EP0563513B1 - Hubwerk für Arbeitsgeräte an Ladefahrzeugen - Google Patents

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Publication number
EP0563513B1
EP0563513B1 EP93100512A EP93100512A EP0563513B1 EP 0563513 B1 EP0563513 B1 EP 0563513B1 EP 93100512 A EP93100512 A EP 93100512A EP 93100512 A EP93100512 A EP 93100512A EP 0563513 B1 EP0563513 B1 EP 0563513B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lifting
frame
rocker
lifting frame
articulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93100512A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0563513A1 (de
Inventor
Gustav Leidinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Original Assignee
O&K Orenstein and Koppel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by O&K Orenstein and Koppel GmbH filed Critical O&K Orenstein and Koppel GmbH
Publication of EP0563513A1 publication Critical patent/EP0563513A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0563513B1 publication Critical patent/EP0563513B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/34—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with bucket-arms, i.e. a pair of arms, e.g. manufacturing processes, form, geometry, material of bucket-arms directly pivoted on the frames of tractors or self-propelled machines
    • E02F3/3405—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with bucket-arms, i.e. a pair of arms, e.g. manufacturing processes, form, geometry, material of bucket-arms directly pivoted on the frames of tractors or self-propelled machines and comprising an additional linkage mechanism
    • E02F3/3411—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with bucket-arms, i.e. a pair of arms, e.g. manufacturing processes, form, geometry, material of bucket-arms directly pivoted on the frames of tractors or self-propelled machines and comprising an additional linkage mechanism of the Z-type

Definitions

  • the invention relates to a lifting mechanism with Z-kinematics for work equipment on loading vehicles, in particular for loading shovels, carrying forks, wooden tongs or the like.
  • a hoist for wheel loaders with loading buckets, carrying forks or the like is known from WO 90/06403.
  • this lifting mechanism forms Z-kinematics.
  • the rocker arm can be arranged starting from a specific position of the lifting frame at any angle to the swing arm of the front four-bar linkage on the implement side.
  • the latter is by definition parallel to the rocker arm of the rear quadrilateral at the vehicle-side end of the lifting frame, which is formed by the connecting line of the articulation points of the lifting frame and the lower coupling of the rear, vehicle-side quadrilateral.
  • the tilt cylinder is articulated with its piston rod on the free end of the lower lever arm of the rocker arm and on the other hand with its cylinder housing on the vehicle frame.
  • a coupling rod Between the free end of the upper lever arm of the rocker arm and the implement side Swing arm is articulated a coupling rod.
  • an auxiliary articulated quadrilateral consisting of a short, double-armed coupling lever and a pivot arm supporting its pivot point, which in turn is articulated on the lifting frame, is inserted.
  • the rocker arm is oriented approximately vertically in the above-mentioned neutral position of the implement, so that it takes up an angle of approximately 35 ° to 55 ° to the lift frame when it is lowered.
  • the implement Due to this angular arrangement and the relatively large angle of rotation of the rocker arm with respect to the lifting frame axis when pivoting the lifting frame from the lower to the upper end position, the implement can only be acted upon in the lower lifting frame position in the tilted state and in the upper lifting frame position in the tilted out state with the desired tearing force .
  • the reason for this is that due to the mutual angular position of the rocker arm and the lifting frame, the line of action of the rocker cylinder force is only a short distance from the pivot point of the rocker arm on the lifting frame cross member.
  • the greatest possible tearing forces are required.
  • a particularly high torque acts on the tongs when the load is dumped in the form of wooden trunks with the lifting mechanism raised.
  • the highest possible counter moment in the form of the tearing force to be exerted by the tilting cylinder should be available when dumping.
  • the double-armed rocker arm is arranged such that the upper lever arm is more than twice as long as the lower lever arm.
  • the rocker arm protrudes very far upwards and significantly hinders the driver's view of the implement.
  • the US-A 3,690,494 shows a loading device for construction vehicles, the lifting mechanism of which is also equipped with Z-kinematics and which essentially has the same structure as the St.d.T. corresponds.
  • the rocker arm is shifted on the lifting frame in such a way that its upper part is longer than its lower part. As a result, the rocker arm will raise itself disproportionately high when the mast is lifted and thus obstruct the view of the operator of the construction vehicle.
  • GB-A 894 814 relates to an ejection device for the bucket of a wheel loader.
  • the ejection device is connected via a deflection element to a rocker arm, which in turn can be actuated by a piston-cylinder element.
  • Further rocker arms are provided on the lifting frame of the wheel loader, the driver-side provided having an upper lever arm which is longer than its lower one.
  • the driver's view is also hindered here due to the selected lever ratios, in particular the rocker arm facing the driver.
  • the invention has for its object to optimize a hoist with Z-kinematics for work equipment on loading vehicles of the generic type in such a way that in addition to increasing the tear forces in the critical conditions described, the visibility for the Drivers of the loading vehicle are good in every position of the hoist.
  • the main feature is that the rocker arm is arranged at an acute angle of less than 25 ° to the lifting frame axis with a tilted position towards the vehicle frame when the lifting mechanism is lowered.
  • the lifting frame axis is to be understood here as the straight line between the vehicle-side articulation points of the lifting arms and the implement-side articulation points of the front rockers.
  • the rocker arm is arranged at a considerably smaller angle to the lifting frame axis. This "flattening" of the rocker arm brings about not only the optimization of the visibility, but also a considerable improvement in the tear forces in the critical conditions described above. In order to avoid repetition, reference is made in this connection to the exemplary embodiment, where the tear strength ratios are described in detail.
  • the "flattening" of the rocker arm makes the hoist flatter overall, it does not interfere with any towering rocker arm and the visibility on the implement is significantly improved. Furthermore, the arrangement of the rocker cylinder between the free end of the upper lever arm of the rocker arm and the swing arm on the implement side creates the possibility of designing the rocker arm with the same arm.
