseckigen oder elliptischen oder ovalen Einbauraum für den Arretierring bzw. das Verriegelungselement besitzen, das einen soweit angepassten Außenumfang aufweisen kann, um axial verschoben, aber nicht verdreht werden zu können. Vorteilhafterweise kann die Außenumfangskontur des Arretierrings im Wesentlichen der Innenumfangskontur des Einbauraums entsprechen, sodass der Außenring an der Wandung des Einbaurings geführt entlanggleiten kann und gleichzeitig verdrehgesichert ist.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Abstützung gegen Verdrehen an der Zylinderinnenwandung kann das Verdrehsicherungselement auch durch separate, sich im Innenraum des Stellzylinders befindliche Schiebeführungsprofile verdrehgesichert sein. Beispielsweise können sich in Zylinderlängsrichtung erstreckende Führungsstäbe vorgesehen sein, entlang derer der Arretierungsring bzw. das Verdrehsicherungselement mit entsprechenden Ausnehmungen entlanggleiten kann. Alternativ oder zusätzlich könnte der Arretierungsring auch vorspringende Führungsstifte aufweisen, die in Führungsbohrungen beispielsweise im Boden des Zylinderkopfes verschieblich geführt sein können, um ein axiales Verstellen zuzulassen und ein verdrehen zu verhindern.
Der genannte Arretierring bzw. das Verdrehsicherungselement kann in Weiterbildung der Erfindung der Gewindespindel und/oder einem Gewindespindelkopf zugewandte Sperrklauen und/oder Sperrausnehmungen umfassen, die durch axiales Verstellen von Verdrehsicherungselement und Gewindespindel relativ zueinander in Zylinderlängsrichtung mit Gegenausnehmungen und/oder -klauen an der Gewindespindel und/oder dem Gewindespindelkopf in Verriegelungseingriff und außer Eingriff gebracht werden können. Vorteilhafterweise kann eine Mehrzahl an Sperrklauen ringförmig verteilt angeordnet sein, um in ebenfalls ringförmig verteilt angeordnete Klauenausnehmungen eingreifen zu können.
Die Verdrehsicherung kann dabei in entgegengesetzte Richtungen, alternativ aber auch nur in eine Richtung sperrend ausgebildet sein, insbesondere derart, dass ein Verdrehen der Gewindespindel, das auftritt, wenn der Stellzylinder den Riegel in die verriegelnde Stellung treibt, auch bei an sich in Verriegelungseingriff befindlichem Verdrehsicherungsteil möglich ist und das Verdrehsicherungsteil nur eine entgegengesetzte Verdrehung der Gewindespindel verlässlich sperrt. Eine solche einseitig bzw. in eine Richtung sperrende Ausbildung der Verdrehsicherung kann ähnlich wie bei Ratschenschlüsseln beschaffen sein, die beispielsweise das Zudrehen einer Schraube im Uhrzeigersinn ermöglichen und beim Nachfassen bzw. Zurückstellen im Gegenuhrzeigersinn durchrutschen. Durch eine solche nur in eine Richtung sperrende Verdrehsicherung ist sichergestellt, dass der Riegel immer in seiner vollständig sperrende bzw. verriegelnde Stellung vom Stellzylinder gefahren werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Verdrehsicherung zu früh verriegelt.
Beispielsweise können die genannten Sperrklauen, die ringförmig verteilt angeordnet sein können, in Umfangsrichtung unterschiedlich ausgebildete Flanken besitzen. Beispielsweise können zu einer Seite hin zur Verdrehrichtung näherungsweise senkrechte Flanken vorgesehen sein, während die gegenüberliegenden Flanken als Keilflächen ausgebildet sein können, die von der Gegenkontur der Verriegelungs-Eingriffselemente überlaufen werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung können an dem zuvor genannten Arretierring bzw. der Arretierplatte in axialer Richtung vorspringende Sperrklauen und/oder in axialer Richtung vertiefte Sperrausnehmungen vorgesehen sein. Die Gegenkonturen hierzu in Form von Sperrausnehmungen und/oder Sperrklauen können am Gewindespindelkopf und/oder an der Gewindespindel selbst ebenfalls in axialer Richtung vorspringend und/oder vertieft ausgebildet sein.
