WO2014060902A1 - Schnellwechsler - Google Patents

Abstract

Eine Kupplungsvorrichtung (1) zur Befestigung eines Arbeitsgeräts (2) weist zumindest zwei, mittels eines elektrischen Linearantriebs (4) relativ zueinander bewegliche Kupplungselemente (5a, 5b) und ein Arretierungsmittel des Abstands der beiden Kupplungselemente (5a, 5b) in Kupplungsposition auf, wobei zumindest ein Kupplungselement (5b) verschwenkbar gelagert sowie nicht starr mit dem Linearantrieb (4) verbunden ist.

Description

Schnellwechsler

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zum auswechselbaren Befestigen eines Arbeitsgerätes wie einer Baggerschaufel an einem Ausleger oder einem Fahrzeug, vorzugsweise einer Baumaschine oder einem Baufahrzeug.

Eine solche Kupplungsvorrichtung ist bei allen an einen Ausleger oder an ein Fahrzeug ankuppelbaren Arbeitsgeräten, wie z. B. Baggerschaufeln, Baggerschildern, Schneeräumschildern, diversen Werkzeugen (Löffel, Bohrer, Kippschaufeln, Stemmmeißel, Fräser, Traggabel, ...) usw. sinnvoll einsetzbar. Im Bereich der Kupplungsvorrichtung zum auswechselbaren Befestigen des Arbeitsgerätes entstehen beim zweckbestimmten Gebrauch dessen relativ hohe Kräfte, die von dieser Kupplungsvorrichtung robust übernommen werden müssen. Zudem ist der Baustellenbetrieb bezüglich beweglicher Teile eine sehr abrasive Umgebung, welche die Reibung stark erhöht.

Dabei bezieht sich die Erfindung insbesondere auf Kupplungsvorrichtungen für Arbeitsgeräte mit zwei parallel zueinander ausgerichteten sowie definiert beabstandeten zylindrischen Haltebolzen mit freiliegenden Mantelflächen, welche von an einem Montagesteg am Ausleger oder am Fahrzeug angeordneten, über einen geeignet wirkenden Linearantrieb relativ zueinander verstellbaren Kupplungselementen arretierbar hintergreifbar sind. Dazu kann bspw. ein Kupplungselement als fester Greifhaken und das andere Kupplungselement als beweglicher Verschlusshaken, je mit passenden Ausnehmungen zum Hintergreifen der Haltebolzen, ausgebildet sein.

Bei den vorbekannten WO2011/051923, WO2011/035883, WO95/00714 und WO2008/013590 wird die hochdynamische Kraft am Arbeitsgerät, welche über die Haltebolzen als Presskontaktbeanspruchung auch auf den verschwenkbaren Verschlusshaken einwirkt, direkt über, eine Knickbeanspruchung erzeugende, Querkräfte und Biegemomente des Linearantriebs aufgefangen. Diese mehrachsige, dynamische Wechsellast ist bezüglich dessen Standzeit denkbar ungünstig und kann zu einer raschen Zerstörung des als Arretierungsmittels wirkenden Linearantriebs und somit zu Sicherheitsrisiken führen.

Gegenüber den ursprünglich verwendeten rein mechanischen Linearantrieben wie selbsthemmende Schraubspindeln, welche vor Ort von Hand betätigt werden müssen, sind auch maschinell betätigte Linearantriebe bekannt. Insbesondere sind hydraulische, pneumatische oder elektrische Linearantriebe als solche geeignet. Da diese von dem Führerhaus aus geeignet fernsteuerbar sind wird dadurch der schnelle Wechsel des Arbeitsgerätes ermöglicht.

Die EP1325196B1 offenbart eine diesbezügliche Kupplungsvorrichtung mit hydraulischem oder pneumatischem sowie elektrischen Linearantrieb, der auf einen in der Ebene der Haltebolzen, in Führungsschienen versetzbaren Verriegelungsschlitten wirkt, welcher ausfährt und dadurch einen der Haltebolzen verriegelt. Nachteilig hier ist, dass die Kraft, welche den Haltebolzen verriegelt, auch den Verriegelungsschlitten in den Führungsschienen verklemmt, so dass dieser im abrasiven Baustellenbetrieb nur mit einem kräftigen Linearantrieb, wie er im verfügbaren Bauraum nur hydraulisch oder pneumatisch realisierbar ist, zuverlässig wieder gelöst werden kann. Insbesondere kann er mit einem räumlich in die Kupplungsvorrichtung passenden Elektromotor- Spindelantrieb nicht in Bewegung gesetzt werden. Zudem ist eine sichere Verriegelungsposition nur über eine nichteindeutige Sichtkontrolle vom Führerhaus aus erkennbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer robusten und sicheren Kupplungsvorrichtung mit integriertem Elektromotor-Spindelantrieb, welche obige Nachteile überwindet. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die eigene CH-Patentanmeldung Nr. 02008/12, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit in diese Anmeldung einbezogen wird, offenbart eine derartige Kupplungsvorrichtung mit einem integrierten Elektromotor-Spindelantrieb.

