DE69717080T2 - Einrichtung zum verbinden eines hydraulischen werkzeuges mit einer arbeitsmaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung desjenigen Typs, der im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist. Ein Werkzeug dieses Typs, beispielsweise eine sogenannte Kombi-Schaufel, ist normalerweise mittels einer Kupplungsanordnung an eine Arbeitsmaschine gekoppelt, welche derart konstruiert ist, daß die Kupplung des Werkzeuges von der Bedienungskabine der Arbeitsmaschine aus bedient wird, so daß der Bediener nicht die Kabine verlassen muß, um das Werkzeug manuell zu koppeln. Das Werkzeug wird normalerweise mittels eines Druckfluides, beispielsweise eines Hydraulikfluides betätigt. Daher ist es nicht nur das Werkzeug, das mechanisch gekoppelt werden muß, sondern auch die Hydraulikleitungen. Schnellkupplungseinrichtungen, mit denen Werkzeuge sowohl mechanisch als auch hydraulisch ohne manuellen Eingriff angeschlossen werden können, sind der Fachwelt bekannt, beispielsweise durch die Veröffentlichungen SE-443 437, SE-467 742 und SE-463 319 und US-A-5.465.513, welche die Grundlage für den Oberbegriff des unabhängigen Anspruches bilden.
• Wenn das Werkzeug mechanisch an die Maschine gekoppelt wird, greifen die entsprechenden Kupplungseinrichtungen am Werkzeug und an der Maschine ineinander. Ein relativ großes Spiel von etwa 20 mm ist erforderlich, um das Ankoppeln des Werkzeuges zu ermöglichen. Ein solch großes Spiel kann beim automatischen Schnellkuppeln nicht akzeptiert werden, und folglich muß das Spiel eliminiert oder zumindest in gewisser Weise begrenzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, Führungsschultern an eines der Kupplungsteile anzuschweißen. Diese technische Lösung macht das Schnellkuppeln des Werkzeuges schwierig ausführbar, da der Benutzer die Kupplungsteile sehr genau positionieren muß.
• Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, die Kupplungsteile für das Betriebsfluid so zu gestalten, daß sie effektiv und zuverlässig miteinander gekuppelt werden können, ohne hohe Anforderungen an die mechanische Präzision zu stellen, mit welcher die Kupplungsteile einander gegenüber anzuordnen sind.
• Dies wurde erfindungsgemäß mit einer Kupplungsanordnung desjenigen Typs erreicht, wie er in Anspruch 1 definiert ist, dessen spezielle Merkmale im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches beschrieben sind.
• Da die Fluid-Kupplungsvorrichtungen des am Werkzeug angebrachten Kupplungsteiles in der Kupplungsrichtung elastisch sind, können diese Vorrichtungen, wenn keine Last an der Feder angreift, in eine Richtung positioniert werden, in welcher keine Gefahr besteht, daß an der Maschine befestigte mechanische Kupplungsteile gegen am Werkzeug befestigte Kupplungsteile stoßen, wenn diese Kupplungsteile mechanisch gekoppelt werden, sogar, wenn ein Spiel in der Größenordnung von 20 mm vorhanden ist. In Verbindung mit der Kupplung der Hydraulik wird die am Werkzeug angebrachte Fluid-Kupplungsvorrichtung durch diese Betätigungsbewegung gegen die Wirkung der Feder in ihre richtige Position gebracht, wobei die am Werkzeug angebrachte Fluid-Kupplung durch Anlage an einer Oberfläche des an der Maschine angebrachten Kupplungsteiles in diese Position gedrückt wird. Dies sichert eine schnelle, zwangsläufige und richtige Kupplung sowohl mechanisch als auch hydraulisch, ohne daß der Bediener die Fahrerkabine der Maschine verlassen muß.