Alternativ oder zusätzlich könnten aber auch radial vorspringende Sperrklauen vorgesehen sein, die in radiale Sperrausnehmungen, die zu einer axialen Seite hin offen sein können, einfahren können. Beispielsweise könnten am Arretierring radial nach Innen vorspringende Sperrklauen oder -zähne vorgesehen sein, die in Sperrausnehmungen oder Zahnlücken am Außenumfang der Gewindespindel, insbesondere an einem Spindelabsatz oder am Spindelende einfahren können.
Die Verdrehsicherung kann vorteilhafterweise durch Druckmittel bzw. hydraulisch betätigt, insbesondere axial verstellt werden. Hierzu könnte das Verdrehsicherungselement, beispielsweise die vorgenannte Arretierplatte bzw. der Arretierring als Kolben ausgebildet und in einer Druckkammer im Zylinder axial verschieblich geführt sein, sodass durch Druckbeaufschlagung der Kammer, in der der Arretierring bzw. die Arretierplatte verschieblich geführt ist, eine Axialverstellung erzielt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann aber auch eine Verstellung des Verdrehsicherungselements durch separate Kolben, beispielsweise Plungerkolben erfolgen. Die Verdrehsicherung beispielsweise in Form der genannten Arretierplatte bzw. des Arretierrings kann in diesem Fall in einem Bewegungsraum im Inneren des Stellzylinders axial beweglich aufgenommen, insbesondere verschieblich geführt sein. Zur axialen Verstellung können vorteilhafterweise mehrere Betätigungselemente beispielsweise in Form der genannten Plungerkolben vorgesehen sein, die beispielsweise in bohrlochförmigen Druckkammern verschieblich geführt sein können, um je nach Druckmittelbeaufschlagung mehr oder weniger weit aus den bohrlochförmigen Kammern herauszustehen.
Anstelle einer hydraulischen Betätigung wäre es alternativ oder zusätzlich aber auch möglich, das Verdrehsicherungselement durch auf andere Weise betätigte Stellelemente axial zu verstellen, beispielsweise durch elektromagnetisch verstellbare Betätigungselemente.
In Weiterbildung der Erfindung können mehrere, beispielsweise 3 oder 4 oder auch mehr als 5 Betätigungselemente über den Umfang verteilt angeordnet sein, um das Verdrehsicherungselement axial zu verstellen.
Vorteilhafterweise kann das Verdrehsicherungselement in seine verriegelnde Stellung vorgespannt sein, wobei eine geeignete Vorspanneinrichtung beispielsweise ein oder mehrere Federelemente umfassen kann, die das Verdrehsicherungselement per Federkraft in die verriegelnde Stellung zu treiben versuchen. Zum Lösen der Verdrehsicherung kann eine hydraulische und/oder elektromagnetische Betätigung erfolgen, die die genannten Federkräfte überwinden kann.
Der Kolben und/oder die Kolbenstange des Stellzylinders können eine Spindelausnehmung besitzen, in die sich die Gewindespindel hinein erstrecken kann bzw. die es erlaubt, dass der Kolben und/oder die Kolbenstange über die Gewindespindel gefahren wird. Dabei kann am Kolben und/oder an der Kolbenstange ein Gewinde vorgesehen sein, das mit dem Gewinde der Gewindespindel in Schraubeingriff steht.
Die Verdrehsicherung kann im Bereich eines Zylinderbodens angeordnet sein, der am Ende der den Kolben beaufschlagenden Druckkammer liegt, wobei dies insbesondere die der Kolbenstange abgewandte Seite sein kann.
Um den an den Schnellwechslerhälften zur Verfügung stehenden Einbauraum günstig auszunutzen und eine gesicherte Anordnung zu schaffen, kann der Stell- und Sperrzylinder vorteilhafterweise in einem Innenraum einer Wechslerhälfte zwischen deren Außenwandungen aufgenommen werden, wobei der Stell- und Sperrzylinder insbesondere zwischen zwei Aufnahmemäulern positioniert werden kann, in die die andere Wechslerhälfte mit daran angebrachten Querbolzen bzw. Querprofilen einfahren kann.
