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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwenkrotator für eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Bagger oder eine vergleichbare Bau- bzw. Arbeitsmaschine.
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Solche Schwenkvorrichtungen dienen dem seitlichen Verschwenken und gleichzeitigen Rotieren eines an der Maschine angebauten Werkzeugs bzw. Arbeitsgeräts. Beispielsweise kann ein Grablöffel nach rechts und/oder links in Bezug auf die Achse eines Baggerarms verschwenkt und gleichzeitig um eine Rotationsachse, die im Wesentlichen senkrecht zu der Schwenkachse steht, endlos rotiert werden. Der Schwenkrotator, auch Tiltrotator genannt, dient dem Baggerarm als flexibles „Handgelenk“, das dem Bagger maximale Bewegungsfreiheit beim Einsatz seines Anbaugeräts gibt. Dadurch wird erreicht, dass das Anbauwerkzeug in verschiedenen Richtungen verwendet werden kann, ohne den Bagger selbst zu bewegen. Das erweitert den Einsatzbereich und die Flexibilität sowie die Arbeitsgeschwindigkeit erheblich.
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Üblicherweise umfassen derartige Schwenkrotatoren ein Kopfteil bzw. eine Kopfplatte, die an den Baggerarm anbaubar ist, sowie einen Rotator, also ein Drehteil, das an dem Kopfteil schwenkbar um eine Schwenkachse gelagert ist. An das freie untere Ende des Rotators lässt sich das Werkzeug anbauen, vorzugsweise über einen zwischengesetzten Schnellwechsler. Ein hydraulischer Schwenkantrieb dient zum Verschwenken des Anbaugeräts um die Schwenkachse, ein Rotationsantrieb zum Rotieren des Anbaugeräts um die Rotationsachse.
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Für den Schwenkantrieb haben sich im Wesentlichen zwei unterschiedliche Antriebskonzepte durchgesetzt: Entweder erfolgt die Verschwenkung durch einen bzw. zwei hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten oder durch einen Motor mit Steilgewinde.
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Der Rotationsantrieb erfolgt üblicherweise mittels eines Schneckenradgetriebes mit schraubenförmiger Antriebswelle, der sogenannten Schnecke, und einem Zahnrad, dem sogenannten Schneckenrad, in das die Schnecke eingreift. Dadurch wird eine vollständige bzw. endlose Drehung eines Rotors mitsamt dem angebauten Werkzeug um die Rotationsachse möglich.
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DE 20 2011 108 526 U1 offenbart einen Dreh-/Schwenkantrieb für Baggeranbauwerkzeuge mit Kippantriebsmitteln umfassend einen längs verschieblich geführten Kolben, der mit einer zugehörigen Kippantriebsachse, die sich koaxial zur Kippachse erstreckt, zusammenwirkt.
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DE 20 2011 100 482 U1 beschreibt einen Drehschwenkantrieb für Anbauwerkzeuge mit einem ersten Kupplungsteil zum Ankuppeln an einen Auslegerstiel, einem zweiten Kupplungsteil zum Ankuppeln eines Anbauwerkzeugs sowie einer zwischen den beiden Kupplungsteilen angeordneten Antriebsvorrichtung mit einer Kippantriebswelle und einem längs verschieblichen Kolben, der mit der Kippantriebswelle und/oder einem Antriebsgehäuse in Schraubeingriff steht.
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DE 10 2013 205 935 A1 offenbart eine Ankuppeleinrichtung für ein Baggeranbaugerät mit einem Schwenkantrieb umfassend eine Schwenkdrehlagerung und zwei Zylinderkörpern.
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AT 516867 A1 offenbart eine Aufhängung für Kupplungsvorrichtungen mit integrierter Schwenkvorrichtung umfassend Hydraulikzylinder als Antriebselemente.
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Trotz ihres komplexen Aufbaus mit Schwenkantrieb und Rotationsantrieb müssen Schwenkrotatoren für Bagger möglichst kompakt bauen und so leicht wie möglich sein. Gleichzeitig soll aber das Drehmoment insbesondere für den Schwenkantrieb möglichst groß sein, um auch schwere und breite Anbauwerkzeuge, wie zum Beispiel eine Baggerschaufel, oder andere Lasten verschwenken zu können.
