DE4319271C2 - Bagger oder Kran - Google Patents
Bagger oder KranInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Bagger oder Kran, bestehend aus einem Oberwagen
und einem Unterwagen oder einer Drehbühne und einem Portal, welche mittels eines
Großwälzlagers drehbar miteinander verbunden sind und zur Durchführung der
Schwenk- bzw. Drehbewegung ein hydraulisch oder elektrisch betriebenes Drehwerk
aufweisen.
Die bisher bekannten Schwenk- bzw. Drehwerke bestehen aus einem Großwälzlager,
dessen Innen- oder Außenring eine Stirnradverzahnung aufweist, welche mit einem
Ritzel des Drehwerkes kämmt. Der Antrieb erfolgt mittels Hydraulik- oder
Elektromotor, über ein Planetengetriebe, wobei noch zusätzlich - da nicht
selbsthemmend - eine Lamellenbremse zum Abbremsen und Arretieren erforderlich
ist. Nachteilig bei der Stirnradverzahnung ist ferner, daß sich nur etwa zwei Zähne
ständig im Eingriff befinden, so daß also bei einer bestimmten Baugröße nur
beschränkt niedrige Schwenkmomente übertragbar sind; besonders kann es bei
großen Turmdrehkränen durch hohe Winddrücke am Ausleger zu Überlastungen der
Verzahnung und damit Zahn- bzw. Wellenbruch kommen. Ferner kann es bei
Hydraulikbaggern wünschenswert sein, das Schwenkmoment bei gegebenen
Abmessungen zu erhöhen, damit wäre es z. B. auch möglich Baggerarbeiten in
Schwenkrichtung des Oberwagens auszuführen.
Aus der DD-PS 2 29 468 ist ein hochuntersetzendes Kurven-Kettengetriebe bekannt,
bestehend aus einem drehbaren Doppelexzenter, zwei Kurvenkörpern und einer
umlaufenden Rollenkette, die sich auf der Verzahnung der Kurvenkörper befindet
und durch eine Führung in Formschluß gehalten wird. Nachteilig dabei ist, daß bei
nur zwei Kurvenkörpern in den Exzenterpositionen, wo der eine Kurvenkörper
maximal eintaucht und der zweite die Außenlinie die Kettenrolle berührt, überhaupt
keine Kraftübertragung stattfinden kann, da der Übertragungswinkel in beiden
Positionen Null ist, das Getriebe also blockieren würde. Dazu kommt noch, daß zur
Herstellung eines Formschlusses eine eigenen Führung erforderlich ist, da ja die
umlaufende Kette ausweichen würde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Bagger oder Kran zu schaffen, bei
dem das Drehwerk auf einfache und kostengünstige Art höchste Schwenkmomente
erreichen kann, in dem Sinne, daß immer eine größere Anzahl von Zähnen in
Eingriff steht und in einer einzigen Getriebestufe hohe Übersetzungen erzielbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Damit ist ein Drehwerk geschaffen, welches es erlaubt - ohne Zwischenschaltung
eines Planetengetriebes - direkt Öl- bzw. Elektromotoren zum Antrieb der
Exzenterwellen einzusetzen, da das Getriebe bereits in einer Stufe ein hohes
Übersetzungsverhältnis von i=R/e aufweist. (R . . . Teilkreisradius des Rollenringes;
e . . . Exzentrizität des Parallelkurbelantriebes). Durch den hohen Überdeckungsgrad
der Verzahnung - es sind immer alle Zähne pro Zahnsegment im Eingriff - können
zudem sehr hohe Drehmomente und Leistungen übertragen werden. Der
Wirkungsgrad ist höher als bei einem normalen Stirnradgetriebe, da in jeder Phase
des Eingriffes der Zahnsegmente Rollreibung auftritt, währenddessen bekannterweise
bei einer Stirnradevolventenverzahnung theoretisch nur im Wälzpunkt reine
Rollreibung vorhanden ist, in den übrigen Bereichen ein Gleiten der Flanken
stattfindet. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß das erfindungsgemäße
Getriebe selbsthemmend ist, da der in Gegenrichtung belastete Antrieb ein größeres
Reibungsmoment entstehen läßt, als dem Antriebsmoment entspricht. Es kann somit
eine aufwendige, sonst übliche Lamellenbremse entfallen. Weitere Vorteile sind der
hohe Wirkungsgrad, die geringe Abnützung und der niedrige Geräuschpegel des
Antriebes, da wie bereits erwähnt, bei entsprechender Wahl der Antriebselemente
nur Rollreibung auftritt und im Verzahnungsbereich geringe Flächenpressungen
resultieren.