Dabei kann vorteilhafterweise der Stell- und Sperrzylinder schräg verkippt gegenüber einer Ebene eingebaut sein, die von den durch die Aufnahmemäuler gehenden Querbolzenachsen bestimmt wird. Insbesondere kann die geneigte Stell- und Sperrzylinderanordnung derart ausgerichtet sein, dass die Zylinderlängsachse sich spitzwinklig an den beiden Aufnahmemäulern vorbei erstreckt derart, dass die Zylinderlängsachse an dem einen Aufnahmemaul oben und an dem anderen unten vorbeiläuft bzw. auf gegenüberliegenden Seiten der Aufnahmemäuler vorbeiläuft.
Die genannten Aufnahmemäuler an der Wechslerhälfte, an der der Sperrzylinder vorgesehen ist, können dabei vorteilhafterweise zu verschiedenen Seiten hin geöffnet sein, wobei beispielsweise ein erstes Aufnahmemaul mit seiner Öffnung von dem zweiten Aufnahmemaul wegschauen kann und das genannte zweite Aufnahmemaul mit seiner Öffnung näherungsweise quer zu der Ebene schaut, die die beiden Aufnahmemäuler verbindet. Liegt die Schnellwechslerhälfte so angeordnet, dass die beiden Aufnahmemäuler etwa in einer horizontalen Ebene liegen, kann ein dann rechts liegendes Aufnahmemaul nach rechts offen sein, während das linke Aufnahmemaul nach unten offen ist, wobei in diesem Fall bzw. bei dieser Ausrichtung der Riegel näherungsweise horizontal oder spitzwinklig dazu geneigt verschiebbar sein kann, um das nach unten offene Aufnahmemaul verschließen zu können bzw. soweit blockieren zu können, dass ein darin aufgenommener Querbolzen gefangen ist.
Vorteilhafterweise sind die beiden Paare von Verriegelungsteilen, die jeweils von einem Aufnahmemaul und einem darin aufnehmbaren Bolzenteil gebildet sein können, derart beschaffen, dass die beiden Wechslerhälften an einem ersten Paar Verriegelungsteile eingehängt bzw. aneinander angekuppelt werden können und das zweite Paar Verriegelungsteile durch Verdrehen der beiden Wechslerhälften um das angekuppelte, erste Paar Verriegelungsteile zusammenfahrbar ist bzw. ineinander kuppelbar ist. Der genannte Riegel verriegelt dann das zweite Paar Verriegelungsteile in der gekuppelten Stellung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1: eine schematische Seitenansicht eines Schnellwechslers nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, der an einem Auslegerstiel eines Baggers angebaut ist und als Anbauwerkzeug einen Grablöffel ankuppelt,
2: eine perspektivische Darstellung des Schnellwechslers aus 1 in einer abgekuppelten Stellung, in der die beiden miteinander kuppelbaren Wechslerhälften kurz vor dem Einhaken am Hakenabschnitt gezeigt sind,
3: eine perspektivische Darstellung der beiden Wechslerhälften, die an jeder Wechslerhälfte angebrachte Energiekupplungsteile zeigen, wobei die Teilansicht a die am Baggerstiel montierte Wechslerhälfte zeigt, an der ein Kupplungsträger starr montiert ist und die Teilansicht b eine werkzeugseitige Wechslerhälfte zeigt, an der ein Kupplungsträger gummi-elastisch gelagert ist,
4: eine perspektivische Darstellung der beiden Wechslerhälften im aneinander angekuppelten, aber noch nicht zusammengeschwenkten Zustand,
5: eine perspektivische, teilweise freigeschnittene Darstellung des Schnellwechslers, die die Anordnung des Stell- und Sperrzylinders zum Betätigen des Riegels für den zweiten Verriegelungsbolzen zeigt, wobei die Teilansicht a den Stell- und Sperrzylinder im Zusammenspiel mit den Schnellwechslerhälften und dem daran angebauten Grablöffel zeigt und die Teilansicht b eine vergrößerte, ausschnittsweise Ansicht des Stell- und Sperrzylinders ist,
6: eine perspektivische Längsschnittansicht des Stell- und Sperrzylinders aus den vorhergehenden Figuren,
7: eine ausschnittsweise, vergrößerte perspektivische Längsschnittansicht der Verdrehsicherung für die Gewindespindel des Stell- und Sperrzylinders, und
8: eine perspektivische Darstellung des Verdrehsicherungselements zum Arretieren der Gewindespindel.