  • the tilt cylinder is no longer the same as the St.d.T. is arranged in the confined space between the lower lever arm of the rocker arm and the vehicle frame.
  • the rocker arm remains stationary when the tilt cylinder is actuated and therefore does not swing with its lower lever arm against the front frame.
  • the lower lever arm of the rocker arm can thus be longer and in particular of the same length as the upper lever arm.
  • This has the advantage that the coupling rod force from the rocker arm to the vehicle frame remains in the order of magnitude of the tilt cylinder force in all lifting frame positions. This does not result in increases in the internal forces of the system, as is the case with the known lifting mechanism.
  • the components of the lifting mechanism including the bearing points, which transmit the tilting cylinder forces to the vehicle frame can be dimensioned weaker.
  • the angle between the rocker arm and the lifting frame axis is preferably approximately 15 ° to 20 ° when the lifting mechanism is lowered.
  • the length ratios between the upper lever arm of the rocker arm and the implement-side rockers, on the one hand, and between the lower lever arm of the rocker arm and the mutual distance between the articulation points of the lifting frame and the coupling rod on the vehicle frame, on the other hand are each less than 1 and at least approximately the same. This requirement ensures that the implement is guided in parallel over the entire lifting range of the lifting frame.
  • the rear end of the cylinder housing protrudes beyond the free end of the upper lever arm of the rocker arm in the direction of the front frame.
  • the design and reciprocal assignment of the lifting arms, the rocker arm, the coupling rod, the rocker arm and the rocker arm on the implement side form two mirror-like - or in the case of an auxiliary quadrilateral at least approximately mirror-symmetrical - quadrilaterals, in which the mutually parallel arrangement of the implement implements through the design and mutual assignment of the lifting arms Swing and the connecting straight line of the articulation points of the lifting frame and the coupling rod a parallel displacement of the implement is guaranteed.
  • the lifting mechanism has a lifting frame 2, consisting of two parallel lifting arms 5 which are aligned with one another in a side view and are fixedly connected by cross members 3, 4. On the vehicle side, the two lifting arms 5 are articulated on the front frame 6 of the wheel loader at the upper articulation points 7.
  • the lifting frame 2 can be raised and lowered between the lower and upper end positions shown in FIGS. 1 to 3 by means of lifting cylinders (not shown) which engage the articulation points 8 on the underside of the lifting arms 5.
  • two brackets 9 extending in the direction of the lifting arms 5 are provided, between which a double-armed rocker arm 10 is articulated and can thus be pivoted relative to the lifting frame.
  • the two lever arms 11, 12 of the rocker arm 10 are of approximately the same length, so that the length ratio between the upper and lower lever arms 11, 12 of the rocker arm 10 is approximately 1: 1.
  • the rocker arm 10 is articulated approximately centrally between the lifting frame pivot point 7 and the pivot point 29 of the auxiliary rocker 26 described below.
  • the coupling rod 13 of the lifting mechanism is articulated at one end.
  • the coupling rod 13 is articulated on the front frame 6 with its vehicle-side end.
  • Your articulation point 14 is located approximately in the middle and below the horizontal connection axis between the upper articulation points 7 of the lifting arms 5.
  • the connecting line of points 7 and 14 is approximately parallel to the connecting line of the articulation point of the coupling lever 21 on the tabs 22 to the center of the two articulation points 27.
  • the coupling rod 13 runs just above the schematically indicated differential housing 15 of the axle of the front wheel 16 of the wheel loader.
  • the free end of the piston rod 20 of the tilt cylinder 18 is connected in an articulated manner to the rear end of a short, double-armed coupling lever 21, the front end of which is in turn connected in an articulated manner via tabs 22 to the crossbar 23 between the two front-side rockers 24 of the lifting mechanism.
  • the rockers 24 are approximately vertical in the horizontal neutral position of the carrying fork 1 shown in FIGS. 1 and 3. At their lower end 25, the rockers 24 are articulated to the free ends of the lifting arms 5 (articulation points 27).
  • the fulcrum 28 of the coupling lever 21 is supported by an auxiliary rocker arm 26, which in turn is articulated at its lower end to the crossbar 4 of the lifting frame 2 (articulation points 29).
  • the swing arms 24 are provided with an automatic quick-change device, not shown, by means of which the respective implement is held on the swing arms 24.
  • the lifting angle 30 of the lifting frame 2 between its lower and upper end positions is approximately 90 °.
  • the rockers 24 are arranged approximately vertically by a corresponding length adjustment of the tilt cylinder 18. This position is essentially maintained due to the parallel kinematics when lifting and lowering the lifting mechanism, the rockers 24 performing a relative rotation to the lifting frame 2 during the lifting and lowering movement, which then corresponds to a pivoting angle which is equal to the lifting angle 30.
  • the rockers 24 By pushing the piston rod 20 of the tilt cylinder 18 in and out, the rockers 24 can be pivoted between an extreme tilting position (see FIG. 2, lower lifting frame position) and an extreme tilting position (see FIG. 2, upper lifting frame position) via the auxiliary joint quadrilateral consisting of coupling lever 21 and auxiliary rocker 26 .
  • the total relative angle of rotation of the rockers 24 to the lifting frame 2 is in the range of 180 °, since when a loading shovel is used, this is in the lower or upper lifting frame position by approximately 45 ° can be tilted on or off. This can be understood from a comparison of the angular positions of the rockers 24 with respect to the lifting frame 2 in the lower and upper lifting frame positions according to FIG. 2.
  • the tilting movement of the implement is limited in relation to the lifting frame 2 in its upper lifting range by stops, and in the lower lifting range by the length of the fully extended tilting cylinder 18.
