DE19702624A1 - Lademaschine mit einer Anlenkkinematik für verschiedene Anbaugeräte, insbesondere Radlager-Kinematik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lademaschine mit einer An­ lenkkinematik für verschiedene Anbaugeräte mit Hydrau­ likzylindern zum Anheben und Verkippen des Anbaugerätes nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Lademaschinen, insbesondere Radlader, werden mit einer Vielzahl von verschiedenen Arbeitseinrichtungen, insbe­ sondere Ladegabeln, Klappschaufeln, Hochkippschaufeln, Steinschaufeln, aber auch Langholz-Greifern, Schneepflü­ gen und dergleichen ausgerüstet.

Hierzu werden zur Zeit im wesentlichen drei verschiedene Anlenkkinematiken mit unterschiedlichen Hebel- und Schwenksystemen realisiert. Dies ist zum einen die Par­ allelkinematik, wie sie in beiliegender Fig. 2 in einer von der Anmelderin stammenden Realisierung an einer La­ demaschine dargestellt ist. Parallelkinematiken sind insbesondere durch ihre guten Stapeleigenschaften für loses Material auf Paletten beim Be- und Entladen in je­ der Hubhöhe durch Parallelführung der Arbeitsgeräte ge­ eignet. Wie in der Fig. 2 dargestellt, wird ein Hubzy­ linder 101 von einem Punkt am oberen Frontbereich des Radladers an einem Angreifpunkt 102 vorgesehen, der sich im wesentlichen in der Mitte des Hubarmes befindet. Ein Kippzylinder 103 erstreckt sich im wesentlichen parallel zum Hubzylinder von einem Anlenkpunkt oberhalb des Hu­ barmes zu einem Ansatz 104, der wiederum an seinem Ende über einen Hebel 105 mit der Ladeschaufel verbunden ist.

Eine weiter gebräuchliche sog. Z-Kinematik ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Diese zeichnet sich insbesonde­ re durch ihre hohen Reißkräfte aus und wird in Verladung und Produktion bevorzugt eingesetzt. Der Hubzylinder 201 ist hierbei im wesentlichen am gleichen Ort angeordnet, jedoch ist der Kippzylinder nun oberhalb des Anlenkortes des Hubzylinders 201 weiter vorne angeordnet. Der Kip­ phebel 204 ist nun auf einem Ansatz 207 deutlich vor dem Hubarm angeordnet, wobei auf einer einer Schwenkachse 208 gegenüberliegenden Seite mit einem Hebel 205 die Schaufel gekippt wird.

Schließlich ist noch die TP-Kinematik üblich, mit der eine Parallelität im Hubvorgang und kontrolliertes Aus­ kippen in den oberen Hubpositionen in besonders vorteil­ hafter Weise erreicht wird. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß über einen Hebel 307, der in der abgesenkten Position fast vertikal nach oben zeigt, und eine Anlen­ kung des Kippzylinders an einer unter dem Hubarm gelege­ nen Position 309 eine gleichmäßige Verstellung der Lade­ schaufel 310 ermöglicht wird. In dieser Ausführung ist jedoch das Schaufelkippgestänge 312 mit weiteren Hebeln 315, 316, 317 versehen, die diese Kinematik aufwendig in der Herstellung machen.

Weiter ist eine solche TP-Kinematik in der EP 0 447 422 B1 beschrieben, die ein Verbindungssystem beschreibt, das erlaubt, den Neigungshydraulikzylinder beim Hochver­ fahren eines Palettenhebers oder einer Ladeschaufel zu arretieren und dennoch die gewünschte Winkelposition beizubehalten. Eine Verschiebung von Schwenkachsen wie bisher wird hier zwar vermieden, aber der Aufbau ist insgesamt noch immer aufwendig, kompliziert und daher auch realtiv störanfällig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kine­ matik zu schaffen, bei der für alle denkbaren Anbaugerä­ te gute Arbeitswerte erreicht werden. Insbesondere soll nicht nur gute Winkelbeibehaltung, sondern auch eine ho­ he Hubkraft mit einer guten Rückkippkraft beim Schaufel­ füllen und Heben einer Last mit Hilfe eines Lasthakens usw. kombiniert werden.