Wie 1 zeigt, kann der Schnellwechsler 1 zwischen das freie Ende des Auslegerstiels 5 eines Baggers 30 und das daran anzubauende Werkzeug 4 montiert werden, wobei das genannte Anbauwerkzeug 4 beispielsweise als Grablöffel ausgebildet sein kann, wie dies 1 zeigt, jedoch auch in an sich üblicher Weise andere Bau-, Handhabungs- oder Abbruchwerkzeuge beispielsweise in Form von Schalengreifern, Abbruchzangen, Scheren oder ähnliches umfassen kann.
Der genannte Schnellwechsler 1 kann hierbei einerseits mittels einer stielseitigen Wechslerhälfte 2 schwenkbar um eine liegende, quer zur Längsachse des Auslegerstiels 5 ausgerichtete Schwenkachse an den genannten Auslegerstiel 5 montierbar sein, sodass der Schnellkuppler 1 zusammen mit dem daran angebauten Werkzeug 4 beispielsweise mittels eines Druckmittelzylinders 36 und eines zwischengeschalteten Schwenkstücks 37 gegenüber dem Auslegerstiel 5 verschwenkt werden kann.
Eine werkzeugseitige Wechslerhälfte 3 - vgl. 2 - kann an das Anbauwerkzeug 4 und/oder einen zwischengeschalteten Drehantrieb angebaut werden.
Wie 2 zeigt, umfassen die beiden Wechslerhälften 2 und 3 zwei Paare von miteinander verriegelbaren Verriegelungsteilen, die einen zweistufigen Ankuppel- bzw. Verriegelungsprozess gestatten. Zunächst wird ein Paar Verriegelungselemente eingehakt bzw. angekuppelt, um sodann die beiden Wechslerhälften um das angekuppelte erste Verriegelungspaar zusammenzuschwenken. In der zusammengeschwenkten Kupplungsstellung werden dann die zweiten Paar Verriegelungsteile miteinander verriegelt, vgl. vergleichend die 4 und 5.
Wie 2 zeigt, kann eine Wechslerhälfte, insbesondere die stielseitige Wechslerhälfte 2, als Verriegelungsteile eine Ankuppelaufnahme 6 sowie ein verschiebbares, vor die Öffnung einer Verriegelungsaufnahme 10 fahrbaren Riegel 11 umfassen, wobei die genannte Verriegelungsaufnahme 10 eine andere Öffnungsrichtung aufweisen kann als die Ankuppelaufnahme. Insbesondere kann die Ankuppelaufnahme 6 von der Verriegelungsaufnahme 10 weggerichtet offen sein, während die Verriegelungsaufnahme 10 zu der anderen Wechslerhälfte 3 hin offen ausgebildet sein kann. Alternativ zu der in den Figuren gezeigten Ausbildung gemäß 2 könnte der zweite Verriegelungsteil der Wechslerhälfte 2 aber auch ein insgesamt als Ganzes verschiebbares Verriegelungsmaul aufweisen, wie dies per se bekannt ist. Der Riegel 11 kann näherungsweise in einer Richtung quer zur Öffnung der Vierriegelungsaufnahme 10 verfahrbar sein, um vor diese Öffnung geschoben werden zu können. Beispielsweise kann der Riegel 11 leicht schräg geneigt von oben herab in die Verriegelungsaufnahme 10 gefahren werden.
Die andere Wechslerhälfte, insbesondere die werkzeugseitige Wechslerhälfte 3, kann als Verriegelungsteile zwei Querbolzen 33 und 34 aufweisen, die zueinander parallel ausgerichtet und voneinander so weit beabstandet sein können, dass sie in die Öffnungen der Ankuppel- und Verriegelungsaufnahmen 6 und 10 passen.
Um die beiden Wechslerhälften 2 und 3 aneinander anzukuppeln, wird zunächst die Ankuppelaufnahme 6 an dem Querbolzen 33 eingehängt, wobei ein Sicherungselement 7 den Querbolzen 33 in der Ankuppelaufnahme 6 fangen bzw. sichern kann, um ein unbeabsichtigtes Herausrutschen zu vermeiden, wenn die beiden Wechslerhälften 2 und 3 zusammengeschwenkt werden. Das genannte Sicherungselement 7 kann beispielsweise federvorgespannt sein und durch einen Druckaktor geöffnet werden, wenn der Schnellwechsler abgekuppelt werden soll.