  • the tilting movement is limited by stops in the lower lifting frame position. From the so-called transport position, which is a few 100 mm above the floor, the tilting movement is then limited by the length of the fully retracted tilting cylinder 18.
  • the rocker arm 10 is arranged in the lower lifting frame position at an angle 31 of approximately 15 ° to the lifting frame axis 38 with an inclination towards the front frame 6. Since the lifting frame 2 is inclined approximately 45 ° in the lower end position, the rocker arm 10 is thus inclined approximately 60 ° in space.
  • the lifting frame axis 38 is defined by the connecting straight line between the articulation points 7, 27 of the lifting arms 5 on the front frame 6 and the rockers 24 on the lifting arms 5.
  • the rocker arm 10 When pivoting the lifting frame 2 into the upper end position, the rocker arm 10 performs a rotary movement relative to the lifting frame 2, whereby the angle between the rocker arm 10 and the lifting frame axis 38 increases to an angle 31 '(see FIG. 1, upper lifting frame position) of approximately 120 ° .
  • the tilting cylinder pivot point 32 on the rocker arm 10 is raised relative to the lifting frame 2 while the lifting frame 2 is being raised.
  • This effect is more pronounced the more the rocker arm 10 is rotated towards the lifting frame axis 38 in the lowest lifting frame position, that is, the smaller the angle 31 of the rocking lever 10 to the lifting frame axis 38 in the lowest lifting frame position.
  • This angle 31 is determined by the length dimensioning of the tilt cylinder 18 and the coupling rod 13, so that a corresponding reduction in the angle 31 can be achieved by a longer design of the two aforementioned components.
  • the effect of lifting the tilt cylinder pivot point 32 is further enhanced by the fact that the length ratio of the upper lever arm 12 of the rocker arm 10 to the rocker arms 24 is less than 1.0. The same value must then also ensure the aspect ratio between the lower lever arm 11 of the rocker arm to ensure the parallel guidance of the support fork 1 10 and the mutual distance between the articulation points 7.14 of the lifting frame 2 and the coupling rod 13 on the front frame 6.
  • the aforementioned effect of lifting the tilting cylinder pivot point 32 has the result that the longitudinal axis of the tilting cylinder 18 is increased by the angle 34 shown in the figure, starting from an angle 33 in the lower lifting frame position when the lifting frame 2 is raised.
  • the distance of the line of action of the tilt cylinder 18 from the articulation point 27 of the rockers 24 on the lifting frame 2 is thus increased in the critical states mentioned at the beginning. This goes hand in hand with the desired increase in tearing force.
  • FIG. 5 shows the corresponding tear force curve in the case of a lifting mechanism according to the invention and a conventional lifting mechanism in the upper lifting frame position.
  • the flat arrangement of the rocker arm 10 with the small angle 31 relative to the lifting frame 2 also simultaneously ensures that the lifting mechanism extends over the entire lifting range of the lifting frame 2 below that from the driver's eye point to the upper area of the implement. So, for example, the cross member 36 of the fork 1 - running viewing plane 37 remains.
  • the loading shovel when using a loading shovel instead of a carrying fork 1, the loading shovel is fastened to the rockers 24 such that in the neutral position of the lifting mechanism shown in FIG. 3, the shovel base is tilted upwards at a solid angle of approximately 25 ° to the horizontal. Therefore, in the lower lifting frame position, the loading shovel is already tilted 45 ° in the tilted state with a tilt angle of the rocker 24 of approximately 20 ° to the rear. With the same hoist position, on the other hand, a carrying fork is only tilted about 20 °.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hubwerk mit Z-Kinematik für Arbeitsgeräte an Ladefahrzeugen, insbesondere für Ladeschaufeln, Traggabeln, Holzzangen oder dgl. an Radladem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Durch die WO 90/06403 ist ein Hubwerk für Radlader mit Ladeschaufeln, Traggabeln oder dgl. bekannt. Mit seinem fahrzeugseitigen, am Fahrzeugrahmen angelenkten Hubrahmen, seinem an einer Quertraverse des Hubrahmens angelenkten und relativ zu diesem verschwenkbaren Kipphebel, seinen vorderseitigen Schwingen zur Befestigung des Arbeitsgerätes, seinem Kippzylinder und seiner Koppelstange bildet dieses Hubwerk eine Z-Kinematik. Dies bedeutet, daß in einer definierten Stellung des Arbeitsgerätes -also beispielsweise in der horizontalen Neutralstellung einer Traggabel oder in der ca. um + 25° gegenüber der Horizontalen angekippten Neutralstellung einer Ladeschaufel - sich dessen absolute Raumwinkellage beim Anheben und Absenken des Hubwerkes nicht oder nur unwesentlich in beabsichtigter Weise ändert. Diese Forderung kann beispielsweise dadurch erfüllt werden, daß die beiden durch die gegenseitige Anlenkung der einzelnen Hubwerk-Bauteile geschaffenen Gelenkvierecke jeweils als Parallelogramm ausgebildet sind. Bei dieser Ausbildung ergeben sich jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der räumlichen Gegebenheiten etwa im Hinblick auf die Anlenkung des Hubwerkes am Fahrzeugrahmen und die Optimierung der Sichtverhältnisse.
  • Diese Schwierigkeiten können zum Teil umgangen werden, indem zumindest zwei gleiche oder im geometrischen Sinne ähnliche Gelenkvierecke verwendet werden, wie dies angenähert bei dem Hubwerk gemäß der eingangs genannten Druckschrift der Fall ist.
  • Bei einem solchen Hubwerk kann der Kipphebel ausgehend von einer bestimmten Stellung des Hubrahmens in einem beliebigen Winkel zur arbeitsgeräteseitigen Schwinge des vorderen Gelenkvierecks angeordnet sein. Letztere ist definitionsgemäß parallel zur Schwinge des hinteren Gelenkvierecks am fahrzeugseitigen Ende des Hubrahmens, die von der Verbindungslinie der Anlenkpunkte des Hubrahmens und der unteren Koppel des hinteren, fahrzeugseitigen Gelenkviereckes gebildet wird.