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Ein Steilgewindeantrieb für die Schwenkbewegung lässt sich konstruktionsbedingt nur mittig anordnen und beansprucht Bauhöhe. Ein solcher Steilgewindeantrieb hat relativ hohes Gewicht, kann aber nur ein relativ geringes Schwenkmoment aufbringen.
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Seitlich angeordnete Arbeitszylinder können zwar ein vergleichsweise hohes Schwenkmoment aufbringen und haben zudem einen einfachen Aufbau. Der Schwenkwinkel ist aber relativ klein und liegt unter 45°. Außerdem fahren die Arbeitszylinder beim Schwenken seitlich aus, sodass die Gefahr einer Beschädigung der Zylinder und/oder der Hydraulikschläuche, zum Beispiel bei einem Grabenaushub, gegeben ist.
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Innenliegende, über Kreuz angeordnete Arbeitszylinder sind zwar besser gegen Beschädigung geschützt; der erzielbare Schwenkwinkel ist allerdings noch kleiner und liegt nur bei ca. 40°. Außerdem ist das Schwenkmoment nicht-linear.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen verbesserten Schwenkrotator zu konzipieren, der sich durch einen starken und robusten Schwenkantrieb auszeichnet, der wenig Bauraum beansprucht und trotzdem ein sehr hohes Schwenkmoment aufbringen kann.
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Bei der Lösung der Aufgabe wird ausgegangen von einem Schwenkrotator gemäß dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der Schwenkantrieb einen Radialkolbenmotor mit hydraulischem Triebwerk umfasst.
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Radialkolbenmotoren sind an sich bekannt, sowohl mit pneumatischem als auch mit hydraulischem Antrieb. Sie basieren auf dem Radialkolbenprinzip. Mehrere Arbeitszylinder sind radial um eine Antriebswelle, die auch als Kurbelwelle ausgebildet sein kann, angeordnet, ähnlich wie bei einem Sternmotor. Die Arbeitszylinder sind über Drehschiebersteuerung mit Zulauf und Rücklauf verbunden. Die Kolben haben über Rollen Kontakt mit einem feststehenden Hubring, der an seiner Innenseite eine Steuerkurve aufweist. Die Kolben werden durch den hydraulischen Druck gegen die Innenwandung des Hubrings gedrückt und folgen dabei deren Kurvatur. Auf diese Weise wird die axiale Hubbewegung der Kolben in eine radiale Bewegung der Antriebswelle umgesetzt, vergleichbar etwa einem Kurvengetriebe.
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Hydraulische Radialkolbenmotoren zeichnen sich durch ein sehr hohes Drehmoment bei geringen Drehzahlen aus. Aufgrund ihrer integrierten Bauform mit einem schmalen Gehäuse, in dem sich das gesamte hydraulische Triebwerk befindet, beanspruchen sie nur sehr begrenzten Bauraum und sind für einen Anbau sehr gut geeignet.
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Der erfindungsgemäße Schwenkrotator mit wenigstens einem Radialkolbenmotor als Schwenkantrieb zeichnet sich durch maximale Kompaktheit, geringes Gewicht und, vor allem, sehr großes Schwenkmoment aus. Der Schwenkrotator wird dadurch kleiner, leichter, robuster, stärker und ist gegen Verschmutzung und Beschädigung weniger anfällig als etwa Schwenkrotatoren mit außen- oder innenliegenden Hydraulikzylindern oder einem Steilgewindeantrieb. Ein weiterer Vorteil ist das über den gesamten Schwenkwinkel konstante Schwenkmoment sowie die Möglichkeit, Schwenkbewegungen von über 50 Winkelgraden je Seite auszuführen.
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Bevorzugt ist der Radialkolbenmotor an das Kopfteil angeflanscht. Kopfteil und Radialkolbenmotor, dessen Gehäuse von außen an das Kopfteil angesetzt, vorzugsweise aufgeschraubt wird, bilden eine integrale Einheit.