Im Wesentlichen weist eine Kupplungsvorrichtung zur Befestigung eines Arbeitsgeräts zumindest zwei, mittels eines elektrischen Linearantriebs relativ zueinander bewegliche, Kupplungselemente und ein Arretierungsmittel des Abstands der beiden Kupplungselemente in Kupplungsposition auf, wobei zumindest ein Kupplungselement verschwenkbar gelagert sowie nicht starr mit dem Linearantrieb verbunden ist

Indem der Linearantrieb nicht starr mit dem verschwenkbaren Kupplungselement verbunden ist, insbesondere über eine Kniegelenkverbindung, können von diesem keine schädlichen Querkräfte und Biegemomente auf jenen übertragen werden. Dadurch ist eine sichere Arretierung der Kupplungsposition mittels des Arretierungsmittels über den elektrischen Linearantrieb gewährleistet. Zudem ist dieses Kupplungselement in den Grenzen seines Lagerspiels und seiner Elastizität frei, sich dem ergriffenen Haltebolzen anzuschmiegen, wodurch eine homogene Kraftübertragung erfolgt.

Vorteilhaft weist das verschwenkbare Kupplungselement eine zur Antriebsrichtung senkrechte Anschlagfläche auf, an welcher in Kupplungsposition das Arretierungsmittel in Form eines über den Linearantrieb versetzbaren Schlittens mit geeigneten Dämpfungsmitteln anschlägt. Indem der Schlitten zwar mittels der Anschlagfläche den Abstand der beiden in Kupplungsposition befindlichen Kupplungselemente arretiert und diese somit sichert, aber durch die zur Antriebsrichtung senkrecht liegende Anschlagfläche sowie die, durch die geometrische Definition des verschwenkbaren Kupplungselements, vermiedene Knickkraft oder sonstigen Kräfte, insbesondere Querkräfte und Biegemomente, die von dem verschwenkbaren Kupplungselement auf den Schlitten übertragen werden, unterliegt der Linearantrieb keiner Knickbeanspruchung.

Vorteilhaft bildet der Schlitten einen zumindest teilweise konkav geformten Mitnehmer aus, welcher mit geringem freiem Spiel in einen Hinterschnitt des verschwenkbaren Kupplungselements eingreift, wodurch dieser mittels des Linearantriebs in die Öffnungsposition verschwenkbar ist. Da die zur Öffnung / Schließung des verschwenkbaren Kupplungselements benötigte Kraft senkrecht zur von dem Haltebolzen auf jenes übertragene Kraft gerichtet ist, sind die auftretenden Zug- und Druckkräfte am Linearantrieb relativ gering und somit auch von einem elektrischen Linearantrieb aufzubringen.

Vorteilhaft ist die Drehachse des verschwenkbaren Kupplungselements leicht in Öffnungsrichtung versetzt, wodurch ein Verklemmen am Haltebolzen zusätzlich gemindert wird.

Vorteilhaft greift eine im verschwenkbaren Kupplungselement angebrachte vorgespannte Feder beim Aufnehmen des Haltebolzens derart unterstützend ein, dass nach der Aufnahme des Haltebolzens das verschwenkbare Kupplungselement schon in seiner endgültigen Position ist und durch das Arretierungsmittel, welches über den Linearantrieb bewegt wird, nur noch in seiner Position arretiert werden muss, wodurch der Kupplungsvorgang beschleunigt wird.

Vorteilhaft ist der elektrische Linearantrieb ein mit Niederspannung (12V oder 24V) betriebener Spindelwellenmotor, vorzugsweise mit einer entsprechenden Untersetzung und in der Ausführung einer rotierenden Spindel, auf der die Mutter, welche sich in einem vor äußeren Einflüssen geschützten Bauraum bewegt, die zur Fixierung nötigen Bewegung ausführt, wodurch auch im abrasive Baustellenbetrieb eine zuverlässige Betätigung der Kupplungselemente über einen räumlich in die Kupplungsvorrichtung integrierten elektrischen Linearantrieb realisiert ist.

Vorteilhaft ist dem Schlitten ein zur Detektion der Kupplungsposition geeigneter elektrischer Positionssensor zugeordnet, wodurch ein entsprechendes Kupplungssignal in das Führerhaus signalisiert werden kann.

Anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels ist die Erfindung nachfolgend dargestellt. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Aufsicht,

Fig. 2 eine Untersicht,

Fig. 3 einen Längsschnitt

in Öffnungsposition sowie

Fig. 4 eine Aufsicht,

Fig. 5 eine Untersicht,

Fig. 6 einen Längsschnitt

in Kupplungsposition.