  • Der Kippzylinder ist mit seiner Kolbenstange am freien Ende des unteren Hebelarms des Kipphebels und andererseits mit seinem Zylindergehäuse am Fahrzeugrahmen angelenkt. Zwischen dem freien Ende des oberen Hebelarmes des Kipphebels und der arbeitsgeräteseitigen Schwinge ist eine Koppelstange gelenkig eingesetzt. Es ist darauf hinzuweisen, daß zwischen dem arbeitsgeräteseitigen Ende der Koppelstange und der Schwinge ein Hilfsgelenkviereck bestehend aus einem kurzen, doppelarmigen Kopplungshebel und einer dessen Drehpunkt abstützenden, ihrerseits am Hubrahmen angelenkten Hilfsschwinge eingesetzt ist.
  • Das bekannte Hubwerk gemäß WO 90/06403 weist verschiedene Nachteile auf:
  • Der Kipphebel ist in der vorstehend erwähnten Neutralstellung des Arbeitsgerätes etwa vertikal ausgerichtet, so daß er bei abgesenktem Hubrahmen einen Winkel von ca. 35° bis 55° zu diesem einnimmt.
  • Aufgrund dieser Winkelanordnung und des relativ großen Drehwinkels des Kipphebels bezüglich der Hubrahmenachse beim Verschwenken des Hubrahmens aus der unteren in die obere Endstellung kann das Arbeitsgerät in der unteren Hubrahmenstellung im angekippten Zustand und in der oberen Hubrahmenstellung im ausgekippten Zustand nur dann mit der gewünschten Reißkraft beaufschlagt werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß aufgrund der gegenseitigen Winkelstellung des Kipphebels und des Hubrahmens die Wirklinie der Kippzylinder-Kraft nur einen geringen Abstand vom Anlenkpunkt des Kipphebels an der Hubrahmentraverse hat.
  • Gerade in kritischen Zuständen des Hubwerkes, also z.B. beim Auskippen des Arbeitsgerätes in angehobener Hubrahmenstellung und beim Ankippen des Arbeitsgerätes bei abgesenkter Hubrahmenstellung sind jedoch möglichst große Reißkräfte erforderlich. So wirkt beispielsweise im Falle einer Holzzange ein besonders hohes Drehmoment auf die Zange, wenn die Ladung in Form von Holzstämmen bei angehobenem Hubwerk ausgekippt wird. Um hier ein möglichst feinfühliges Ablegen der Ladung beispielsweise auf einem Holztransporter zu ermöglichen, sollte beim Auskippen ein möglichst hohes Gegenmoment in Form der vom Kippzylinder aufzubringenden Reißkraft zur Verfügung stehen.
  • Am Beispiel einer Ladeschaufel ist erkennbar, daß beim Ankippen in der unteren Hubrahmenstellung ebenfalls ein möglichst hohes Drehmoment zur Verfügung stehen soll, da bei dieser Bewegung das Material aus der Lagerstätte gelöst werden muß.
  • Zur Verbesserung der Drehmomentverhältnisse ist bei dem bekannten Hubwerk das bereits angesprochene Hilfsgelenkviereck vorgesehen. Trotzdem sind die Reißkraftverhältnisse weiter verbesserungsbedürftig.
  • Weiterhin ist bei dem bekannten Hubwerk der doppelarmige Kipphebel so angeordnet, daß der obere Hebelarm mehr als doppelt so lang wie der untere Hebelarm ist. Damit ragt der Kipphebel sehr weit nach oben aus und behindert erheblich die Sicht des Fahrzeugführers auf das Arbeitsgerät.
  • Die ungleichen Hebelverhältnisse haben auch zur Folge, daß eine Übersetzung der inneren Kräfte im Hubwerk stattfindet, so daß zur Erzeugung einer bestimmten Reißkraft am Arbeitsgerät aufgrund der Anordnung des Kippzylinders am kürzeren Hebelarm dieser erheblich leistungsstärker dimensioniert sein muß, als dies bei einem gleicharmigen Kipphebel der Fall wäre. Aufgrund der vorgenannten Übersetzung müssen auch die einzelnen Bauteile des Hubwerkes und die Gelenkverbindungen zwischen diesen im Bereich des kürzeren Hebelarmes stärker dimensioniert sein.
  • Der US-A 3,690,494 ist eine Ladeeinrichtung für Baufahrzeuge zu entnehmen, deren Hubwerk ebenfalls mit einer Z-Kinematik ausgerüstet ist und die vom Aufbau her im wesentlichen dem vorab angeführten St.d.T. entspricht. Der Kipphebel ist hierbei dergestalt am Hubrahmen verlagert, daß sein oberer Teil länger als sein unterer Teil ist. Demzufolge wird sich der Kipphebel beim Anheben des Hubgerüstes unverhältnismäßig hoch aufrichten und somit die Sicht der Bedienperson des Baufahrzeuges behindern.
  • Die GB-A 894 814 betrifft eine Ausstoßeinrichtung für den Kübel eines Radladers. Die Ausstoßeinrichtung ist hierbei über ein Umlenkelement mit einem Kipphebel verbunden, der wiederum durch ein Kolben-Zylinder-Element betätigbar ist. Am Hubgerüst des Radladers sind weitere Kipphebel vorgesehen, wobei der fahrerseitig vorgesehene einen oberen Hebelarm aufweist, der länger ist als sein unterer. Analog zur US-A 3,690,494 wird beim Hochfahren des Hubgerüstes auch hier, infolge der gewählten Hebelverhältnisse, insbesondere des dem Fahrer zugewandten Kipphebels, die Sicht des Fahrers behindert.
