2-15.006 DE
Zasche Fördertechnik GmbH
Gewerbestraße 23
86720 Nördlingen
Ausleger für ein Hebegerät
Die Erfindung betrifft einen Ausleger für ein Hebegerät, der aus einem inneren
Teilarm gebildet ist, der elnenends um einen vertikalen Schwenkzapfen schwenkbar
gelagert ist, und der andemends mitteis eines Gelenks mit vertikaler
Schwenkachse mit einem äußeren Teilarm verbunden ist, der an seinem freien Ende - unmittelbar, oder unter Zwischenschaltung weiterer Bauelemente - ein
Lastaufnahmemittel trägt.
Derartige Ausleger werden häufig bei Kleinhebegeräten, insbesondere bei
handgeführten Manipulatoren eingesetzt. Dadurch, daß der äußere Teilarm um nahezu 360° um das Gelenk, das ihn mit dem inneren Teilarm verbindet, geschwenkt
werden kann, überdeckt bei dieser Ausführung das Lastaufnahmemittel einen sehr großen Bereich.
Diese Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß dann, wenn der äußere Teilarm
um einen Winkelbetrag von maximal 90° von der Längserstreckung des inneren Teilarmes abweicht, der letztere unter Einwirkung der von dem Lastaufnahmemittel
getragenen Last eine Torsionsverformung erfährt, was dazu führt, daß der äußere Teilarm um einen bestimmten Betrag nach unten geneigt wird, wobei die
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Achse des die beiden Teilarmen verbindenden Gelenks um einen entsprechenden
Winkel von der Vertikalen abweicht. Soll die Last aus dieser Position in eine
andere Position bewegt werden, bei der beide Teilarme in gleiche Richtung.
erstrecken, so bedeutet dies, daß die Last von einem niedrigen Niveau auf ein höheres unter zusätzlichem Kraftaufwand bewegt werden muß. Umgekehrt hat der
äußere Teilarm stets das Bestreben, von selbst aus der gestreckten Position in die um 90° abgeknickte Position zu wandern, weil er naturgesetzlich die Lage
geringster potentieller Energie sucht. Das hat den Nachteil, daß dann, wenn die Bedienungsperson die Last losläßt, sich diese in einem unbeaufsichtigten Augenblick
aus der gestreckten Lage herausbewegt und dabei unter Umständen im Wege stehende Gegenstände oder Personen trifft und diese beschädigt oder
verletzt.
Dieses Problem ist seit langem bekannt und es wurden verschiedene Wege
versucht, diese Nachteile zu vermeiden. So hat man z.B. eine Verringerung der Torsionsverformung des inneren Teilarmes dadurch zu erreichen versucht, daß
man diesen verstärkt hat. Da sich dennoch eine Torsionsverformung nicht völlig vermeiden läßt, kann so zwar das Problem verringert, jedoch nicht ganz ausgeschaltet
werden. Es tritt dabei auch der Nachteil auf, daß wegen der vergrößerten Masse des Auslegers die beim Bewegen der Last aufzuwendende Kraft erhöht
werden muß.
Um das selbsttätige Wandern der Last aus der gestreckten Position in die abgeknickte
zu verhindern, hat man bei einem anderen Vorschlag an dem Gelenk, welches die beiden Teilarme verbindet, eine ständig wirkende Bremse vorgesehen.
Auf diesem Wege kann zwar das selbsttätige Wandern der Last vermieden werden, es ist jedoch beim Zurückbewegen der Last aus der abgewinkelten in die
gestreckte Position ein zusätzlicher Kraftaufwand erforderlich, um die Bremskraft
zu überwinden.