So weist eine Kupplungsvorrichtung 1 zur Befestigung eines nur teilweise dargestellten Arbeitsgeräts 2 in Form einer Baggerschaufel mit zwei in A standardisiert beabstandeten, parallelen Haltebolzen 3a, 3b an einem (nicht dargestellten) Baggerausleger zwei, mittels eines elektrischen Linearantriebs 4 relativ zueinander bewegliche, Kupplungselemente 5a, 5b, ausgebildet als randseitige feste Greifhaken und als mittiger beweglicher Verschlusshaken sowie jeweils mit passenden Ausnehmungen 6 zum Hintergreifen der Haltebolzen 3, und ein Arretierungsmittel des Abstands der beiden Kupplungselemente 5a, 5b in Kupplungsposition (Fig. 6) auf, wobei ein Kupplungselement 5b verschwenkbar gelagert sowie nicht starr mit dem Linearantrieb 4 verbunden ist. Dabei weist das um eine bezüglich der Position des zugeordneten Haltebolzens 3b leicht in Öffnungsrichtung versetzte Drehachse B (Fig. 3) verschwenkbare Kupplungselement 5b eine zur Antriebsrichtung C des Linearantriebs 4 senkrechte Anschlagfläche 7 auf, an welcher in Kupplungsposition (Fig. 5, 6) das Arretierungsmittel in Form eines über den Linearantrieb 4 versetzbaren, in einer Führungsschiene 8 geführten Schlittens 9 mit freiem Spiel anschlägt. Dabei bildet der Schlitten 9 einen zumindest teilweise konkav geformten Mitnehmer 10 aus, welcher mit geringem freiem Spiel in einen Hinterschnitt 11 des verschwenkbaren Kupplungselements 5b eingreift und so eine Kniegelenkverbindung ausbildet, wodurch das verschwenkbare Kupplungselement 5b mittels einer vorgespannten Feder 13 in Form einer Torsionsfeder und des Linearantriebs 4 in die Kupplungsposition (Fig. 5, 6) sowie mittels des Linearantriebs 4 in die Öffnungsposition (Fig. 1 , 3) verschwenkbar ist. Dem Schlitten 9 ist zur Detektion der Kupplungsposition (Fig. 5) in Form eines Magneten und HALL-Sensors ein elektrischer Positionssensor 12 zugeordnet. Der räumlich vollständig in die Kupplungsvorrichtung 1 integrierte elektrische Linearantrieb 4 ist als ein mit 12 - 24V betriebener, selbsthemmender Spindelwellenmotor 4a mit einer in einem abgedichteten Gehäuse 4b für die sich drehende Spindel, auf der die Laufmutter 4c angebracht ist, realisiert. Die Steuerung des elektrischen Linearantriebs 4 sowie die Signalisierung des Kupplungssignals erfolgt direkt im (nicht dargestellten) Führerhaus eines Baggers.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Kupplungsvorrichtung zur Befestigung eines Arbeitsgeräts (2) mit zumindest zwei, mittels eines elektrischen Linearantriebs (4) relativ zueinander beweglichen Kupplungselementen (5a, 5b) und einem Arretierungsmittel des Abstands der beiden Kupplungselemente (5a, 5b) in Kupplungsposition, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kupplungselement (5b) verschwenkbar gelagert sowie nicht starr mit dem Linearantrieb (4) verbunden ist.

2. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das verschwenkbare Kupplungselement (5b) eine zur Antriebsrichtung (C) senkrechte Anschlagfläche (7) aufweist, an welcher in Kupplungsposition das Arretierungsmittel in Form eines über den Linearantrieb (4) versetzbaren Schlittens (9) anschlägt.

3. Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (9) einen zumindest teilweise konkav geformten Mitnehmer (10) ausbildet, welcher in einen Hinterschnitt (11 ) des verschwenkbaren Kupplungselements (5b) eingreift.

4. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (B) des verschwenkbaren Kupplungselements (5b) leicht in Öffnungsrichtung versetzt ist.

5. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im verschwenkbaren Kupplungselement (5b) eine vorgespannte Feder (13) angebracht ist, die beim Aufnehmen eines Haltebolzens (3b) unterstützend eingreift.

6. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Linearantrieb (4) ein mit Niederspannung (12V oder 24V) betriebener Spindelwellenmotor (4a) ist, optional mit einer in einem abgedichteten Gehäuse (4b) für die sich drehende Spindel, auf der die Laufmutter (4c) angebracht ist .

7. Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Arretierungsmittel ein zur Detektion der Kupplungsposition geeigneter elektronischer Positionssensor (12) zugeordnet ist.