Ist die Ankuppelaufnahme 6 am Querbolzen 33 eingehängt, wie dies 4 zeigt, können die beiden Wechslerhälften 2 und 3 zueinander um die von der eingehängten Ankuppelaufnahme 6 bzw. dem darin gefangenen Querbolzen 33 gebildete Schwenkachse zusammengeschwenkt werden, bis die in 5 gezeigte Kupplungsstellung gezeigt ist. In der genannten Kupplungsstellung gemäß 5 ist der zweite Querbolzen 34 in die Verriegelungsaufnahme 10 eingefahren, sodass der Riegel 11 in die verriegelnde Stellung gefahren werden kann, um den Querbolzen 34 in der Verriegelungsaufnahme 10 zu sichern bzw. festzulegen. Der Riegel 11 wird durch einen Druckmittelzylinder 8 betätigt, der nachfolgend noch näher erläutert wird.
Wie die 4 und 5 zeigen, können an einem von der Ankuppelaufnahme 6 beabstandeten Abschnitt der Wechslerhälften 2 und 3 Energiekupplungsteile 12 und 13 vorgesehen sein, die insbesondere an einem der Ankuppelaufnahme 6 gegenüberliegenden Endabschnitt der Wechslerhälften 2 und 3 angeordnet sein können.
Die genannten Energiekupplungsteile 12 und 13 können beispielsweise Hydraulikkupplungen sein. Unabhängig hiervon können die Energiekupplungsteile 12 und 13 als Steckkupplungen ausgebildet sein, die ineinander gefahren werden können und Kupplungshülsen und darin einfahrbare Kupplungsstifte umfassen können.
Wie 5 zeigt, kann es vorteilhaft sein, wenn der Stellzylinder 8 mit seiner Kolbenstange 9 mit dem besagten Riegel 11 verbunden ist und mit seinem Zylinder 12, aus dem die Kolbenstange 9 ausfahrbar ist, an der Wechslerhälfte 2 abgestützt und/oder befestigt ist. Beispielsweise kann die Wechslerhälfte 2 eine Aufnahmetasche 13 umfassen, in der der Zylinder 12 sitzt, wobei an einem Ende der Aufnahmetasche 13 eine Abstützung 14 vorgesehen sein kann, gegen die sich der Zylinder 12 axial abstützen kann. Der Stellzylinder 8 könnte grundsätzlich aber auch alternativ oder zusätzlich an der Wechslerhälfte 2 beispielsweise angebolzt sein, wobei am Zylinder 12 ein entsprechendes Lagerauge vorgesehen sein könnte.
Wie 5 zeigt, kann der Stellzylinder 8 zu einer Ebene, die durch die beiden Ankuppel- und Verriegelungsaufnahmen 6 und 10, insbesondere dort hindurchlaufende Querbolzenachsen definiert wird, spitzwinklig geneigt angeordnet sein, sodass die Längsachse des Stellzylinders 8 an gegenüberliegenden Seiten der Ankuppel- und Verriegelungsaufnahmen 6 und 10 vorbeiläuft. Insbesondere kann der Stellzylinder 8 mit einem Endabschnitt oberhalb der Ankuppelaufnahme 6 angeordnet sein, während das riegelseitige Ende des Zylinders 12 bzw. der Riegel 11 unter der Verriegelungsaufnahme 10 positioniert sein kann.
Insgesamt hat der Stell- und Verriegelungszylinder 8 eine geschützte Aufnahme in einem Innenraum der Wechslerhälfte 2 und ist im gekuppelten Zustand des Schnellwechslers 1 von den Außenumfangskonturen bzw. -wandungen der Wechslerhälften 2 und 3 eingefasst und hierdurch geschützt. Insbesondere können die seitlichen Rahmenplatten der Wechslerhälften 2 und 3 den Stellzylinder 8 seitlich einfassen.
Wie die 5 bis 8 verdeutlichen, ist in den Stellzylinder 8 eine Sperr- bzw. Arretiervorrichtung 15 integriert, die den Stellzylinder 8 in einer oder mehreren Ausfahrstellungen festsetzen und insbesondere den Riegel 11 in dessen verriegelnder Stellung arretieren kann.