Erfindungsgemäß wird dies durch die neuartig aneinander­ gesetzten Hebelarme und Hydraulikzylinder in Form der sogenannten Z-Parallel-Kinematik mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Die Unteransprüche geben vorteil­ hafte Ausführungsformen wieder.

Vorteilhaft gegenüber allen bekannten Kinematiken, auch solchen, die zwar eine sehr ähnliche Anordnung von He­ belelementen benutzen, ist es insbesondere, daß durch die gewählten Längen- und Winkelverhältnisse der Kraft­ einbringung sich hervorragende Übertragungsverhältnisse für diese Kräfte ergeben, die bei den üblichen Winkel-, Bewegungs- und Gewichtsverhältnissen auch die Herstel­ lung, Wartung und den Betrieb mit einem verringerten Ko­ stenaufwand insbesondere gegenüber der in der Fig. 3 dargestellten TP-Kinematik erlauben.

Aufgrund der vielen Freiheitsgrade (jeder Verbindungs­ punkt kann fast beliebig zweidimensional variiert werden und beeinflußt dabei die Lage alle anderen Punkte bei der Schwenkbewegung und hinzu kommen die Längen, die Form und die Anzahl der Hebel, die Belastungen und die zurückzulegenden Wege insbesondere der Hubzylinder) kann die Wahl der Längenverhältnisse noch nicht von einer konkreten Formel abgeleitet werden, sondern muß durch aufwendige Entwürfe und dauernde Überprüfungen bestimmt werden.

Durch die gewählte Verwendung gleichzeitig der parall­ elen Hubzylinder und eines Kipphebels der ungefähr mit­ tig auf dem Hubarm befestigt wird, können die Vorteile der Parallel-Kinematik und der Z-Kinematik auf eine Wei­ se vereinigt werden, die der TP-Kinematik nicht möglich war. Allerdings setzt dies die Einhaltung verschiedener Längenverhältnisse voraus. So darf die Strecke vom Schwenkpunkt E des Anbaugerätes am Hubarm bis zum Dreh­ punkt D des Kipphebels am Hubarm nur 0,5 bis 0,9 der Strecke vom Drehpunkt D des Kipphebels zum Anlenkpunkt A des Hubarms an der Lademaschine sein. Vorzugsweise soll dieser Wert 0,7 betragen.

Dieses Längenverhältnis wird durch die Formel

beschrieben.

Weiter soll die Strecke vom Kippunkt J, dem Anlenkpunkt der Kippstange 20 am Anbaugerät, zum Hebelpunkt H, dem Verbindungspunkt zwischen Kipphebel 16 und Kippstange 20, nur 0,45 bis 0,55 der Distanz zwischen dem Schwenk­ punkt E des Anbaugeräts am Hubarm 10 und dem Anlenkpunkt A des Hubarms sein. Vorzugsweise soll dieses Strecken­ verhältnis 0,5 betragen. In einer Formel ausgedrückt be­ deutet dies:

Weiter soll das Streckenverhältnis vom Kippunkt J zum Hebelpunkt H, also die Länge der Kippstange 20, im Ver­ hältnis zu der Strecke zwischen dem Schwenkpunkt E des Anbaugerätes und dem Drehpunkt D des Kipphebels 16 1,1 bis 1,3, vorzugsweise 1,2, betragen. Dies wird durch Formel

ausgedrückt.

Schließlich soll das Längenverhältnis der Strecke zwi­ schen dem Anlenkpunkt A und dem Drehpunkt D des Kipphe­ bels 16 im Verhältnis zur Strecke vom Anlenkpunkt A bis zum Schwenkpunkt E 0,5 bis 0,7, vorzugsweise 0,6, betra­ gen.

In einer bevorzugten Ausführungsform (Ladegabel) ist schließlich der maximale Schwenkwinkel α des Anbaugerä­ tes auf 25° bis 35° vorzugsweise 30° begrenzt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einer Standardschaufel als An­ baugerät,

Fig. 2 den Stand der Technik mit einer Parallel- Anlenk-Kinematik,

Fig. 3 den Stand der Technik in der Z-Anlenk- Kinematik,

Fig. 4 den Stand der Technik mit einer TP-Anlenk- Kinematik,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Anlenk­ punkte der erfindungsgemäßen Kinematik, und

Fig. 6 eine weitere Umsetzung der erfindungsgemäßen Kinematik bei einer Ladegabel als Anbauge­ rät.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, wird vorgeschlagen, den Drehpunkt D eines Kipphebels 16 auf dem Hubarm 10 an der Oberseite anzusetzen. Der Hubzylinder 40 ist dabei le­ diglich durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Ein Kippzylinder 30, der bis zu einem Anlenkpunkt G an einem kurzen Ende des Kipphebels 16 vorgesehen ist, ist eben­ falls nur mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Deutlicher erkannbar sind die Zylinder jeweils in Fig. 6 mit ihren Umrissen in gestrichelten Linien dargestellt.