  • Ausgehend vom St.d.T. nach der US-A 3,690,494 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hubwerk mit Z-Kinematik für Arbeitsgeräte an Ladefahrzeugen der gattungsgemäßen Art derart zu optimieren, daß neben einer Erhöhung der Reißkräfte in den geschilderten kritischen Zuständen die Sichtverhältnisse für den Fahrer des Ladefahrzeuges in jeder Stellung des Hubwerkes gut sind.
  • Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Tragendes Merkmal dabei ist, daß der Kipphebel bei abgesenktem Hubwerk in einem spitzen Winkel von kleiner als 25° zur Hubrahmenachse mit einer zum Fahrzeugrahmen hin geneigten Stellung angeordnet ist. Unter der Hubrahmenachse ist dabei die Verbindungsgerade zwischen den fahrzeugseitigen Anlenkungspunkten der Hubarme und den arbeitsgeräteseitigen Anlenkungspunkten der vorderen Schwingen zu verstehen. Im Vergleich zu den bekannten Hubwerken ist der Kipphebel in einem erheblich kleineren Winkel zur Hubrahmenachse angeordnet. Dieses "Flachlegen" des Kipphebels bewirkt neben der Optimierung der Sichtverhältnisse auch eine erhebliche Verbesserung der Reißkräfte in den vorstehend geschilderten kritischen Zuständen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird in diesem Zusammenhang auf das Ausführungsbeispiel verwiesen, wo die Reißkraftverhältnisse eingehend beschrieben sind. Andererseits wird das Hubwerk durch das "Flachlegen" des Kipphebels insgesamt flacher, es stört damit kein aufragender Kipphebel und die Sichtverhältnisse auf das Arbeitsgerät werden erheblich verbessert. Weiterhin wird durch die Anordnung des Kippzylinders zwischen dem freien Ende des oberen Hebelarmes des Kipphebels und der arbeitsgeräteseitigen Schwinge die Möglichkeit geschaffen, den Kipphebel gleicharmig auszubilden.
  • Dies beruht insbesondere darauf, daß der Kippzylinder nicht mehr wie beim St.d.T. in dem beengten Raumbereich zwischen dem unteren Hebelarm des Kipphebels und dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist. Überdies bleibt der Kipphebel dadurch beim Betätigen des Kippzylinders ortsfest und schwingt daher nicht mit seinem unteren Hebelarm gegen den Vorderrahmen. Damit kann der untere Hebelarm des Kipphebels länger und insbesondere gleichlang wie der obere Hebelarm ausgebildet sein. Dies wiederum bringt den Vorteil, daß die Koppelstangenkraft vom Kipphebel zum Fahrzeugrahmen in allen Hubrahmenstellungen in der Größenordnung der Kippzylinderkraft bleibt. Damit ergeben sich keine Erhöhungen der inneren Kräfte des Systems, wie es bei dem bekannten Hubwerk der Fall ist. Dadurch können die die Kippzylinderkräfte auf den Fahrzeugrahmen übertragenden Bauteile des Hubwerkes einschließlich der Lagerstellen schwächer dimensioniert werden.
  • Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen dem Kipphebel und der Hubrahmenachse bei abgesenktem Hubwerk etwa 15° bis 20°.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind die Längenverhältnisse zwischen dem oberen Hebelarm des Kipphebels und den arbeitsgeräteseitigen Schwingen einerseits sowie zwischen dem unteren Hebelarm des Kipphebels und dem gegenseitigen Abstand der Anlenkpunkte des Hubrahmens und der Koppelstange am Fahrzeugrahmen andererseits jeweils kleiner als 1 und einander zumindest annähernd gleich. Durch diese Maßgabe wird sichergestellt, daß das Arbeitsgerät über den gesamten Hubbereich des Hubrahmens parallel geführt wird.
  • Das rückwärtige Ende des Zylindergehäuses ragt einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß über das freie Ende des oberen Hebelarmes des Kipphebels in Richtung zum Vorderrahmen hinaus.
  • Zusammenfassend bildet das erfindungsgemäße Hubwerk durch die Ausgestaltung und gegenseitige Zuordnung der Hubarme, des Kipphebels, der Koppelstange, des Kippzylinders und der arbeitsgeräteseitigen Schwinge in Seitenansicht zwei spiegelgleiche - oder bei vorhandenem Hilfsgelenkviereck zumindest angenähert spiegelgleiche - Gelenkvierecke, bei denen durch die gegenseitig parallele Anordnung der arbeitsgeräteseitigen Schwingen und der Verbindungsgeraden der Anlenkpunkte des Hubrahmens und der Koppelstange eine Parallelverschiebung des Arbeitsgerätes gewährleistet ist.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert wird. Es zeigen:
    • Figur 1 -
    eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hubwerkes in unterer bzw. oberer Endstellung des Hubrahmens und mit dem Arbeitsgerät in Neutralstellung,
    Figur 2 -
    eine schematische Seitenansicht des Hubwerkes gemäß Figur 1 mit angekipptem Arbeitsgerät in unterer Hubrahmen-Endstellung und ausgekipptem Arbeitsgerät in oberer Hubrahmen-Endstellung,
    Figur 3 -
    eine detaillierte Seitenansicht des Hubwerkes gemäß Figur 1 in unterer Hubrahmen-Endstellung, Mittelstellung des Hubrahmens und oberer Hubrahmen-Endstellung, jeweils mit dem Arbeitsgerät in Neutralstellung, und
    Figur 4 bzw. 5 -
    Diagramme der Reißkraft in Abhängigkeit der Winkelstellung des Arbeitsgerätes zur Fahrebene (Raumwinkel) in unterer bzw. oberer Hubrahmen-Endstellung.