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Vorteilhaft hat das Kopfteil einen koaxial zur Schwenkachse angeordneten Motorflansch und hat der Radialkolbenmotor ein offenes Gehäuse, welches das hydraulische Triebwerk enthält. Dieses Gehäuse des Radialkolbenmotors kann dann an den Motorflansch des Kopfteils angeflanscht werden. Alternativ kann auch ein komplett gekapselter Radialkolbenmotor an das Kopfteil angebaut werden. Der Einsatz eines Radialkolbenmotors mit offenem Gehäuse, das durch die Verbindung mit dem Motorflansch des Kopfteils geschlossen wird, hat jedoch den Vorteil, dass der Schwenkantrieb nur minimalen Bauraum beansprucht.
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Zweckmäßig treibt der Radialkolbenmotor einen Antriebsflansch an, welcher an dem Kopfteil drehbar gelagert ist. Im Innern des Rotators sitzt ein Abtriebsflansch, welcher mit dem Antriebsflansch drehfest verbunden ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwenkrotators umfasst der Schwenkantrieb zwei Radialkolbenmotoren, vorzugsweise zwei gleiche Radialkolbenmotoren, welche koaxial zur Schwenkachse an zwei gegenüberliegenden Seiten des Kopfteils angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die jeweiligen Antriebswellen der Radialkolbenmotoren sehr kurz gehalten werden können; dadurch kann die Schwenkachse mitten durch den Rotator gelegt werden.
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Hydraulische Radialkolbenmotoren können recht einfach mit einem Freilauf versehen werden, bei dem die Rollen der Kolben keinen Kontakt mehr mit dem Hubring haben und somit die Antriebswelle frei drehbar ist. Realisiert wird der Freilauf durch zusätzliche Anschlüsse, mit denen Hydraulikleitungen zum Tank verbunden werden, während gleichzeitig das Gehäuse über einen weiteren Anschluss mit relativ geringem Druck beaufschlagt wird. Durch einen solchen Freilauf kann das Anbauwerkzeug am Baggerarm frei pendeln und ist dadurch gegen unbeabsichtigte Krafteinwirkungen gut geschützt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Schwenkrotator, perspektivisch;
- 2 den Schwenkrotator von 1 in Seitenansicht, teilweise geschnitten;
- 3 den Schwenkantrieb des Schwenkrotators von 1, in Explosionsdarstellung;
- 4 das hydraulische Triebwerk eines Radialkolbenmotors;
- 5 den Schwenkrotator von 1 mit nach rechts und links verschwenktem Rotator.
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Der Schwenkrotator hat ein Kopfteil 10 mit einem Motorflansch 11 und einem Verbindungsteil 12 mit Verbindungsbolzen 13, die dem Anbau an den (nicht dargestellten) Arm eines Baggers dienen.
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Der Motorflansch 11 des Kopfteils 10 ist in der Art eines Bügels ausgebildet und umgreift einen Rotator 20, der das Herz des Geräts darstellt. Der Rotator 20 ist in dem Motorflansch 11 des Kopfteils 10 um eine horizontale Schwenkachse 22 schwenkbar gelagert, sodass er gegenüber dem Kopfteil 10 nach beiden Seiten, also nach rechts und links, verschwenkt werden kann. An seiner Unterseite trägt der Rotator 20 einen Schnellwechsler 50. Gleichzeitig kann der Rotator 20 den Schnellwechsler 50 um eine Rotationsachse 21, die senkrecht zu der Schwenkachse 22 verläuft, endlos drehen. In der Mitte des Rotators 20 sitzt eine Drehdurchführung 23 für die Hydraulikleitungen des (nicht dargestellten) Anbauwerkzeugs, zum Beispiel eines Greifers.
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Angetrieben wird der Rotator 20 durch einen Rotationsantrieb 30 mit einem Hydraulikmotor 31, der über ein (nicht sichtbares) Schneckengetriebe den (nicht sichtbaren) Rotor des Rotators 20 in eine Rotationsbewegung im oder gegen den Uhrzeigersinn versetzt.