Anhand von Zeichnungen sollen nun einige Ausführungsbeispiele des
Erfindungsgegenstandes näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 einen Hydraulikbagger mit dem erfindungsgemäßen Schwenkwerk;
Fig. 2 den Einbau des Drehwerkes in einen Turmdrehkran;
Fig. 3 die Draufsicht desselben;
Fig. 4 einen Radialschnitt des Drehantriebes;
Fig. 5 einen weiteren Radialschnitt durch ein Schwenkwerk für einen
Hydraulikbagger;
Fig. 6 die Eingriffspositionen der einzelnen Zahnsegmente von oben betrachtet;
Fig. 7, 8 und 9 eine beispielsweise Ausführungsform der einzelnen Zahnsegmente;
Fig. 10 die Konstruktion der Zahnform;
Fig. 11 die kinematischen Zusammenhänge in schematischer Darstellung.
Wie in Fig. 1 dargestellt, sind der Ober- und der Unterwagen eines
Hydraulikbaggers (1) mittels eines Großwälzlagers (7) drehbar miteinander
verbunden. Im Bereich des Innenringes des Großwälzlagers (7), wo sonst
üblicherweise eine Stirnradverzahnung vorgesehen ist, befindet sich ein Rollenring
(14), bei welchem mittels zweier kreisringförmiger Scheiben (15, 15a) Rollen (33),
um ihre eigene Achse drehbar, eingespannt sind (siehe Fig. 5). Am Oberwagen (2)
ist das Drehwerksgetriebe (22) mit dem Hydraulikmotor (12) gelagert, das Getriebe
(22) dreht sich also mit dem Oberwagen (2) mit, der mit dem Außenring des
Großwälzlagers (7) verbunden ist. Der Innenring des Großwälzlagers (7) ist mit dem
Unterwagen (3) undrehbar verbunden, das Antriebsmoment des Ölmotors (12) stützt
sich also auf den ruhenden Rollen (33) ab und bewirkt somit den Schwenkvorgang
des Oberwagens (2). In Fig. 2 und Fig. 3 ist das Antriebssystem für den Einsatz in
einem Turmdrehkran dargestellt. An einer Kransäule (17) ist ebenfalls mittels eines
Großwälzlagers (7) ein Ausleger (16) drehbar befestigt. Das Getriebe (22) ist am
Oberteil (16) angeflanscht, ebenso wie die beiden Motoren (12, 13), welche in
diesem Fall als Hydraulikmotoren dargestellt sind. Die beiden Antriebswellen
(20, 21) wirken ebenso wie in Fig. 1 direkt über nicht dargestellte Exzenter auf die
Antriebssegmente (8, 9, 10). Der Unterschied zwischen Fig. 1 und Fig. 3 besteht
darin, daß die Antriebselemente nach Fig. 3 am Außenring (7a) des Großwälzlagers
(7) in Form einer fix umspannten Rollenkette (18) vorgesehen ist, währenddessen
nach Fig. 1 sich die Antriebselemente als starr montierter Rollenring (14) am
Innenring (7b) befinden. Die Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) (bei vier Segmenten) können
sich also innerhalb oder außerhalb des Großwälzlagers (7) befinden. Wie in Fig. 1
und auch Fig. 2 dargestellt, besteht die Möglichkeit einen oder zwei Antriebsmotore
(12, 13), je nach erforderlicher Eintriebsleistung vorzusehen. In Fig. 4 ist die
Antriebssituation für einen Drehkran näher dargestellt. Der Außenring (7a) des
Großwälzlagers (7) trägt in einer Nut geführt eine Rollenkette (18), welche über ein
Gummiband (30) fest das Lager (7) umspannt. Um eine Längsverschiebung der
Rollenkette (18) zu verhindern, sind Anschläge (31, 31a) vorgesehen, welche an den
Laschen der Rollenkette (18) anstehen. In die Rollen der Rollenkette (18) greifen
nun die vier Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) ein, welche durch die Exzenter
(26, 27, 28, 29) zu einer Parallelpendelbewegung gezwungen werden. Bei vier
Zahnsegmenten (8, 9, 10, 11) sind diese jeweils um 90° versetzt angeordnet, woraus
eine Erhöhung des Übertragungswinkels (µ) der Verzahnung resultiert. Nach Fig. 4
ist ein Elektromotor (23) vorgesehen, der die Exzenterwelle direkt antreibt, ein
zusätzliches Planetengetriebe kann daher entfallen. Das Getriebe (22) ist mit einer
Konsole (32) mit dem schwenkbaren Oberteil verbunden; der Außenring (7a) des
Großwälzlagers (7) ist starr an der ruhenden Kransäule (17) montiert. Fig. 5 zeigt
eine Detailansicht des Schwenkwerkes für einen Hydraulikbagger z. B. nach Fig. 1.