  • In den Figuren 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes Hubwerk für eine Traggabel 1 eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Radladers gezeigt. Das Hubwerk weist einen Hubrahmen 2, bestehend aus zwei in Seitenansicht miteinander fluchtenden, parallelen, durch Quertraversen 3,4 fest verbundenen Hubarmen 5 auf. Fahrzeugseitig sind die beiden Hubarme 5 am Vorderrahmen 6 des Radladers an den oberen Anlenkpunkten 7 angelenkt. Mittels nicht dargestellter Hubzylinder, die an den Anlenkpunkten 8 an der Unterseite der Hubarme 5 angreifen, ist der Hubrahmen 2 zwischen den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten unteren und oberen Endstellungen heb- und senkbar.
  • An der mittigen Haupt-Quertraverse 3 sind zwei in Richtung der Hubarme 5 verlaufende Laschen 9 vorgesehen, zwischen denen ein doppelarmiger Kipphebel 10 angelenkt und damit relativ zum Hubrahmen verschwenkbar ist. Die beiden Hebelarme 11,12 des Kipphebels 10 sind etwa gleich lang ausgebildet, so daß das Längenverhältnis zwischen dem oberen und unteren Hebelarm 11,12 des Kipphebels 10 etwa 1:1 beträgt. Bezogen auf die Länge des Hubrahmens 2 ist der Kipphebel 10 etwa mittig zwischen dem Hubrahmenanlenkpunkt 7 und dem weiter unten beschriebenen Anlenkpunkt 29 der Hilfsschwinge 26 angelenkt.
  • Am freien Ende des unteren Hebelarmes 11 ist mit ihrem einen Ende die Koppelstange 13 des Hubwerkes angelenkt. Mit ihrem fahrzeugseitigen Ende ist die Koppelstange 13 am Vorderrahmen 6 angelenkt. Ihr Anlenkpunkt 14 liegt dabei etwa mittig und unterhalb der horizontalen Verbindungsachse zwischen den oberen Anlenkpunkten 7 der Hubarme 5. Die Verbindungslinie der Punkte 7 und 14 ist dabei annähernd parallel zur Verbindungslinie des Anlenkpunktes des Kopplungshebels 21 an den Laschen 22 zur Mitte der beiden Anlenkpunkte 27. Die Koppelstange 13 verläuft dabei knapp oberhalb des schematisch angedeuteten Differentialgehäuses 15 der Achse des Vorderrades 16 des Radladers.
  • Das in Form von zwei miteinander fluchtenden Laschen ausgebildete freie Ende des oberen Hebelarmes 12 des Kipphebels 10 hält gelenkig zwischen sich das Zylindergehäuse 17 des Kippzylinders 18, der somit die obere Koppelstange des Hubwerkes darstellt. Das rückwärtige Ende 19 des Zylindergehäuses 17 ragt dabei in Richtung zum Vorderrahmen 6 über das freie Ende des oberen Hebelarmes 12 des Kipphebels 10 hinaus.
  • Das freie Ende der Kolbenstange 20 des Kippzylinders 18 ist gelenkig mit dem hinteren Ende eines kurzen, doppelarmigen Kopplungshebels 21 verbunden, dessen vorderes Ende wiederum gelenkig über Laschen 22 mit der Quertraverse 23 zwischen den beiden vorderseitigen Schwingen 24 des Hubwerkes verbunden ist. Die Schwingen 24 stehen in der in Figur 1 und 3 gezeigten horizontalen Neutralstellung der Traggabel 1 etwa senkrecht. An ihrem unteren Ende 25 sind die Schwingen 24 an den freien Enden der Hubarme 5 angelenkt (Anlenkpunkte 27).
  • Der Drehpunkt 28 des Kopplungshebels 21 ist über eine Hilfsschwinge 26 abgestützt, die an ihrem unteren Ende wiederum an der Quertraverse 4 des Hubrahmens 2 angelenkt ist (Anlenkpunkte 29).
  • Die Schwingen 24 sind mit einer nicht näher dargestellten automatischen Schnellwechselvorrichtung versehen, mittels der das jeweilige Arbeitsgerät an den Schwingen 24 gehalten ist.
  • Anhand der Figuren 1 bis 3 werden die Winkelverhältnisse bei dem erfindungsgemäßen Hubwerk mit Z-Kinematik deutlich:
  • Der Hubwinkel 30 des Hubrahmens 2 zwischen seiner unteren und oberen Endstellung beträgt etwa 90°. Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Verschwenkung des Hubrahmens 2 mit dem Arbeitsgerät in Form einer Traggabel 1 in Neutralstellung - d.h. die Gabel ist horizontal gestellt - sind die Schwingen 24 durch eine entsprechende Längeneinstellung des Kippzylinders 18 annähernd vertikal angeordnet. Diese Position wird aufgrund der Parallelkinematik beim Anheben und Absenken des Hubwerkes im wesentlichen beibehalten, wobei die Schwingen 24 bei der Heb- und Senkbewegung eine Relativdrehung zum Hubrahmen 2 vollführen, die dann einem Schwenkwinkel entspricht, der gleich dem Hubwinkel 30 ist.