In Weiterführung dieses Gedankens wurde auch bereits vorgschlagen, diese
Bremse abschaltbar auszuführen. Dabei wird die Bremse z.B. dadurch, daß die Bedienungsperson einen Handgriff zum Bewegen der Last festhält, in Art einer
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Totmannschaltung abgeschaltet, so daß beim Bewegen der Last die Bremskraft
nicht überwunden werden muß. Läßt die Bedienungsperson dagegen den Handgriff los, so wird selbsttätig die Bremse eingeschaltet und die Last in ihrer jeweiligen
Position sicher gehalten. Gegenüber der vorher beschriebenen Ausführung ist dies
vorteilhaft, es verbleibt aber der Nachteil, daß beim Bewegen der Last aus der abgewinkelten in die gestreckte Position diese - ebenso wie bei den anderen
beschriebenen Ausführungen - durch zusätzlichen Kraftaufwand aus einer niedrigen in eine höhere Position gebracht werden muß.
Schiießlich hat man schon vorgeschlagen, das die beiden Teilarme verbindende
Gelenk so zu justieren, daß in der gesteckten Position der beiden Teilarme seine
Achse um einen solchen Betrag von der Vertikalen abweicht, um den sie auch unter Einwirkung einer bestimmten Last in der abgewinkelten Position abweicht.
Dieser zunächst bestechend erscheinende Gedanke bringt jedoch nur eine teilweise Verbesserung, teilweise sogar eine Verschlechterung gegenüber dem
ursprünglichen Ausgangszustand. Zunächst kann dieses System nur dann einwandfrei
funktionieren, wenn die fest eingestellte Neigung der Achse des Gelenks der Neigung dieser Achse in der abgewinkelten Position exakt entspricht. Da die
letztgenannte Neigung der Gelenkachse von der Größe der am Lastaufnahmemittel wirkenden Last abhängt, kann sie eigentlich nur rein zufällig mit der vorher
fest justierten Neigung bei gestreckter Position der beiden Teilarme übereinstimmen.
Ist dagegen die angehängte Last etwas größer, dann wird sie sich wieder
von selbt aus der gestreckten in die abgewinkelte Position bewegen, ist sie
dagegen geringer, so wird sie sich selbsttätig aus der abgewinkelten in die gestreckte Position bewegen. Und ein ganz besonderer Nachteil ergibt sich bei
dieser Ausführung dann, wenn der äußere Teilarm aus der gestreckten Position in eine um 180° geschwenkte Position gebracht wird, bei der die beiden Teilarme
übereinander liegen. In dieser Position wäre dann nämlich der äußere Teilarm um
einen solchen Betrag nach oben angehoben, daß er sich von hier aus selbsttätig in die gestreckte Position bewegen würde.
Zusammenfassend muß man feststellen, daß zwar schon eine ganze Reihe von
Lösungsvorschlägen gemacht wurde, keiner davon aber wirklich befriedigen
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konnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu1
vermeiden und mit geringstem konstruktiven Aufwand eine Lösung zu schaffen, bei welcher die Last in jeder Position des äußeren Teilarmes stehen bleibt und
auch aus jeder Position des äußeren Teilarmes mit gleichbleibender geringer Kraft
bewegt werden kann.
Diese Aufgabe iöst die Erfindung dadurch, daß Teile des inneren Teilarmes oder
des Gelenks in einer Ebene, die den Lagerzapfen und das Gelenk enthält, derart elastisch nachgiebig ausgebildet sind, daß sich unter Einwirkung einer von dem
Lastaufnahmemittel getragenen Last eine Abweichung der Schwenkachse des Gelenks aus der Vertikalen ergibt, die wenigstens annähernd der Abweichung
dieser Schwenkachse aus der Vertikalen entspricht, die sich infolge der Torsionsverformung
des inneren Teilarmes ergäbt, wenn dieser unter einem Winkel von 90° zum äußeren Teilarm steht. Dabei ist es nur erforderlich, die elastische
Nachgiebigkeit so auszulegen, daß sie unter Einwirkung einer Last eine Abweichung
der Gelenkachse aus der Vertikalen im gleichen Maße zuläßt, wie bei der durch die gleiche Last verursachte Torsionsverformung des inneren Teilarmes.