• Elastische bzw. federnde Hydraulik-Kupplungsanordnungen sind der Fachwelt bekannt. Beispielsweise beschreibt das US-Patent Nr. 3.750.703 eine Hydraulik-Kupplung, bei welcher ein Teil elastisch angebracht ist. Dieses Teil ist nur in einer Richtung senkrecht zur Kupplungsrichtung elastisch, um einen Ausgleich herbeizuführen für den Fall, daß die Kupplungselemente einander nicht genau gegenüberliegen. WO 90/14544 beschreibt eine Hydraulik-Kupplungsanordnung, bei welcher ein Kupplungsteil in Kupplungsrichtung elastisch ist. Der einzige Zweck dieser Anordnung besteht darin, einen weichen Kupplungseingriff zu erreichen. Bei dieser Anordnung ist keine direkte Bewegung des elastisch gelagerten Teiles von einer ersten zu einer zweiten anderen Position vorgesehen.
• Eine einfache und wirksame Ausführungsform wird erhalten, wenn die Elastizität durch eine mechanische Feder, vorzugsweise durch eine Druckfeder erreicht wird.
• Eine optimale Strecke für den Federweg liegt in der Größenordnung von 20 mm bis 50 mm, vorzugsweise von 30 mm bis 40 mm.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese an einer Kupplungsanordnung angewandt, bei welcher die Hydraulik-Verbindungsteile an der Maschine bei der Ausführung des Kupplungsvorganges direkt gegenüber Verbindungsteilen am Werkzeug angeordnet sind und in diese hinein bewegt werden.
• Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Kupplungs-Verbindungsteile eines oder beider Teile an Führungsschienen entlang bewegbar.
• Die oben erwähnten bevorzugten Ausführungsformen und weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden aus den folgenden Unteransprüchen deutlich werden.
• Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform derselben sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei die Zeichnungen darstellen:
• Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Arbeitsmaschine, bei welcher die Erfindung angewandt wird.
• Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht von Kupplungsteilen an der Maschine und am Werkzeug im nicht gekoppelten Zustand.
• Fig. 3 ist eine Ansicht entsprechend Fig. 2, dargestellt in einem Zustand, in welchem die mechanische Kupplung der Teile begonnen hat.
• Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen von der entgegengesetzten Seite, wobei die Kupplungsvorrichtungen gekoppelt, aber nicht arretiert und nicht hydraulisch gekoppelt sind.
• Fig. 5 ist eine Ansicht entsprechend Fig. 4, wobei die Kupplungsvorrichtungen arretiert und hydraulisch gekoppelt sind.
• Fig. 6 ist eine schematische Seitenansicht der Kupplungsvorrichtungen in der Position von Fig. 4.
• Fig. 7 ist eine Ansicht entsprechend Fig. 6, jedoch mit den Kupplungsvorrichtungen in der in Fig. 5 gezeigten Position.
• Die in Fig. 1 dargestellte Arbeitsmaschine 1 trägt ein Werkzeug in Form einer hydraulischen Kombi-Schaufel 2. Die Schaufel wird hydraulisch von der Fahrerkabine der Maschine aus betätigt. Die Kupplung und die Entkupplung des Werkzeuges 2 werden ebenfalls von der Fahrerkabine aus betätigt. Die übrigen Figuren illustrieren, wie das Werkzeug 2 am Arm der Maschine 1 angebracht ist.
• Mit der Absicht, das Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, zeigt die Fig. 2 die wichtigsten Teile des an der Maschine angebrachten Kupplungsteiles 3 und des am Werkzeug angebrachten Kupplungsteiles 4. Das an der Maschine angebrachte Kupplungsteil 3 weist zwei Seitenteile auf, deren jedes je eine Außenplatte 5 und 5a sowie je eine Innenplatte 6 und 6a mit einem Abstand zwischen jeder dieser Platten umfaßt, wobei in dem Abstand am oberen Ende derselben ein Eingriffsstift 7 und 7a angeordnet ist. Die beiden Seitenteile sind untereinander durch eine obere Strebe 8 und ein Verbindungselement 9 an der Unterseite der Teile verbunden. Auf dem Verbindungselement 9 ist ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder 10 angebracht, der vom Fahrerhaus der Maschine aus über Hydraulikleitungen 11 bedient wird. Der Hydraulikzylinder 10 ist auf jeder Seite über entsprechende Kolbenstangen 24 und 24a mit einem Kupplungsarm 12 bzw. 12a verbunden (Es muß angemerkt werden, daß aus Gründen der Darstellung der Kupplungsarm 12 auf der rechten Seite der Figur seitlich versetzt von seiner tatsächlichen Position dargestellt ist. Der Kupplungsarm ist tatsächlich hinter der Innenplatte 6 verborgen). Arretierungs-Verriegelungsbolzen 13 und 13a und Hydraulik-Kupplungselemente 14 bzw. 14a sind auf den entsprechenden Kupplungsarmen 12 bzw. 12a angebracht, wobei der jeweilige Kupplungsarm durch eine Führungsbahn gesteuert wird. Diese Bauteile werden später im Detail erläutert werden. Hydraulikleitungen 15 und 1 S erstrecken sich zu den Hydraulik-Kupplungselementen 14 und 14a.