Die genannte mechanische Sperrvorrichtung 15 des Stell- und Sperrzylinders 8 umfasst dabei eine Gewindespindel 16, die im Innenraum des Zylinders 12 aufgenommen sein kann und mit dem Kolben 17 und/oder der Kolbenstange 9 des Stellzylinders 8 in Schraubeingriff stehen kann. Wie 7 verdeutlicht, kann beispielsweise der Kolben 17 ein Innenschraubgewinde aufweisen, das in Schraubeingriff mit einem Außengewinde der Gewindespindel 16 steht, sodass der Kolben 17 bei axialen Bewegungen eine Rotation der Gewindespindel 16 mit sich bringt. Der genannte Kolben 17 wird im Zylinder 12 in an sich bekannter Weise durch Druckbeaufschlagung verfahren, wobei der Stellzylinder 8 vorteilhafterweise doppelt wirkend ausgebildet sein kann. Je nachdem, ob die die Kolbenstange 9 umschließende Ringkammer 18 oder die von der Kolbenstange 9 abgewandte Druckkammer 19 mit Druckmedium beaufschlagt wird, fährt der Kolben 17 ein oder aus. Der Kolben 17 ist dabei verdrehfest geführt, beispielsweise über die Kolbenstange 9, die durch ihre Befestigung am Riegel 11 oder auch durch entsprechende Ausbildung der Austrittsöffnung am Zylinderkragen verdrehgesichert sein kann. Hierdurch führt eine Axialbewegung des Kolbens 17 zu einer Verdrehung der Gewindespindel 16.
Die Gewindespindel 16 kann im Zylinder 12 axial fest, aber verdrehbar gelagert sein, beispielsweise mittels eines Gewindespindelkopfes 20, der mit der Gewindespindel 16 drehfest verbunden und verdrehbar im Zylinder 12 gelagert sein kann.
Durch den Schraubeingriff zwischen Kolben 17 und Gewindespindel 16 und deren Lagerungen kann der Kolben 17 nur axial verfahren werden, wenn sich die Gewindespindel 16 drehen kann. Um den Stellzylinder 8 zu arretieren, das heißt den Kolben 17 in seiner jeweiligen Axialstellung einzufrieren, kann die Gewindespindel 16 drehfest festgesetzt werden, und zwar mittels einer Verdrehsicherung 21, die den rotatorischen Freiheitsgrad der Gewindespindel 16 blockieren kann.
Die genannte Verdrehsicherung 21 umfasst hierzu ein Verdrehsicherungselement 22, das ebenfalls im Zylinder 12 aufgenommen ist und dort axial verschieblich, aber drehfest gelagert ist, um durch axiales Verschieben mit der Gewindespindel 16 bzw. dem damit verbundenen Gewindespindelkopf 20 in und außer Verriegelungseingriff gebracht zu werden.
Wie 8 zeigt, kann das Verdrehsicherungselement 22 vorteilhafterweise einen zumindest näherungsweise plattenförmigen Arretierring 23 umfassen, der den Gewindespindelkopf 20 umgreifen und sich quer zur Stellzylinderlängsrichtung erstrecken kann.
Der Arretierring 23 ist dabei in einem Einbauraum 24, der einen Teil des Zylinders 12 bilden kann, axial verschieblich aufgenommen. Um den Arretierring 24 gegen Verdrehen zu sichern, aber axial verschieblich zu halten, kann der Arretierring 23 eine von der Kreisform abweichende Außenkonturierung besitzen, beispielsweise eine oder mehrere Abflachungen am Umfang besitzen und/oder insgesamt oval und/oder elliptisch oder polygonzugartig mehreckig ausgebildet sein. In entsprechender Weise kann der genannte Einbauraum 24 eine von der Kreisform abweichende Innenumfangskonturierung besitzen, beispielsweise eine oder mehrere Abflachungen aufweisen und/oder entsprechend der Konturierung des Arretierrings oval oder elliptisch oder polygonzugartig mehreckig ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise bildet die Paarung der Außen- und Innenumfangsflächen des Arretierrings 23 und des Einbauraums 24 gleichzeitig eine Verschiebeführung und eine Verdrehsicherung, wobei insbesondere eine (nicht kreisförmige) zylindrische Konturierung nach Art eines Prismas vorgesehen sein kann.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Verdrehsicherung über die Umfangswandungen könnten jedoch auch separate Längsschiebeführungselemente vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Längsstäben parallel zur Zylinderlängsachse, die in Führungsausnehmungen 25 am Verdrehsicherungselement 22 eingreifen können, beispielsweise in Form von zum Außenumfang hin offenen Führungsnuten, wie sie 8 zeigt.
