DE4331777C2

DE4331777C2 - Weitwinkel-Schwenkantrieb für den Grundausleger einer Lademaschine

Info

Publication number: DE4331777C2
Application number: DE19934331777
Authority: DE
Inventors: Hans Schaeff
Original assignee: Schaeff Karl & Co GmbH
Current assignee: Schaeff Karl & Co GmbH
Priority date: 1993-09-18
Filing date: 1993-09-18
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2013-09-19
Also published as: DE4331777A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkantrieb für einen auf einer waagerechten Schwenkachse einer Lademaschine, eines Wippkrans oder dergleichen Arbeitsgerätes gelagerten Grundausleger, der zwischen einer vorwärts geneigten Anfangsstellung und einer über die Lademaschine rückwärts geneigten Endstellung durch mindestens je einen vorderen und einen hinteren Zylinder ein stellbar ist, die einenends am Grundausleger angreifen und anderenends an vor bzw. hinter der Schwenkachse angeordneten Lagerstellen der Lademaschine angelenkt sind.

Zum wirtschaftlichen Einsatz einer Lademaschine beim Stapeln, Sortieren und Umschlagen z. B. von Schrott, Abfällen oder Rund hölzern ist vor allem eine große Reichweite erforderlich. Maßgebend für diese ist der Schwenkwinkel des Grundauslegers zwischen seinen rückwärts und vorwärts geneigten Endstellungen, wenn man von zusätzlichen Möglichkeiten zur Erweiterung des Arbeitsbereiches absieht, wie einem mehrgliedrigen falt- und streckbaren Auslegersystem oder einem am Grundausleger ange schlossenen Teleskoparm. Obwohl sich der Schwenkwinkel des Grundauslegers durch Wahl der Bemessung und Anlenkung seines Schwenkzylinders in Grenzen variieren läßt, ist der mit einem Zylinderantrieb erreichbare Schwenkwinkel aufgrund kinemati scher Voraussetzungen auf etwa 90° beschränkt, weil bei noch größeren Winkeln ungünstige Kraftangriffsverhältnisse entste hen. Da ein Zylinderantrieb auf den Grundausleger sowohl in der rückwärtigen als auch in der vorderen Endstellung ausreichend hohe Verstellkräfte ausüben muß, kommt sein größtes Hubmoment dann zur Wirkung, wenn sich der Grundausleger in der Mitte seines Schwenkwinkels befindet, wobei er dann gewöhnlich etwa senkrecht steht. Daraus folgt, daß das Hubmoment in Richtung auf die vordere Endstellung des Grundauslegers abnimmt, obwohl mit der sich dabei vergrößernden Ausladung das Lastmoment zu nimmt. Als Abhilfe wird man entweder den Zylinder überdimen sionieren, oder man ist bei einem kleineren Zylinder gezwungen, nur mit einer geringeren Ausladung oder entsprechend geringeren Nutzlasten zu arbeiten.