• Das am Werkzeug befestigte Kupplungsteil 4 ist auf jeder Seite mit einem Greifarm 16 und 16a versehen, der an seinem oberen Ende einen Haken 17 bzw. 17a trägt. Zwischen den beiden Greifarmen 16 und 16a erstreckt sich ein Paar Führungsschienen 28 und 29, auf welchen in der Nähe der Greifarme 16 und 16a je ein Kupplungsblock 18 bzw. 18a mit daran befestigten Hydraulik-Kupplungselementen 19 und 19a angeordnet ist und sich bewegen kann. Zwischen jedem Kupplungsblock 18 und 18a und den entsprechenden Greifarmen 16 und 16a sind Druckfedern 20 und 20a angeordnet (wovon die Druckfedern auf der linken Seite der Figur weggelassen wurden).
• Fig. 3 zeigt die beiden Haken 17 und 17a der entsprechenden Greifarme 16 und 16a des am Werkzeug befestigten Teiles, eingehakt in die Eingriffsstifte 7 und 7a an den Seitenteilen des an der Maschine angebrachten Teiles, wenn die Teile zusammengekuppelt sind. Der an der Maschine angebrachte Kupplungsteil 3 wird dann aus der dargestellten Position in Richtung der Pfeile zum am Werkzeug angebrachten Kupplungsteil in eine Kupplungsstellung geschwenkt, in welcher das Werkzeug bereit zur Arretierung und zur Verbindung der Hydrauliksysteme ist. Um das Einhaken der in Fig. 3 dargestellten Teile in der Praxis von der Fahrerkabine aus zu ermöglichen, ist es erforderlich, daß der Abstand zwischen den Plattenpaaren des an der Maschine angebrachten Kupplungsteiles ein wenig größer ist als die Dicke der Haken 17 und 17a. Es ist daher notwendig, daß ein Spiel von etwa 10 mm bis 20 mm toleriert wird.
• Fig. 4 ist eine detaillierte Ansicht der beiden Kupplungsteile, nachdem die Teile aus der in Fig. 3 gezeigten Position in eine Position geschwenkt wurden, in welcher sie sicher arretiert und die Hydraulikleitungen verbunden sind. Diese Ansicht zeigt die Teile aus einer anderen Richtung, d. h. in bezug auf die Fig. 2 und 3 von hinten.
• Der Greifarm 16 ist in einer Position dargestellt, in welcher sein unterer Teil zwischen die äußeren und die inneren Seitenplatten 5 und 6 des an der Maschine befestigten Kupplungsteiles ragt. In dieser Position ist ein Loch 21 im Greifarm 16 gegenüber Löchern 22 und 23 positioniert, die in den inneren bzw. äußeren Seitenplatten vorgesehen sind. Der Arretierungs- Verriegelungsbolzen 13 erstreckt sich in das Loch 22 in der inneren Seitenplatte 6. Die Führungen 28 und 29 auf dem am Werkzeug befestigten Kupplungsteil sind so angeordnet, daß sie die Innenplatte 6 nicht berühren. Die Druckfedern 20 halten den Kupplungsblock 18, welcher auf den Führungen beweglich angebracht ist und welcher die Hydraulik-Kupplungselemente 19 trägt, in einer ausreichend großen Entfernung vom Greifarm 16, um sicherzustellen, daß die innere Seitenplatte während der in Fig. 3 dargestellten Kupplungsbewegung nicht am Kupplungsblock 18 anschlägt und in einem sicheren Abstand von diesem bleibt.