Das Verdrehsicherungselement 22, das in Form des gezeigten Arretierrings 23 ausgebildet sein kann, könnte grundsätzlich durch Druckbeaufschlagung axial verstellt werden, wobei eine entsprechende Druckkammer vom Einbauraum 24 gebildet werden könnte. Alternativ können aber auch separate Verschiebeelemente beispielsweise in Form von Plungerkolben vorgesehen sein, deren Verschieben zu einem axialen Verstellen des Arretierrings 23 bzw. des Verdrehsicherungselements 22 führen. Hierzu können beispielsweise in einer Zylinderwandung Bohrungen 26 vorgesehen sein, in denen die genannten Plungerkolben 27 aufgenommen sind, sodass sie durch Druckbeaufschlagung der Bohrungen verfahren werden können, um hierdurch den Arretierring 23 axial zu verschieben.
Das Verdrehsicherungselement 22 kann dabei durch eine Vorspannvorrichtung 28 in die verriegelnde Stellung vorgespannt sein, wobei die Vorspanneinrichtung 28 beispielsweise eine oder mehrere Federeinrichtungen umfassen kann, um den Arretierring 23 per Federkraft axial in die verriegelnde Sperrstellung zu treiben.
Um die Gewindespindel 16 zu verriegeln, können an dem Verriegelungselement 26 und dem Gewindespindelkopf 20 formschlüssig aneinanderpassende Verriegelungskonturen vorgesehen sein, insbesondere in Form von Rastklauen 29 und von der Form her daran angepasste Rastausnehmungen, in die die Rastklauen 28 einfahren können. Die genannten Rastklauen 28 und die damit zusammenwirkenden Rastausnehmungen können an dem Arretierring 23 und dem Gewindespindelkopf 20 vorgesehen, insbesondere in axialer Richtung vorspringend bzw. eingearbeitet sein. Beispielsweise können an dem Arretierring 23 in Umfangsrichtung verteilt mehrere axial vorspringende Rastklauen 28 vorgesehen sein, die in Rastausnehmungen in einer dem Arretierring 23 zugewandten Stirnseite des Gewindespindelkopfes 20 einfahren können.
Wie 8 zeigt, können die Verriegelungskonturen einseitig bzw. nur in eine Richtung verlässlich verriegelnd ausgebildet sein, wobei die genannten Rastklauen 28 zu einer Seite hin keilförmig ansteigende und damit überfahrbare Flanken aufweisen können, während auf der gegenüberliegenden Seite verriegelnde, beispielsweise zur Umfangsrichtung senkrechte Flanken vorgesehen sein können. Dies erlaubt es, auch bei an sich in die verriegelnde Stellung vorgespanntem Arretierring 23 die Gewindespindel in eine Richtung weiter zu drehen, wobei die Rastverbindung durchrutscht. In der entgegengesetzten Richtung indes ist die Gewindespindel verlässlich verriegelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1852555 A2 [0006]
DE 202012007124 U1 [0006]
DE 202014001328 U1 [0006]

Claims

Schnellwechsler zum Ankuppeln eines Werkzeugs (4) an einen Baggerstiel (5) oder einen anderen Werkzeugführer, mit zwei miteinander verriegelbaren Wechslerhälften (2, 3), die zumindest ein paar Verriegelungsteile (10, 34) umfassen, denen ein ein- und ausfahrbarer Riegel (11) zugeordnet ist, wobei ein Stellzylinder (8) zum Betätigen des Riegels (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellzylinder (8) eine mechanische Sperrvorrichtung (15) zum Arretieren des Riegels (11) in der verriegelnden Stellung umfasst, die eine Gewindespindel (16), die mit dem Kolben (17) und/oder der Kolbenstange (9) des Stellzylinders (8) in Schraubeingriff steht, sodass der Kolben (17) nur unter Verdrehung der Gewindespindel (16) verfahrbar ist, sowie eine lösbare Verdrehsicherung (21) für die Gewindespindel (16) umfasst.