Eine mögliche konstruktive Ausbildung kann dadurch erreicht werden, daß das die
beiden Teilarme verbindende Gelenk zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Drehlager aufweist, die wenigstens ein, einen Zapfen umgebendes
Außenteii besitzen, wobei wenigstens das Außenteil des einen Drehlagers in
einem Langloch eines ihn umgebenden Gehäuses gelagert ist, und wobei sich das Langloch in Richtung der Längsachse des inneren Teilarmes erstreckt und in der
Querrichtung der Außenabmessung des Außenteiles entspricht, während es in Längsrichtung diese überschreitet und wobei der Hohlraum zwischen Außenteil
und Langloch mit einem elastisch nachgiebigen Werkstoff ausgefüllt ist. Durch diese Ausbildung ist die Möglichkeit gegeben, daß sich in der gestreckten Position
der beiden Teilarme unter der Einwirkung einer Last das Außenteil bei elastischer
Verformung des eingesetzten nachgiebigen Werkstoffs in dem Langioch verschiebt, wodurch die Längsachse des Gelenks eine Neigung gegenüber der
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Vertikalen erfährt. Bei richtiger Dimensionierung und Auslegung des elastisch
nachgiebigen Werkstoffs wird diese Neigung der Gelenkachse in der gestreckten Position der beiden Teilarme mit der Neigung der Gelenkachse übereinstimmen,
die diese in der 90°-Ste!lung infoige der Torsionsverformung des inneren Teilarmes
erfährt.
Bei den oben erwähnten Kleinhebegeräten, insbesondere bei handgeführten
Manipulatoren wird für den Ausleger häufig eine Konstruktion angewandt, bei der der innere Teilarm eine oberhalb oder unterhalb zu ihm angeordnete Schubstange
aufweist und wobei der Teiiarm und die Schubstange an ihren beiden Enden mittels Gelenken mit horizontalen Achsen einerseits mit einem Tragkopf auf der
den Schwenkzapfen umgebenden Muffe und andrerseits mit einem das Gelenk umgebenden Gehäuse verbunden sind. Man spricht bei dieser Konstruktion von
einem Parallelogramm-Ausleger. Bei einem solchen Ausleger kann das angestrebte Ziel in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß in die Schubstange
ein elastisch nachgiebiges Element integriert ist. Unter Einwirkung einer Last kann
so eine Verformung des elastisch nachgiebigen Elements erreicht werden, die zu einer Längung oder Kürzung der Schubstange führt, wodurch die Achse des die
beiden Teiarme verbindenden Gelenkes eine Neigung gegenüber der Vertikalen
erfährt.
Das elastisch nachgiebige Element kann dabei z.B. durch zwei Druckfedern
gebildet sein, die in eine Längsbohrung der Schubstange eingesetzt sind und sich
dort mit ihren einander abgewandten Enden an Vorsprüngen der Bohrung abstützen, während ihre einander zugekehrten Enden an einem Bund eines !ängsverschieblich
in der Längsbohrung gelagerten Bolzens anliegen. Wenn bei gestreckter Position der beiden Teilarme auf das Lastaufnahmemittel eine Last einwirkt, so
wird die eine Druckfeder belastet und um einen gewissen Betrag zusammengedrückt,
woraus sich eine Verlängerung der obenliegenden bzw. eine Verkürzung der untenliegenden Schubstange ergibt. Wird dagegen der äußere Teilarm aus
dieser Position um 180° zurückgeschwenkt, dann wird die andere Druckfeder zusammengedrückt, was zu einer Verkürzung der obenliegenden bzw. zu einer
Verlängerung der untenliegenden Schubgstange führt. In beiden Fällen wird
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erreicht, daß die Abweichung der Längsachse des die beiden Teilarme verbindenden
Gelenks in den beiden beschriebenen Positionen gerade so groß sein wird, wie in den um 90° abgewinkelten Positionen.