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Die Verschwenkung des Rotators 20 erfolgt mittels eines Schwenkantriebs 40, der zwei gleiche Radialkolbenmotoren 41 umfasst. Die Radialkolbenmotoren 41 sind an den Motorflansch 11 des Kopfteils 10 angeflanscht und koaxial zur Schwenkachse 22 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Kopfteils 10 spiegelbildlich angeordnet.
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Die Explosionsdarstellung in 3 zeigt den Schwenkantrieb 40 genauer. Der Radialkolbenmotor 41 hat ein schalenförmig ausgebildetes offenes Gehäuse 42, in dem das hydraulische Triebwerk sitzt, welches eine Antriebswelle 43 mit Außenverzahnung antreibt. Die Antriebswelle 43 ist mit einem Antriebsflansch 44 drehfest verbunden. Der Antriebsflansch 44 ist mittels eines Drehlagers 45 in einer Lageraufnahme 14 des Motorflanschs 11 drehbar gelagert. Der Antriebsflansch 44 schließt das offene Gehäuse 42 des Radialkolbenmotors 41 nach vorne zum Kopfteil 10 hin druckdicht ab.
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Der Rotator 20 hat einen innenliegenden Abtriebsflansch 24 (vergl. 3), der mit dem Antriebsflansch 44 durch Schraubbolzen drehfest verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite sitzt koaxial und spiegelbildlich ein zweiter, gleich ausgebildeter Radialkolbenmotor, der in genau der gleichen Weise mit dem Rotator 20 verbunden ist.
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4 erläutert das Prinzip des Radialkolbenmotors 41. Das hydraulische Triebwerk umfasst einen runden Zylinderblock 46, der durch eine Innenverzahnung mit der Antriebswelle 43 drehfest verbunden ist. Neun Kolben 47 sind hier radial bzw. sternförmig im Zylinderblock 46 angeordnet und über Rollen 48 mit einem Hubring 49 in Kontakt. Die Rollen 48 gleiten auf der Innenkontur des Hubrings 49 und stützen sich dabei seitlich ab. Auf diese Weise erfolgt eine Umsetzung der linearen radialen Bewegung der Kolben 47 in eine Drehbewegung des Zylinderblocks 46 und der damit verbundenen Antriebswelle 43.
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Der Rotationsantrieb 30 und der Schwenkantrieb 40 funktionieren unabhängig voneinander, sodass der Rotator 20 gleichzeitig endlos rotieren und seitlich ausschwenken kann.
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In 5 sind drei Stellungen des Rotators 20 gegenüber dem Kopfteil 10 zu sehen. Aus seiner vertikalen Ausgangsposition kann der Rotator 20 nach rechts oder nach links bis zu 50° ausgeschwenkt werden.
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An seiner Unterseite trägt der Rotator 20 eine Schnellwechselvorrichtung 50, die gleichzeitig als Adapter für unterschiedliche Anbaugeräte dient. Beispielsweise kann ein an den Schnellwechsler 50 angekuppelter Grablöffel nicht nur um seine vertikale Achse rotieren, sondern zusätzlich auch quer zur Rotationsachse zu beiden Seiten hin ausschwenken und in einer bestimmten Winkellage festgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kopfteil
- 11
- Motorflansch
- 12
- Verbindungsteil
- 13
- Verbindungsbolzen
- 14
- Lageraufnahme
- 20
- Rotator
- 21
- Rotationsachse
- 22
- Schwenkachse
- 23
- Drehdurchführung
- 24
- Abtriebsflansch
- 30
- Rotationsantrieb
- 31
- Hydraulikmotor
- 40
- Schwenkantrieb
- 41
- Radialkolbenmotor
- 42
- Gehäuse
- 43
- Antriebswelle
- 44
- Antriebsflansch
- 45
- Drehlager
- 46
- Zylinderblock (Radialkolbenmotor)
- 47
- Kolben
- 48
- Rolle (Kolben)
- 49
- Hubring
- 50
- Schnellwechselvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011108526 U1 [0006]
- DE 202011100482 U1 [0007]
- DE 102013205935 A1 [0008]
- AT 516867 A1 [0009]