Aus der CH-PS 354 229 ist ein Auslegerkran bekannt, dessen durch Knickstreben gebildeter Ausleger mittels mehrerer Hydraulikzylinder verschwenkt und in der jeweiligen Einstellung fixiert wird. Gemäß Fig. 3 sind als Ausleger zwei zueinander feste, parallele Streben mittels fluchtender waagerechter Gelenkachsen auf einer drehbaren Plattform gelagert. Jeder Strebe ist ein vorderer und ein hinterer Zylinder zugeordnet, die einenends an der Strebe angreifen und anderenends an der Plattform vor bzw. hinter der Gelenkachse und mit dieser auf gleicher Höhe angeordnete Lagerstellen aufweisen. Der Ausleger läßt sich aus seiner auf der Plattform senkrechten Stellung, in der die vorderen und hinteren Zylinder unter gleich großen, entgegengesetzten Neigungswinkeln an der jeweiligen Strebe angreifen, durch Betätigen der Zylinder in vorwärts oder rückwärts geneigte Schrägstellungen schwenken. Jedoch ist der mit dieser Anordnung größtmögliche Gesamtschwenkwinkel des Aus legers so klein, daß zur Erzielung eines brauchbaren Winkel wertes von etwa 90° aufwendige, verschleißanfällige Teleskop zylinder angewendet werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwenkantrieb der eingangs angegebenen Art dahingehend auszugestalten und zu verbessern, daß bei Erzielung eines größtmöglichen Schwenkwinkels des Grundauslegers in jeder Winkelstellung das durch die Hydraulik zylinder auf den Grundausleger ausübbare Drehmoment weitgehend dem maximalen Lastmoment gleicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Aufgrund dieses Vor schlages hat der vordere Zylinder oder ein vorderes Zylinder paar in der Anfangsstellung des Grundauslegers in Anpassung an die weiteste Ausladung bzw. das größte Lastmoment seinen besten Hebelarm zur Auslegerschwenkachse. Gleichzeitig ist in dieser Stellung des Grundauslegers der hintere Zylinder oder ein zweites Zylinderpaar nur noch mit seinem schlechtesten, z. B. gegen Null gehenden Hebelarm wirksam, weil dann die Zylinder längsachse mit der Richtung des Abstandes zwischen der Schwenk achse und der Lagerstelle dieses Zylinders zusammenfällt oder sich diesem Abstand annähert. In der beispielsweise dem klein sten Lastmoment entsprechenden rückwärts geneigten Endstellung des Grundauslegers sind die Hebelverhältnisse umgekehrt, d. h. der vordere Zylinder wirkt dann nur noch mit seinem kleinsten, gegebenenfalls auf Null reduzierten Hebelarm und der hintere Zylinder mit seinem größten Hebelarm auf den Grundausleger. Da sich die vorderen und hinteren Zylinder mit ihren Arbeitsbe reichen bzw. mit dem Verlauf ihrer jeweils in den Anfangs- und Endstellungen auf den Grundausleger ausgeübten maximalen Hubmo mente überlagern, lassen sich durch geeignete Wahl der Zylin derlängen und ihrer Anlenkstellen an der Lademaschine bzw. am Grundausleger problemlos große Schwenkwinkel im Bereich von 120° + 20°/30° erzielen.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform, bei welcher der Schwenkwinkel des Grundauslegers etwa 120° beträgt, können die Abstände der vorderen und hinteren Lagerstellen der Zylinder von der Schwenkachse etwa rechtwinklig aufeinanderstehen. Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß der Abstand der Schwenkachse von der vorderen Lagerstelle größer ist als der von der hinteren Lagerstelle. Damit erreicht man in günsti ger Abstimmung mit vorgegebenen Betriebsverhältnissen, daß in der durch das größte auftretende Lastmoment beanspruchten Anfangsstellung des Grundauslegers die Kraft des vorderen Zylinders mit einem größeren Hebelarm wirkt als die Kraft des hinteren Zylinders in der Endstellung des Grundauslegers, in der das Lastmoment im allgemeinen am niedrigsten ist.

In weiterer Ausgestaltung des Schwenkantriebs gemäß der Erfin dung kann der vordere Zylinderantrieb aus einem oder zwei ein seitig wirkenden Tauchkolben- oder Plungerzylindern bestehen, die nur hydraulisch ausfahren, aber nicht hydraulisch einfah ren. Das Einfahren der vorderen Zylinder besorgt der hintere doppelt wirkend ausgeführte Zylinder zusammen mit dem Lastmo ment bzw. dem Moment, das durch das Eigengewicht der Ausleger anordnung und des Ladewerkzeuges erzeugt wird.