Bei Anwendung des genannten Parallelogramm-Auslegers ergibt sich eine weitere
Möglichkeit zur Lösung des Problems dadurch, daß die Gelenke mit horizontalen Achsen an der Schubstange durch Lagerbolzen gebildet sind, die in sie umgebende
Augen eingreifen, wobei wenigstens am einen Gelenk zwischen Bolzen und Auge eine Buchse aus elastisch nachgiebigem Werkstoff eingesetzt ist. Bei
richtiger Werkstoffauswahl und richtiger Dimensionierung dieser Buchse kann ebenso wie vorher beschrieben erreicht werden, daß die Längsachse des die
Teilarme verbindenden Gelenks in der gestreckten Stellung der beiden Teilarme die richtige Abweichung von der Vertikalen erfährt.
Die elastisch nachgiebigen Elemente können aus einem polymeren Werkstoff,
insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sein.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Hebegerätes,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Hebegerät nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch das die beiden Teilarme des Hebegerätes
verbindende Gelenk,
Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3,
Fig. 5 eine Seitenansicht eines gegenüber Fig.1 abgeänderten Hebegerätes,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch das die beiden Teilarme verbindende Gelenk,
Fig. 7 einen Querschnitt nach Linie VlI-VII der Fig. 6 und
Fig. 8 eine gegenüber Fig. 7 abgeänderte Variante.
In Fig. 1 ist auf einem Schwenkzapfen 1 am oberen Ende einer Säule 2 eine
Muffe 3 schwenkbar gelagert, mit der ein innerer Teilarm 4 fest verbunden ist. Am freien Ende dieses Teilarmes 4 ist mittels eines Gelenkes 5 der äußere
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Teilarm 6 schwenkbar gelagert. Dieser weist an seinem freien Ende eine Führung
7 für die vertikal bewegliche Lagerung der Teleskopstange 8 auf, die an ihrem unteren Ende einen Lasthaken 9 trägt. Zur Auf- und Abbewegung der Teleskopstange
8 ist ein Hubantrieb 10 vorgesehen, der mittels eines Seiles 11 mit der Teieskopstange verbunden ist.
Die in Fig. 2 gezeigte Draufsicht auf dieses Hebegerät läßt erkennen, daß der
innere Teilarm 4 so um den Schwenkzapfen 3 geschwenkt werden kann, daß das
Gelenk 5 den gestrichelt dargestellten Kreisbogen 12 beschreibt. Der äußere Teilarm 6 kann zusätzlich um das Gelenk 5 geschwenkt werden, wobei die
Teieskopstange 8 den gestrichelten Kreisbogen 13 beschreibt. Dabei kann der äußere Teüarm 6 die mit den Buchstaben A, B, C und D bezeichneten Extremstellungen
einnehmen.
In den Stellungen A und C, in denen die Längsachsen der Teilarme 4 und 6
parallel zueinander verlaufen, wird der innere Teilarm 4 nur auf Biegung beansprucht.
In den Stellungen B und D erfährt der innere Teilarm 4 zusätzlich eine
Torsionsbeanspruchung. Das führt dazu, daß in diesen Streuungen B und D das
freie Ende des äußeren Teiiarmes 6 und damit auch die an den Lasthaken angehängte Last auf ein tieferes Niveau als in den Stellungen A und C absinkt.
Dies hat die unangenehme Folge, daß dann, wenn die Bedienungsperson in den Stellungen A oder C die Last iosläßt, diese von selbst entweder in die Stellung B
oder D wandert. Erfolgt dies unbeaufsichtigt, so kann es zu Unfällen oder Beschädigungen an Personen oder Gegenständen führen, die sich im Schwenkbereich
des äußeren Teilarmes 6 befinden. Hinzu kommt, das dann, wenn die Last aus der Stellung B oder D in eine der Stellungen A oder C geschwenkt werden
soll, sie von einem niedrigeren auf ein höheres Niveau angehoben werden muß, was einen zusätzlichen Kraftaufwand erfordert.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Lösung gezeigt, die diese Nachteile ausschaltet. Dabei
ist am freien Ende des inneren Teilarmes 4 ein Gehäuse 14 mit diesem verbunden,
in welchem ein Zapfen 15, der mit dem äußeren Teilarm 6 verbunden ist, schwenkbar gelagert ist. Zu diesem Zweck sind auf dem Zapfen 15 die Innenringe
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16 und 17 von zwei in axialem Abstand voneinander befindlichen Gleitlagern
angeordnet. Diese werden durch Abstandshülsen 18 und 19 und einem Sprengring 20 auf dem Zapfen 15 fixiert.