Der Rollenring (14) der am gesamten Umfang um die eigenen Achse drehbare
Rollen (33) mit dem Abstand der Teilung (t) aufweist, ist mit dem Innenring (7b) des
Großwälzlagers (7) fest über zwei Trägerringe (15, 15a) verschraubt und am relativ
ruhenden Unterwagen (3) mittels der Schrauben (38) festgeklemmt. Der Oberwagen
(29) steht mit dem Außenring (7a) in starrer Verbindung. Eine Konsole (31) ist
ebenfalls fix mit dem Getriebe (22) verbunden und gleichzeitig mit dem Oberwagen
(2) verschraubt. Die Ölmotore (12, 13) treiben über die Kerbverzahnung (39) die
beiden Exzenterwellen (20, 21) an, welche mittels der Lager (40, 41) im
Getriebegehäuse (22) drehbar befestigt sind. Die Exzenterwellen (20, 21) sind über
nicht dargestellte Paßfedern mit den Exzentern (26, 27, 28, 29) verbunden, welche am
Außendurchmesser Wälzlager aufweisen, zum unmittelbaren Antrieb der
Zahnsegmente (8, 9, 10, 11).
In Fig. 6 ist die genaue kinematische Antriebssituation bei Verwendung von drei
Zahnsegmenten (8, 9, 10) dargestellt. Die Zahnsegmente (8, 9, 10) weisen je zwei Bohrungen
(26′, 26a′, 27′, 27a′, 28′, 28a′) auf, in welchen die Exzenter gelagert sind. Jeder Punkt
der Zahnsegmente (8, 9, 10) beschreibt in bezug auf eine Achse normal zur
Bewegungsebene kleine, gleich große Kreise mit dem Radius (e). Die Zahnsegmente
(8, 9, 10) sind nach Fig. 6 um jeweils 120° an den Exzentern versetzt angeordnet.
Wie in Fig. 6 erkennbar, sind alle drei Zahnsegmente (8, 9, 10) ständig mit der
Rollenkette (18) in Berührung. Dasjenige Zahnsegment (9), welches im Augenblick
einen aktuellen Beitrag zum Übertragungswinkel (µ) liefert, rollt gleichzeitig mit
seinen gesamten Zähnen an den Rollen der Rollenkette (18) ab. Das heißt, es sind
immer alle Zähne im Eingriff, weshalb die Zahnsegmente (8, 9, 10) auch nur aus
relativ dünnen Scheiben ausgeführt sein brauchen. Bei der in der Praxis
vorkommenden Exzentrizität (e) ist der Gleichlauf der Exzenterwellen (20, 21)
gegeben, auch wenn nur ein Hydraulikmotor (12) zum Antrieb verwendet wird. Bei
kleineren Exzentrizitäten als ca. 8 mm wäre eine Gleichlaufeinrichtung in Form von
Ketten, Zahnrädern und dgl. erforderlich. Die Fig 7, 8, 9 zeigen die drei
Zahnscheiben (1, 2, 3) bzw. Zahnsegmente (8, 9, 10) in einer beispielsweisen
Ausführung mit der Zykloidenverzahnung (43). Die Verzahnung (43) ist dabei
entlang ihres Teilkreises, welcher (R+e) bzw. (R-e) aufweist (je nachdem ob sich
das Getriebe (22) innerhalb oder außerhalb der Großwälzlagers (7) befindet),
jeweils um einen Wert (t/3) (bei drei Zahnsegmenten (8, 9, 10)) verschoben. Die
Konstruktion der Verzahnung (43) ist in Fig. 10 dargestellt: Der Exzenterkreis (46)
mit dem Durchmesser (2·e) rollt auf dem Teilkreis (18) der Rollenkette oder dgl. ab
und beschreibt dabei eine Epizykloide (47). Die Hüllkurve der als Relativbewegung
nachgeführten Kettenrolle (19) bestimmt die Zahnform (44, 45). Der Umfang des
abrollend gedachten Exzenterkreises (46) entspricht genau der Teilung t=2·e·π, der