Wenn man zur Anwendung des erfindungsgemäßen Schwenkantriebes für einen Grundausleger zunächst dessen maximale Lastmomentkur ve ermittelt und dann durch Addition der Drehmomentkurven der nach Leistung und Anordnung ausgewählten vorderen und hinteren Zylinder eine nur knapp über der Lastmomentkure liegende Ideal-Drehmomentkurve festlegt, wird als Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß das insbesondere im hinteren Bereich des Ausleger-Schwenkwinkels abfallende Hubmoment des vorderen Zylinders durch das Hubmoment des hinteren Zylinders zu einem Gesamtauslegermoment unter Aufrechterhaltung einer das Lastmoment übersteigenden Hubmomentreserve ergänzt ist.

Ausführungsbeispiele des Schwenkantriebs nach der Erfindung sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine in einer Halle arbeitende mobile Lademaschine mit einem in rückwärtiger Endstellung befindlichen Grund ausleger und einem daran angeschlossenen teleskopi schen Ladearm, mit eingetragenen Maßen der Schwerpunk te der Bauteile für eine beispielhafte Zylinderberech nung,

Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung eines am Oberwagen der Lademaschine angelenkten gelagerten und um etwa 120° verschwenkten Grundauslegers mit seinen Verstell zylindern,

Fig. 3 ein Schaubild für den Verlauf der sich über den Schwenkwinkelbereich des Grundauslegers ändernden Lastmomentes sowie des von den Verstellzylindern er zeugten Hubmomentes bei Verschwenkung des Grundausle gers im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 1.

Entsprechend Fig. 1 besitzt eine Lademaschine 1 einen auf Rä dern fahrbaren Unterwagen 2 mit einer hydraulisch ausfahrbaren Vierpunkt-Abstützung 3, einen auf einem Drehlager 4 abgestütz ten Oberwagen 5 mit einem rückwärtigen Gegengewicht 6 und einer vorderen Lagerstelle 7 für einen Grundausleger 11, dessen Schwenkantrieb weiter unten beschrieben ist.

Der nahe dem vorderen Ende des Oberwagens gelagerte Grund ausleger 11 ist gemäß Fig. 1 zwischen einer bis zum Maschi nenende reichenden rückwärtigen Endstellung und einer vom Fahr zeug aus nach vorn geneigten Anfangsstellung verschwenkbar und durch ein oberes Gelenk 8 mit einem Ladearm 15 verbunden, an dessen vorderem Ende 18 ein Greiferwerkzeug 17 aufgehängt oder ein anderes Werkzeug angeschlossen ist. Zur Verschwenkung des Ladearms 15 dient ein am Grundausleger 11 angelenkter Zylinder 14, gegebenenfalls Zwillingszylinder. Für den Ladearm 15 ist u. a. eine waagerechte Endstellung angedeutet, die er bei in rückwärtiger Endstellung befindlichem Grundausleger 11 während Straßenfahrten einnehmen kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Schwenkantriebes für den Grundausleger 11 um seine am Ober wagen 5 angeordnete Lagerstelle 7 umfaßt zwei gleiche, zuein ander parallele Zylinder 20, die für ihr Kolbenstangen- oder Plungerende beidseitig am Grundausleger 11 und für ihr Zylin derende am Oberwagen 5 angeordnete Lagerstellen 21 bzw. 22 ha ben. Eine durch die Lagerstellen 22 der Zylinder 20 definierte Lagerachse verläuft quer zur Haupterstreckungsachse 23 des Grundauslegers. In der mit unterbrochenen Linien gezeigten rückwärtigen Endstellung des Grundauslegers 11 (Pos. c) ver laufen die dann ausgefahrenen Zwillingszylinder 20 parallel zu der Haupterstreckungsachse 23 sowie durch die Achse der Lager stelle 7. Der Schwenkwinkel des Grundauslegers 11 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 120°, kann jedoch auch um ca. 20° erweitert bzw. um ca. 30° verringert sein. In der in Fig. 2 mit ausgezogenen Linien gezeigten vorderen Anfangsstellung des Grundauslegers 11 (Pos. a) verlaufen die in eingefahrenem Zu stand befindlichen Zwillingszylinder 20 senkrecht zum Abstand La ihrer Lagerstellen 22 von der Lagerstelle 7 und üben in die ser Stellung das größte Drehmoment auf den Grundausleger 11 aus.