Der Innenring 17 bildet zusammen mit dem Außenring 21 ein Gelenklager mit
sphärischen Gleitflächen, das eine Schwenkbewegung des Zapfens 15 zuläßt, Mit dem Innenring 16 wirkt ein Außenteil 22 zusammen, das - wie Fig. 4 zeigt - eine
quadratische Außenkontur aufweist. Dieses Außenteil 22 ist in ein Langioch 23 des Gehäuses 14 eingesetzt, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß das
Außenteil in Richtung der Längsachse des inneren Teilarmes 4 einen Verschiebeweg
hat, während es in der Querrichtung spielfrei geführt ist. Die beiderseits des Außenteils 22 gegenüber dem Langloch 23 verbleibenden Räume sind durch einen
elastisch nachgiebigen Werkstoff 24 ausgefüllt.
Wenn auf den inneren Teilarm 6 eine Kraft aufgrund einer an den Lasthaken 9
angehängten Last einwirkt, so führt dies dazu, daß der Zapfen 15 durch Verformung
des elastisch nachgiebigen Werkstoffs 24 um einen bestimmten Betrag gegenüber der Vertikalen geneigt wird. Dabei müssen die Abmessungen und die
Elastizität des Werkstoffes 24 so gewählt werden, daß die eintretende Neigung des Zapfens 15 in der dargestellten Position A die gleiche ist, die der Zapfen 15
in den Positionen B oder D infolge der Torsionsverformung des inneren Teilarmes 4 erfährt. Damit ist erreicht, daß in sämtlichen Positionen des äußeren Teilarmes
6 gleiche Verhältnisse herrschen, insbesondere auch die zu bewegende Last stets auf dem gleichen Höhenniveau bleibt und damit weder aus einer eingenommenen
Position selbsttätig auswandern kann, noch zusätzliche Kraft erfordert, wenn sie
aus einer Extremposition (B oder D) in eine andere Position (A oder C) gebracht werden soll.
Die Fig. 5 zeigt eine Variante eines Hebegerätes, bei dem eine Säule 25 an ihrem
oberen Ende eine auf ihr um einen Schwenkzapfen 50 schwenkbar gelagerte Muffe 27 trägt, mit der an ihrem oberen Ende ein Tragkopf 26 verbunden ist. Am
Tragkopf 26 ist mittels eines Gelenkes 28 mit horizontaler Achse der innere Teilarm 29 angelenkt, der an seinem anderen Ende mittels des Gelenkes 30 mit
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dem Gehäuse 31 verbunden ist. Parallel zu dem inneren Teilarm 29 und oberhalb
von diesem ist eine Schubstange 32 angeordnet, die ebenfalls mit Gelenken 33
und 34 einerseits mit dem Tragkopf 26 und andrerseits mit dem Gehäuse 31 verbunden ist.
Die Muffe 27 weist eine auskragende Konsole 35 auf, die einen Fluidzylinder 36
trägt, dessen Kolbenstange 37 am inneren Teilarm 29 angreift. Durch Betätigen des Fluidzylinders 36 kann der den inneren Teilarm 29 und die Schubstange 32
enthaltende Parallelogrammarm und damit das Gehäuse 31 angehoben oder abgesenkt werden.
Im Gehäuse 31 kann z.B. in ähnlicher Weise, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt,
der äußere Teilarm 38, der an seinem abgewinkelten Ende den Lasthaken 39
trägt, schwenkbar gelagert sein.