  • Durch das Ein- und Ausschieben der Kolbenstange 20 des Kippzylinders 18 sind die Schwingen 24 über das Hilfsgelenkviereck aus Kopplungshebel 21 und Hilfsschwinge 26 zwischen einer extremen Ankippstellung (siehe Figur 2, untere Hubrahmenstellung) und einer extremen Auskippstellung (siehe Figur 2, obere Hubrahmenstellung) verschwenkbar. Der gesamte relative Drehwinkel der Schwingen 24 zum Hubrahmen 2 liegt dabei im Bereich von 180°, da bei Verwendung einer Ladeschaufel diese in der unteren bzw. oberen Hubrahmenstellung um ca. 45° an- bzw. auskippbar ist. Dies ist anhand eines Vergleiches der Winkelstellungen der Schwingen 24 bezüglich des Hubrahmens 2 in der unteren und oberen Hubrahmenstellung gemäß Figur 2 nachvollziehbar. Die Auskippbewegung des Arbeitsgerätes wird gegenüber dem Hubrahmen 2 in dessen oberen Hubbereich durch Anschläge, im unteren Hubbereich durch die Länge des ganz ausgefahrenen Kippzylinders 18 begrenzt. Die Ankippbewegung wird in der unteren Hubrahmenstellung durch Anschläge begrenzt. Ab der sogenannten Transportstellung, die einige 100 mm über dem Boden liegt, wird die Ankippbewegung dann durch die Länge des ganz eingefahrenen Kippzylinders 18 begrenzt.
  • Durch die Dimensionierung des Kippzylinders 18 und der Koppelstange 13 ist der Kipphebel 10 in der unteren Hubrahmenstellung in einem Winkel 31 von ca. 15° zur Hubrahmenachse 38 mit einer Neigung zum Vorderrahmen 6 hin angeordnet. Da der Hubrahmen 2 in der unteren Endstellung etwa 45° geneigt ist, ist der Kipphebel 10 damit etwa 60° im Raum geneigt angeordnet. Die Hubrahmenachse 38 ist durch die Verbindungsgerade zwischen den Anlenkpunkten 7,27 der Hubarme 5 am Vorderrahmen 6 und der Schwingen 24 an den Hubarmen 5 definiert.
  • Beim Hochschwenken des Hubrahmens 2 in die obere Endstellung vollführt der Kipphebel 10 eine Drehbewegung relativ zum Hubrahmen 2, womit sich der Winkel zwischen dem Kipphebel 10 und der Hubrahmenachse 38 auf einen Winkel 31' (siehe Figur 1, obere Hubrahmenstellung) von etwa 120° vergrößert.
  • Aufgrund der vorstehend erörterten Winkelverhältnisse des Kipphebels 10 relativ zum Hubrahmen 2 und der relativen Drehbewegung dieser beiden Bauteile zueinander wird während des Anhebens des Hubrahmens 2 der Kippzylinderanlenkpunkt 32 am Kipphebel 10 relativ zum Hubrahmen 2 angehoben. Dieser Effekt kommt um so stärker zum Tragen, je stärker der Kipphebel 10 in der untersten Hubrahmenstellung zur Hubrahmenachse 38 hin gedreht ist, also je geringer der Winkel 31 des Kipphebels 10 zur Hubrahmenachse 38 in der untersten Hubrahmenstellung ist. Dieser Winkel 31 wird durch die Längendimensionierung des Kippzylinders 18 und der Koppelstange 13 bestimmt, so daß eine entsprechende Verringerung des Winkels 31 durch eine längere Ausbildung der beiden vorgenannten Bauteile erreichbar ist. Der Effekt des Anhebens des Kippzylinderanlenkpunktes 32 wird zusätzlich dadurch verstärkt, daß das Längenverhältnis des oberen Hebelarms 12 des Kipphebels 10 zu den Schwingen 24 kleiner als 1,0 ausgeführt wird. Den gleichen Wert muß zur Gewährleistung der Parallelführung der Traggabel 1 dann auch das Längenverhältnis zwischen dem unteren Hebelarm 11 des Kipphebels 10 und dem gegenseitigen Abstand der Anlenkpunkte 7,14 des Hubrahmens 2 und der Koppelstange 13 am Vorderrahmen 6 annehmen.
  • Der vorgenannte Effekt des Anhebens des Kippzylinderanlenkpunktes 32 hat zur Folge, daß die Längsachse des Kippzylinders 18 ausgehend von einem Winkel 33 in der unteren Hubrahmenstellung beim Hochfahren des Hubrahmens 2 um den in Figur eingezeichneten Winkel 34 vergrößert wird. Damit ist der Abstand der Wirklinie des Kippzylinders 18 vom Anlenkpunkt 27 der Schwingen 24 am Hubrahmen 2 in den eingangs genannten kritischen Zuständen vergrößert. Damit geht die gewünschte Reißkrafterhöhung einher.
  • Konkret ist dieser Effekt anhand der qualitativen Reißkraftdiagramme gemäß den Figuren 4 und 5 erläuterbar. In Figur 4 sind Reißkraftkurven in der unteren Hubrahmenstellung gezeichnet, die durchgezogene Kurve stellt den Reißkraftverlauf in Abhängigkeit des in Figur 2 eingezeichneten Raumwinkels 35 des Arbeitsgerätes (z.B. Ladeschaufel) des erfindungsgemäßen Hubwerkes dar. Die gestrichelte Kurve zeigt den Reißkraftverlauf bei einem herkömmlichen, entsprechend dimensionierten Hubwerk nach dem St.d.T. Aus einem Vergleich der beiden Kurven ist erkennbar, daß bei positiven Raumwinkeln 35 - dies entspricht einem Ankippen des Arbeitsgerätes - die Reißkraft bei dem erfindungsgemäßen Hubwerk gegenüber der bei dem Hubwerk nach dem St.d.T. deutlich erhöht ist. Der Unterschied beträgt maximal etwa 15 % bis 20 %. Die Reißkrafterhöhung in der Endlage, d.h. bei gang angekipptem Arbeitsgerät beträgt bis zu 50 %.
  • Der Reißkrafterhöhung beim Ankippen steht eine Reißkrafternieddgung bei negativen Raumwinkeln 35 - dies entspricht dem Auskippen des Arbeitsgerätes - gegenüber. In diesen Winkelbereichen sind jedoch erhöhte Reißkräfte im praktischen Einsatz nicht mehr erforderlich, da hier beispielsweise in der Erdbewegung keine Erdmaterial mehr gelöst werden muß und bei Ladeeinsätzen die äußeren Lastmomente deutlich unter den vom Hubwerk aufzubringenden Drehmomenten liegen.