Die Lagerungspunkte des Hub- und des Kippzylinders sind jeweils durch die Punkte B und C dargestellt. In drei Positionen wird dabei die unterschiedliche Position der Ladegabel 18 beim Anheben verdeutlicht. Für diesen An­ wendungsfall ist das Parallel-Verfahren besonders wich­ tig.

Es kann dadurch veranschaulicht werden, daß sich die ho­ rizontale Lage der Gabel beim Anheben nicht verändert. Es werden lediglich ein Kipphebel 16 und eine Kippstange 20 benötigt, wobei die Kippstange 20 und der Kipphebel durch ihre Form jeweils als einfach herzustellende Bau­ teile ausgeführt werden können. Der Hubarm 10 wird ent­ sprechend den Lagen der Hub- und Kippzylinder in leicht geschwungener Form ausgebildet, so daß sich zwischen den Punkten E und D in einem abgesenkten Zustand die Schau­ fel 12 oben auf den Hubarm auflegen kann und in diesem abgesenkten Zustand auch die Hub- und Kippzylinder 40 und 30 unterhalb des Hubarmes zwischen den Punkten G und B bzw. F, dem Anlenkpunkt des Hubzylinders und C er­ strecken können. Schematisch ist mit Bezugszeichen 14 ein vorderes Rad eines Radlagers angedeutet.

Bei der Parallelkinematik, wie in Fig. 2 sind gute Stapeleigenschaften für loses Material beim Be- und Ent­ laden in jeder Hubhöhe durch Parallelführung der Ar­ beitsgeräte möglich. Diese Kinematik hat jedoch den Nachteil, daß beim Schaufel-Rückkippen, bei dem hohe "Reißkräfte" an der Schaufelspitze erwünscht sind, das Hydrauliköl im Kippzylinder 103 die Kraft auf der Kolben­ stangenseite erzeugen muß, d. h. nur eine Ringfläche im Hydraulikzylinder zur Krafterzeugung genutzt werden kann. Bei allen anderen hier beschriebenen Kinematiken drückt das Öl zum Schaufelrückkippen jedoch auf die Kol­ benbodenseite und kann daher auf die volle Kreisfläche wirken.

Bei der Z-Kinematik gemäß Fig. 3 hingegen ergibt sich keine Möglichkeit, eine Ladegabel annähernd parallel hochzufahren. Daher kann diese Kinematik nur mit Anbau­ geräten, bei denen keine Parallelführung benötigt wird, z. B. Schaufeln mit Erfolg verwendet werden.

Die TP-Kinematik (siehe auch Fig. 4) weist wiederum zu­ sätzliche Teile 315, 317 mit entsprechenden Gelenken auf, besitzt also ein höheres Gewicht, dadurch weniger Nutzlast und mehr Verschleiß sowie höheren Wartungsauf­ wand und so weiter.

In der Fig. 5 sind die Drehpunkte bei der Erfindungsge­ mäßen Lösung nochmals allein zur besseren Übersichtlich­ keit in schematischer Darstellung verdeutlicht.

Die Längenverhältnisse sollen dabei wie folgt ausgeführt sein:

• - die Strecke vom Schwenkpunkt E des Anbaugerätes am Hubarm bis zum Drehpunkt D des Kipphebels am Hubarm soll nur 0,5 bis 0,9
• - der Strecke vom Drehpunkt D des Kipphebels zum An­ lenkpunkt A des Hubarms an der Lademaschine sein.

Vorzugsweise soll dieser Wert 0,7 betragen. Dieses Län­ genverhältnis wird durch die Formel

beschrieben.