Rollenkette bzw. des Rollenringes (14). Das Übersetzungsverhältnis errechnet sich
dabei zu: i=R/e, bzw. anders ausgedrückt ist der Übersetzungswert gleich der
Anzahl der Rollen. Pro Umdrehung der Exzenterwellen (20, 21) wird also jeweils ein
Vorschub von einer Kettenteilung erreicht.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der gesamten Übertragungskinematik
anhand von vier Zahnsegmenten (8, 9, 10, 11). Vorzugsweise wird man beim Bagger-
bzw. Krandrehwerksantrieb vier Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) verwenden, um eine
größeren Übertragungswinkel (µ) zu gewährleisten. Wie in Fig. 11 dargestellt,
greifen ja die Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) nicht über den gesamten Umfang ein - was
auch technisch nicht realisierbar wäre bei diesen großen Durchmessern - sondern nur
in einem Bereich (1) einer Zahnsegmentlänge. Damit trotzdem ein kontinuierlicher
Antrieb gewährleistet ist, müssen die Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) ständig mit der
Rollenkette (18) od. dgl. in Berührung stehen, abgesehen vom nötigen Flankenspiel
in bestimmten Eingriffsbereichen. Befindet sich das Getriebe (22) außerhalb des
Großwälzlagers (7), wie in Fig. 11, beträgt der Teilkreisdurchmesser der Segmente
(8, 9, 10, 11) das Maß (R+e), bzw. (R-e) wenn sich das Getriebe (22), wie bereits
erwähnt, innerhalb des Großwälzlagers (7) befindet. In jedem Fall ist die
Übersetzung (R/e), welche bei den real vorkommenden Durchmesserbereichen ca.
1 : 100 beträgt, es kann also unmittelbar mit den Hydraulikmotoren (12, 13) oder
mittels Elektromotoren (23) mit einer geringen Untersetzung eingetrieben werden.
Die Punkte (a, b, c, d) in der Fig. 11 im Zentrum des Teilkreises (18) entsprechen
exakt den Punkten (a, b, c, d) welche außerhalb des Teilkreises (18) liegen und stellen
die Exzentermittelpunkte der Antriebsexzenter dar, welche Kreise mit dem Radius
(e) beschreiben.
Damit sind nur einige Beispiele im Rahmen des Erfindungsgedankens beschrieben,
wobei auf Basis der Erfindungsidee noch viele weitere Varianten denkbar wären.
Z.B. ist es natürlich auch möglich anstelle einer Rollenkette (18) eine herkömmliche
Stirnradverzahnung für den Antrieb zu verwenden. Die Zahnformen sehen dann
natürlich anders aus als in den Fig. 7, 8, 9 dargestellt, auch wäre dann der Vorteil der
alleinigen Rollreibung nicht mehr gegeben. Die Herstellung der Zahnform erfolgt
üblicherweise mittels eines Computerprogrammes, wobei nach Eingabe der
Parameter die NC-Daten automatisch generiert werden und somit die Zahnsegmente
(8, 9, 10, 11) mittels einer NC-Maschine leicht hergestellt werden können.
Eine weitere Variante wäre, die anzutreibenden Elemente, Rollenkette usw. nicht
direkt am Großwälzlager (7) zu placieren, sondern in der Nähe davon, z. B. direkt am
Unterwagen oder der Kransäule. Für besonders große Leistungen wäre es auch
denkbar mehr als zwei Antriebswellen (20, 21) vorzusehen. Ferner besteht auch die
Möglichkeit mehrere Antriebseinheiten (22) am Umfang des Großwälzlagers (7)
verteilt vorzusehen.