Die Verhältnisse, die in Fig. 2 dargestellt sind, sind auch bei dieser Variante eines
Hebegerätes dieselben. Ihre negativen Auswirkungen können deshalb auch auf die
gleiche Weise wie dort beschrieben behoben werden, indem man z.B. das im Gehäuse 31 befindliche Gelenk in gleicher Weise ausbildet, wie es in den Fig. 3
und 4 dargestellt ist.
Diese Variante eines Hebegerätes läßt jedoch auch noch andere Möglichkeiten
zum Ausgleich der Nachteile zu. In Fig. 6, die einen Längsschnitt durch das
Gehäuse 31 zeigt, ist die Lagerung des Zapfens 40, der mit dem äußeren Teilarm 38 verbunden ist, dargestellt. Die dort angewandte übiiche Gleitlagerung erklärt
sich von selbst.
Aus Fig. 7, die einen Querschnitt gemäß Linie VIi-VlI der Fig. 6 darstellt, ist
ersichtlich, daß der Bolzen 34 von einer Büchse 41 aus einem elastisch nachgiebigen
Werkstoff umgeben ist, die in ein Auge 42 der Schubstange 32 eingesetzt ist. Unter Belastung des äußeren Teilarmes 38 kann die Büchse 41 elastisch
nachgeben, wodurch eine Neigung des Zapfens 40 gegenüber der Vertikalen erreicht wird.
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In Fig. 8 schließlich ist eine weitere Variante dargestellt, bei der auf dem Zapfen
34 ein Kopfteil 43 gelagert Ist, in welches ein Bolzen 44 eingeschraubt ist, der
ungefähr in seiner Mitte einen Bund 45 aufweist. Dieser Bolzen greift längsverschieblich
in eine Bohrung 46 der Schubstange 32 ein, in der zwei Druckfedern 47 untergebracht sind, die mit ihren einander zugewandten Enden an dem Bund
45 anliegen und sich mit ihren anderen Enden einerseits an einem in die Bohrung
46 eingesetzten Sprengring 48 und andrerseits an einem die Bohrung 46 verschliessenden
Druckstück 49 abstützen.
Wenn auf den äußeren Teilarm 38 eine Kraft einwirkt, so wird dies dazu führen,
daß die rechte Druckfeder 47, die sich am Bund 45 und dem Druckstück 49 abstützt, zusammengedrückt wird, wodurch der Zapfen 40 eine Neigung gegenüber
der Vertikalen erfährt. Wird der äußere Teilarm aus der hier dargestellten Position A in die Position C geschwenkt, so werden die Verhältnisse insofern
umgekehrt, als dann die links dargestellte Druckfeder 47 belastet wird, wodurch eine gleichartige Neigung des Zapfens 40 erreicht wird.
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Bezugszei chen I iste
1 Schwenkzapfen
2 Säule
3 Muffe
4 innerer Teilarm
5 Gelenk
6 äußerer Teilarm
7 Führung
8 Teleskopstange
9 Lasthaken
10 Hubantrieb
11 Seil
12 Kreisbogen
13 Kreisbogen
14 Gehäuse
15 Zapfen
16 Innenring
17 Innenring
18 Abstabdshülse
19 Abstandshüise
20 Sprengring
21 Außenring
22 Außenteil
23 Langloch
24 elastisch nachgiebiger Werkstoiff
25 Säule
26 Tragkopf
27 Muffe
28 Gelenk
29 innerer Teilarm
30 Gelenk
31 Gehäuse
32 Schubstange
33 Gelenk
34 Gelenk
35 Konsole
36 Fluidzylinder
37 Kolbenstange
38 äußerer Teilarm
39 Lasthaken
40 Zapfen
41 Büchse
42 Auge
43 Kopfteil
44 Bolzen
45 Bund
46 Bohrung
47 Druckfedern
48 Sprengring
49 Druckstück
50 Schwenkzapfen