Um den Grundausleger 11 aus seiner rückwärtigen Endstellung heraus anzuheben und nach vorn zu schwenken, ist ein Einzel zylinder oder ein Zylinderpaar 24 mit seinem Zylinderende an eine Lagerstelle 25 am Oberwagen und mit seinem Kolbenstangen ende an eine Lagerstelle 26 am Grundausleger angeschlossen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Lagerstelle 25 im Abstand lc von der Lagerstelle 7 auf einer durch diese verlau fenden und auf der Haupterstreckungsachse 23 des in seiner rückwärtigen Endstellung befindlichen Grundauslegers 11 senk recht stehenden Linie. Der eingefahrene Einzelzylinder 24 steht in der rückwärtigen Endstellung des Grundauslegers 11 senkrecht auf dem Abstand lc und übt dann sein größtes Drehmoment auf den Grundausleger aus.

In Fig. 2 sind auch die auf den bei halbem Gesamtschwenkwinkel und dabei etwa senkrecht stehenden Grundausleger 11 (Pos. b) wirkenden Drehmomente durch die eingezeichneten Hebelarme Lb für die Zwillingszylinder 20 sowie lb für den Einzelzylinder 24 eingezeichnet. Die Kraft des Einzelzylinders 24 genügt, um den Grundausleger 11 bis zur Senkrechtstellung aufwärts zu bewegen, und weil danach der Grundausleger mit Ladearm 15 und Werkzeug 17 aufgrund des Eigengewichts selbsttätig weiter vorwärts schwenken, benötigen die Zwillingszylinder 20 keine Doppelwir kung und können deshalb Plunger- oder Tauchkolbenzylinder sein. In der vorderen Anfangsstellung (Pos. a) des Grundauslegers 11 ist der Einzelzylinder 24 ausgefahren, übt jedoch kein Drehmo ment mehr aus, da sein Abstand von der Lagerstelle 7 des Grund auslegers 11 Null ist.

Das Schaubild in Fig. 3 zeigt den von einer Verschwenkung des Grundauslegers 11 um 120° abhängigen Verlauf seines Lastmomen tes m_L sowie der von den Zylindern 20, 24 erzeugten Hubmomentes m_H bzw. m_E für eine Auslegerbewegung im Uhrzeigersinn unter Berücksichtigung von in Fig. 1 mit Zahlenbeispielen eingetrage nen Last- bzw. Schwerpunktabständen in m:

Die aus drei Punkten ermittelte Lastmomentenkurve m_L ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet. Die Zylinder wurden nun unter Berücksichtigung der in Fig. 2 eingetragenen Hebelarme wie folgt dimensioniert:

Das vordere Zylinderpaar 20 hat in der vorderen Anfangsstellung des Grundauslegers 11 (Pos. a) den Hebelarm La = 0,56 m. Um über eine das Mindestdrehmoment (= Lastmoment = 46,7 tm) hinausgehende Reserven zu haben, werden zwei Zylinder 20 mit je

50 t Hubkraft gewählt, zu 2 x 50 t x 0,56 m = 56 tm
Drehmoment in Position b: 2 x 50 t x 0,36 m = 36 tm
Drehmoment in Position c: 2 x 50 t x 0 m = 0 tm

Der hintere Einzelzylinder 24 ist in der rückwärtigen Endstel lung des Grundauslegers 11 (Pos. c) mit dem Hebelarm lc = 0,4 m wirksam. Um eine über das Mindestdrehmoment (= Lastmoment = 4,8 tm) hinausgehende Reserve zu haben, wird ein Einzelzylinder 24 gewählt mit 30 t Einfahrkraft oder zwei Zylinder mit je 15 t

Einfahrkraft zu 30 t x 0,4 m = 12 tm
Drehmoment in Position b: 30 t x 0,26 m = 7,8 tm
Drehmoment in Position a: 30 t x 0 m = 0 tm