Schließlich sei noch über einige Anwendungsfälle gesprochen. Die
erfindungsgemäße Schwenk- bzw. Dreheinrichtung kann nicht nur für Raupen- und
Radbagger sowie für Krane Verwendung finden, sondern auch für den Geschützturm
an Panzerfahrzeugen und zum Schwenken großer Radarteleskope.
Claims (9)
1. Bagger oder Kran, bestehend aus einem Oberwagen und einem Unterwagen oder
einer Drehbühne und einem Portal, welche mittels eines Großwälzlagers drehbar
miteinander verbunden sind und zur Durchführung der Schwenk- bzw.
Drehbewegung ein hydraulisch oder elektrisch betriebenes Drehwerk aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Drehwerk wenigstens ein Getriebe (22) aufweist,
dessen Gehäuse mit den Motoren (12, 13, 23) am Oberwagen bzw. an der
schwenkbaren Drehbühne (2, 16) befestigt ist, daß das Getriebe (22) wenigstens drei
übereinander angeordnete Zahn- bzw. Antriebssegmente (8, 9, 10, 11) aufweist,
welche eine Parallelkurbelbewegung durch zwei Exzenterwellen (20, 21) mit der
Exzentrizität (e) ausführen und sich alle Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) ständig im
Eingriff mit einem, den Außen- oder Innenring (7a, 7b) des Großwälzlagers (7) starr
umfassenden Rollenringes, in Form einer Rollenkette (18), eines Rollenkranzes (14)
oder dgl., befinden, daß der Umfang des Exzenterkreises (46) mit dem Radius (e)
exakt der Rollen- bzw. Zahnteilung entspricht, daß das Profil (43) der Zahnsegmente
(8, 9, 10, 11) durch die Hüllkurve (44, 45) gebildet wird, welche durch Entlangführen
des Mittelpunktes einer Rolle (19) des Rollenringes entlang der durch Abrollen des
Exzenterkreises (46) mit dem Radius (e) am Teilkreis des Rollenringes gebildeten
Epizykloide (47) entsteht, und daß die Länge der 2·π/n - phasenverschoben
arbeitenden Zahnsegmente (8, 9, 10, 11), bzw. die Anzahl der Zähne pro Zahnsegment
(8, 9, 10, 11) in Relation zum Teilkreis des Rollenringes so gewählt wird, daß der
minimale Übertragungswinkel (µ) des Getriebes (22) den Wert von ca. 40° nicht
unterschreitet.
2. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in parallelen
Ebenen arbeitenden Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) in radialer Richtung innerhalb oder
außerhalb des Großwälzlagers (7) angeordnet sind.
3. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rollenkranz
(14) mit Hilfe von zwei Trägerringen (15, 15a) am Innenring (7b) des
Großkugellagers (7) befestigt ist, wobei der Innenring (7b) mit denselben den
Rollenkranz (14) haltenden Schrauben (38) am Unterwagen (3) festklemmbar ist.
4. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die um den
Außenring (7a) des Großkugellagers (7) gespannte Rollenkette (18) unter
Zwischenlegen einer elastischen Gummiunterlage (30) am Außenring (7a) anliegt
und mittels Anschlagelementen (31, 31a) am Verschieben in Umfangsrichtung
gehindert ist.
5. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
hydraulischen Druck- und Rücklaufleitungen der Hydraulikmotore (12, 13) jeweils
in eine gemeinsame Leitung münden, die Motoren (12, 13) also parallel geschaltet
sind.
6. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Exzenterwellen (20, 21) Gleichlaufeinrichtungen in Form von Kettentrieben,
Zahnrädern und dgl. aufweisen.
7. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung
(43) der Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) um den Betrag t/n (n . . . Anzahl der
Zahnsegmente) in Teilkreisrichtung pro benachbartem Segment verschoben ist.
8. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Exzenterwellen (20, 21) die Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) in einem rechten Winkel zur
Bewegungsebene durchsetzend ausgebildet sind und die Exzenter (26, 27, 28, 29) mit
außenliegenden Wälzlagern von den Exzenterwellen (20, 21) gleichzeitig angetrieben
werden.
9. Bagger oder Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Teilkreisradius der Verzahnung (43) der Zahnsegmente (8, 9, 10, 11) je nach Position
des Getriebes (22) zum Großwälzlager (7) einmal (R+e) beträgt (außenliegend) oder
(R-e) (innenliegend)(R . . . Radius des Rollenkranzes (14) oder der Rollenkette (18)).
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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