Schnellwechsler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verdrehsicherung (21) innerhalb des Zylinders (12) des Stellzylinders (8) angeordnet ist, wobei die Verdrehsicherung und die Gewindespindel (16) relativ zueinander axial verstellbar gelagert und durch axiales Verstellen relativ zueinander in und außer Verriegelungseingriff bringbar sind.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdrehsicherung (21) an dem Stellzylinder (8) axial beweglich, rotatorisch fest gelagert ist und die Gewindespindel (16) in dem Stellzylinder (8) verdrehbar, aber axial fest gelagert ist.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdrehsicherung (21) einen Arretierring (23) umfasst, der sich in einer Ebene quer zur Stellzylinderlängsachse erstreckt und axial in Zylinderlängsrichtung beweglich, rotatorisch feststehend am Zylinder (12) geführt ist.
Schnellwechsler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Arretierring (23) eine von der Kreisform abweichende Umfangskontur besitzt und in einem Einbauraum (24) im Inneren des Stellzylinders (8) aufgenommen ist, der eine von der Kreisform abweichende, an den Arretierring (23) formangepasste Innenumfangswandung besitzt, an der der Arretierring (23) axial verschieblich geführt und gegen Verdrehen gesichert ist.
Schnellwechsler nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Arretierring (23) mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Rastklauen (28) und/oder Rastausnehmungen aufweist, die zur Gewindespindel (16) hin vorspringen und/oder davon weggerichtet vertieft sind.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdrehsicherung (21) einseitig, nur in eine Drehrichtung sperrend ausgebildet ist.
Schnellwechsler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei einseitig verriegelnde Rastklauen vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung zu entgegengesetzten Seiten hin gerichtete Flanken aufweisen, die unterschiedlich ausgebildet sind, wobei insbesondere zu einer Umfangsrichtung hin senkrechte Verriegelungsflanken und zur entgegengesetzten Umfangsrichtung hin keilförmig ansteigende Flanken besitzen.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorspanneinrichtung (28) zum Vorspannen der Verdrehsicherung (21) in die verriegelnde Stellung vorgesehen ist, wobei die Vorspanneinrichtung vorzugsweise mehrere Federelemente umfasst, die die Verdrehsicherung mit axial wirkenden Federkräften beaufschlagen.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verstellvorrichtung zum axialen Verstellen der Verdrehsicherung (21) zumindest ein separates Verstellelement umfasst, das axial antreibbar ist und die Verdrehsicherung (21) axial verstellt.
Schnellwechsler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das zumindest eine separate Verstellelement einen Plungerkolben (27) umfasst, der in einer Bohrung in einer Zylinderwandung aufgenommen und durch Druckbeaufschlagung verstellbar ist.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stellzylinder (8) in einem Innenraum einer Wechslerhälfte (2) aufgenommen und im gekuppelten Zustand der Wechslerhälften (2, 3) von Wechslerwandungen eingefasst ist.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechslerhälften (2, 3) an einem ersten Paar Verriegelungsteilen (6, 33) aneinander ankuppelbar sind und ein zweites Paar Verriegelungsteile (10, 34) besitzen, die durch Zusammenschwenken der Wechslerhälften (2, 3) um das genannte erste Paar Verriegelungsteile (6, 33) in Eingriff bringbar und/oder verriegelbar sind, wobei der Riegel (11) dem genannten zweiten Paar Verriegelungsteile zugeordnet ist.
Schnellwechsler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die beiden Paare von Verriegelungsteilen (6, 33; 10, 34) jeweils ein Aufnahmemaul (6; 10) umfassen, wobei eines der Aufnahmemäuler (6) zu einer vom anderen Aufnahmemaul abgewandten Seite hin offen ausgebildet ist und das genannte andere Aufnahmemaul (10) in Umfangsrichtung auf einem Kreisbogen um das erste Aufnahmemaul offen ausgebildet ist.
Schnellwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stellzylinder (8) spitzwinklig geneigt zu einer Ebene angeordnet ist, die durch die beiden Paare von Verriegelungsteilen (6, 33; 10, 34) definiert ist, wobei eine Längsachse des Stellzylinders (8) an gegenüberliegenden Seiten der beiden Paare von Verriegelungsteilen vorbeilaufen.
Baumaschine mit einem Schnellwechsler (1), der gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.