In Fig. 3 entspricht die Kurve m_H dem sich über den Schwenkbe reich des Grundauslegers 11 ändernden Drehmoment des Zwillings zylinders 20, die Kurve m_E dem Verlauf des vom Einzelzylinder 24 auf den Grundausleger ausgeübten Drehmomentes, während die Kurve m_G als Gesamtauslegermoment aus der Addition der Kurven m_H und m_E entsteht und deutlich über dem unterbrochen darge stellten tatsächlichen Lastmoment m_L liegt. Der schraffierte Bereich entspricht somit dem als Sicherheit verbleibenden über schüssigen Drehmoment im Sinn einer Hubkraftreserve. Man er kennt, daß die Kurven von Gesamtauslegermoment und Lastmoment weitgehend einander angeglichen sind und dadurch die Konstruk tion der Lademaschine von Überdimensionierungen freigehalten werden kann.

Claims

1. Schwenkantrieb für einen auf einer waagerechten Schwenkachse einer Lademaschine, eines Wippkrans oder dergleichen Arbeitsge rätes gelagerten Grundausleger, der zwischen einer vorwärts ge neigten Anfangsstellung und einer über die Lademaschine rück wärts geneigten Endstellung durch mindestens je einen vorderen und einen hinteren Zylinder stufenlos einstellbar ist, die einenends am Grundausleger angreifen und anderenends an vor bzw. hinter der Schwenkachse angeordneten Lagerstellen der Lademaschine angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Zylinder (20, 24), ausgehend von auf niedrigerer Höhe als die Schwenkachse (7) angeordneten Lagerstellen (22, 25), in den Anfangs- und Endstellungen des Grundauslegers zueinander ungefähr gleiche, vorzugsweise parallele Richtungen aufweisen,
- und daß zur Angleichung des Verlaufes des von den Zylindern ausgeübten Drehmomentes an den innerhalb eines wählbaren Ausle ger-Schwenkwinkelbereiches von 120° (+20°/-30°) veränderli chen und durch Nutzlast und Gewicht von Werkzeug, Ladearm und Grundausleger entstehenden Lastmomentenverlauf der vordere Zylinder (20) in der Anfangsstellung des Grundaus legers (41) zum Abstand (La) seiner vorderen Lagerstelle (22) von der Schwenkachse (7) senkrecht verläuft oder eine diesem Verlauf angenäherte Richtung und in der Endstellung des Grundauslegers einen der Richtung dieses Abstands angenäherten oder mit diesem zusammenfallenden Verlauf aufweist, während der hintere Zylinder (24) in der Endstellung des Grund auslegers zum Abstand (lc) seiner Lagerstelle (25) von der Schwenkachse (7) senkrecht verläuft oder eine diesem Verlauf angenäherte Richtung und in der Anfangsstellung des Grundaus legers einen der Richtung dieses Abstandes (lc) angenäherten oder mit diesem zusammenfallenden Verlauf aufweist.

2. Schwenkantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (La, lc) der vorderen und hinteren Lagerstellen (22 bzw. 25) der Zylinder (20 bzw. 24) von der Schwenkachse (7) etwa rechtwinklig aufeinanderstehen.

3. Schwenkantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Abstand der Schwenkachse (7) von der vorderen La gerstelle (22) größer ist als der von der hinteren Lagerstelle (25).

4. Schwenkantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der vordere Zylinderantrieb aus einem oder zwei einseitig wirkenden Tauchkolben- und Plungerzylindern besteht.

5. Schwenkantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das insbesondere im hinteren Bereich des Ausleger-Schwenkwinkels abfallende Hubmoment (m_H) des vor deren Zylinders (20) durch das Hubmoment (m_E) des hinteren Zylinders (24) zu einem Gesamtauslegermoment (m_G) unter Auf rechterhaltung einer das Lastmoment (m_L) übersteigenden Hubmo mentreserve ergänzt ist.