Weiter soll:

• - die Strecke vom Kippunkt J, dem Anlenkpunkt der Kippstange 20 am Anbaugerät, zum Hebelpunkt H, dem Verbindungspunkt zwischen Kipphebel 16 und Kippstange 20, nur 0,45 bis 0,55
• - der Distanz zwischen dem Schwenkpunkt E des Anbauge­ räts am Hubarm 10 und dem Anlenkpunkt A des Hubarms sein.

Vorzugsweise soll dieses Streckenverhältnis 0,5 betra­ gen. In einer Formel ausgedrückt bedeutet dies:

Weiter soll das Streckenverhältnis vom

• - Kippunkt J zum Hebelpunkt H, also die Länge der Kippstange 20, im Verhältnis zu
• - der Strecke zwischen dem Schwenkpunkt E des Anbauge­ rätes und dem Drehpunkt D des Kipphebels 16
  1,1 bis 1,3, vorzugsweise 1,2, betragen.

Dies wird durch Formel

ausgedrückt.

Schließlich soll das Längenverhältnis der Strecke zwi­ schen dem Anlenkpunkt A und dem Drehpunkt D des Kipphe­ bels 16 im Verhältnis zur Strecke vom Anlenkpunkt A bis zum Schwenkpunkt E 0,5 bis 0,7, vorzugsweise 0,6, be­ tragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform (Ladegabel) ist schließlich der maximale Schwenkwinkel α des Anbaugerä­ tes auf 25° bis 35° vorzugsweise 30° begrenzt, da an­ schließend sich wieder problematischere Hebelverhältnis­ se ergeben.

Claims (5)

1. Lademaschine mit einer Anlenkkinematik für ver­ schiedene Anbaugeräte (12, 18) mit zwei unter dem Hu­ barm angeordneten Hydraulik-Zylindern (30, 40) zum An­ heben und Verkippen des Anbaugerätes (12; 18), mit ei­ nem Hubarm (10), der an einem Anlenkpunkt (A) mit der Lademaschine in einem oberen Frontbereich verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Kipphebel (16), der an einem Drehpunkt (D) auf der vorderen Hälfte des Hubarmes befestigt ist und von einem mit dem Hubarm im wesentlichen parallelen Kippzy­ linder (30), der an einem unteren Anlenkpunkt des Kip­ phebels (16) angesetzt ist, betätigt wird, um auf eine an diesem in einem dem Schwenkpunkt (G) gegenüberlie­ genden Hebelpunkt (H) schwenkbar gelagerte Kippstange (20) zu wirken, die an dem Anbaugerät (12; 18) an einem Kippunkt (J) im oberen Bereich angesetzt ist, und etwa halb so lang wie der Hubarm (10) ist.

2. Lademaschine mit einer Anlenkkinematik für ver­ schiedene Anbaugeräte (12, 18) mit zwei Hydraulik- Zylindern (30, 40) zum Anheben und Verkippen des Anbau­ gerätes (12; 18), mit einem Hubarm (10), der an einem Anlenkpunkt (A) mit der Lademaschine in einem oberen Frontbereich verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Kipphebel (16), der an einem Drehpunkt (D) auf der vorderen Hälfte des Hubarmes befestigt ist und von einem mit dem Hubarm im wesentlichen parallelen Kippzy­ linder (30), der an einem unteren Anlenkpunkt des auf dem Hubarm (10) gelagerten Kipphebels (16) angesetzt ist, betätigt wird, um auf eine Kippstange (20) zu wir­ ken, die an dem anderen Ende des Kipphebels angesetzt ist und an dem Anbaugerät an einem Kippunkt (J) ober­ halb des Schwenkpunkts (E) des Anbaugerätes am Hubarm (10) gelagert ist, wobei das Verhältnis der Strecke ED zur Strecke DA ca. 0,5 bis 0,9 beträgt.

3. Lademaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge der Kippstange JH ca. 1,1 bis 1,3 mal so lang wie die Strecke zwischen dem Dreh­ punkt (D) und dem Verschwenkpunkt (E) des Anbaugerätes ist.

4. Lademaschine nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge der Kippstange (20) zur Strecke EA, ca. 0,45 bis 0,55 beträgt.

5. Lademaschine nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der maxima­ len Verschwenkung des Anbaugerätes, einer Ladegabel, α ca. 30° beträgt.