  • Figur 5 zeigt den entsprechenden Reißkraftverlauf bei einem erfindungsgemäßen und einem herkömmlichen Hubwerk in der oberen Hubrahmenstellung. Daraus wird deutlich, daß bei negativen Raumwinkeln 35 - dies entspricht einem Auskippen des Arbeitsgerätes - wiederum die Reißkraft beim erfindungsgemäßen Hubwerk deutlich gegenüber der mit dem herkömmlichen Hubwerk erreichbaren Werten erhöht ist. Dabei wird wiederum eine Erniedrigung der Reißkraft bei positiven Raumwinkeln 35 - dies entspricht einem Ankippen des Arbeitsgerätes - hingenommen. Die Erhöhung der Reißkraft bei negativen Raumwinkeln liegt wiederum bei 15 % bis 20 % gegenüber den Reißarbeitswerten, die mit einem herkömmlichen Hubwerk entsprechender Dimensionierung erreichbar sind. Die Reißkrafterhöhung bei ganz ausgekipptem Arbeitsgerät beträgt bis zu 30 %.
  • Wie aus Figur 3 deutlich wird, wird durch die flache Anordnung des Kipphebels 10 mit dem geringen Winkel 31 gegenüber dem Hubrahmen 2 gleichzeitig auch erreicht, daß das Hubwerk über den gesamten Hubbereich des Hubrahmens 2 unterhalb der vom Augpunkt des Fahrzeugführers zum oberen Bereich des Arbeitsgerätes - also beispielsweise der Querholm 36 der Traggabel 1 - verlaufenden Sichtebene 37 verbleibt.
  • Anschließend ist darauf hinzuweisen, daß bei Verwendung einer Ladeschaufel statt einer Traggabel 1 die Ladeschaufel derart an den Schwingen 24 befestigt wird, daß in der in Figur 3 gezeigten Neutralstellung des Hubwerkes der Schaufelboden in einem Raumwinkel von etwa 25° zur Horizontalen nach oben angekippt ist. Daher ist in der unteren Hubrahmenstellung die Ladeschaufel im angekippten Zustand bei einem Ankippwinkel der Schwinge 24 von etwa 20° nach hinten bereits um 45° angekippt. Bei gleicher Hubwerkstellung ist dagegen eine Traggabel nur um etwa 20° angekippt.

Claims (4)

  1. Hubwerk mit Z-Kinematik für Arbeitsgeräte an Ladefahrzeugen, insbesondere für Ladeschaufeln, Traggabeln, Holzzangen oder dgl., an Radladern, mit:
    - einem Hubrahmen (2), bestehend aus zwei parallelen, durch Quertraversen (3,4) fest verbundenen Hubarmen (5), die fahrzeugseitig am Fahrzeugrahmen (6) angelenkt (7) und mittels Hubzylindern zwischen einer unteren und oberen Endstellung heb- und senkbar sind,
    - zwei über mindestens eine Quertraverse (23) verbundene Schwingen (24), von denen jeweils eine an den freien Enden der Hubarme (5) mit ihrem unteren Ende (25) angelenkt (27) und an denen gemeinsam das Arbeitsgerät (1) befestigbar ist,
    - einem Kipphebel (10), der zwischen den Hubarmen (5) an einer Quertraverse (3) des Hubrahmens (2) angelenkt und relativ zu diesem verschwenkbar ist,
    - einem Kippzylinder (18) zur Verschwenkung des Arbeitsgerätes (1) gegenüber dem Hubrahmen (2), der einerseits am freien Ende des oberen Hebelarms (12) des Kipphebels (10) angelenkt und andererseits mit den Schwingen (24) gelenkig verbunden ist und
    - einer Koppelstange (13), die mit ihrem fahrzeugseitigen Ende unterhalb der Anlenkpunkte (7) der Hubarme (5) am Fahrzeugrahmen (6) und mit ihrem hubwerkseitigen Ende am freien Ende des unteren Hebelarms (11) des Kipphebels (10) angelenkt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - der Kipphebel (10), der Kippzylinder (18) und die Koppelstange (13) derart dimensioniert sind, daß der Kipphebel (10) bei abgesenktem Hubwerk in einem spitzen Winkel (31) von kleiner als 25° zur Hubrahmenachse (38) mit einer zum Fahrzeugrahmen (6) hin geneigten Stellung angeordnet ist,
    - der Kipphebel (10) etwa mittig zwischen dem Hubrahmenanlenkpunkt (7) und dem Schwingenanlenkpunkt (29) angelenkt ist
    - und daß das Längenverhältnis zwischen dem unteren (11) und oberen Hebelarm (12) des Kipphebels (10) etwa 1:1 beträgt.
  2. Hubwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (31) zwischen dem Kipphebel (10) und der Hubrahmenachse (38) bei abgesenktem Hubwerk etwa 15° - 20° beträgt.
  3. Hubwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenverhältnisse zwischen dem oberen Hebelarm (12) des Kipphebels (10) und den arbeitsgeräteseitigen Schwingen (24) einerseits sowie zwischen dem unteren Hebelarm (11) des Kipphebels (10) und dem gegenseitigen Abstand der Anlenkpunkte (7,14) des Hubrahmens (2) und der Koppelstange (13) am Fahrzeugrahmen (Vorderrahmen 6) andererseits jeweils kleiner als 1 und einander zumindest annähernd gleich sind.
  4. Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rückwärtige Ende (19) des Zylindergehäuses (17) über das freie Ende des oberen Hebelarmes (12) des Kipphebels (10) in Richtung zum Vorderrahmen (6) hinausragt.
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