• Der Kupplungsarm 12 trägt die Hydraulik-Kupplungselemente 14 (in dieser Figur durch den Kupplungsarm verdeckt), welche an Hydraulikleitungen 15 angeschlossen sind, und der Arretierungs-Verriegelungsbolzen 13 ist entlang von Führungsbahnen beweglich (in Fig. 4 verdeckt) und wird mit Hilfe der Kolbenstange 24 betätigt, die aus dem Hydraulikzylinder herausragt und mit dem Kupplungsarm 12 verbunden ist.
• Beim Zusammenkuppeln der oben genannten Kupplungsteile wird der Hydraulikzylinder 10 betätigt, so daß die Kolbenstange 24 nach außen gedrückt und der Kupplungsarm 12 in Pfeilrichtung bewegt wird. Der Arretierungs-Verriegelungsbolzen 13 wird dabei durch das Loch 21 im Greifarm 16 und das Loch in der Außenplatte 5 (in dieser Figur verdeckt) gedrückt und arretiert das am Werkzeug angebrachte Kupplungsteil mechanisch mit dem an der Maschine angebrachten Kupplungsteil. Zur gleichen Zeit bewegen sich die Hydraulik-Kupplungselemente 14 zu den entsprechenden Hydraulik-Kupplungselementen 19 am Kupplungsblock 18 und werden zum Eingriff miteinander gebracht. Die Hydraulik-Kupplungselemente sind erhaben und vertieft ausgeführt, wobei die vertieften Elemente bei der dargestellten Ausführungsform auf dem an der Maschine befestigten Kupplungsteil angeordnet sind. Wenn die Hydraulik-Kupplungen miteinander verbunden sind, veranlaßt die fortgesetzte Bewegung der Kolbenstange 24 den Kupplungsarm 12 den Kupplungsblock 18 vorwärts zu stoßen und dabei die von den Druckfedern 20 ausgeübte Gegenkraft zu überwinden. Die innere Seitenplatte 6 bildet eine Anschlagsfläche für den Kupplungsblock 18 und beendet damit die Kupplungsbewegung, womit die Hydraulik- Verbindungen arretiert sind. Diese Position ist in Fig. 5 dargestellt, in welcher die Anlage des Kupplungsblockes 18 an der inneren Seitenplatte 6 symbolisch durch den auf Null verminderten Abstand A angedeutet ist.
• Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Positionen sind in den Fig. 6 und 7 noch schematischer gezeigt mit der Absicht, die Funktion der gezeigten Anordnung noch deutlicher zu illustrieren. Die Fig. 6 zeigt, wie die Kolbenstange 24 in den Hydraulikzylinder 10 vor der Herstellung der Verbindung zurückgezogen ist, wodurch der Kupplungsarm 12 in einer nach hinten zurückgezogenen Position gehalten wird, wobei sich der Arretierungs-Verriegelungsbolzen 13 durch das Loch in der inneren Seitenplatte erstreckt und die Hydraulik-Kupplungselemente 14 den Hydraulik-Kupplungselementen 19 auf dem am Werkzeug befestigten Kupplungsteil gegenüberliegen, aber sie noch nicht berühren.
• In Fig. 7 ist der Zylinder 10 unter Druck gesetzt worden und die Kolbenstange 24 wird demzufolge in der Figur nach links ausgefahren, wobei der Kupplungsarm 12 durch die Kolbenstange eingeklemmt und der Arretierungs-Verriegelungsbolzen 13 durch das Loch im Greifarm 16 und durch das Loch in der äußeren Seitenplatte 5 bewegt wird, so daß die Greifarme sicher arretiert werden. Zugleich sind auch die Hydraulik-Kupplungselemente 14 mit den Hydraulik- Kupplungselementen 19 zum Eingriff gebracht und die Bewegung ist durch die Anlage des Kupplungsblockes 18 an der inneren Seitenplatte 6 gestoppt worden.
• Die Fig. 6 und 7 zeigen auch die Führung 25, auf welcher der Kupplungsarm 12 geführt ist und welche in den anderen Figuren verdeckt ist.

Claims (12)

1. Kupplungsanordnung mit einem ersten Kupplungsteil (3), das mit einer Arbeitsmaschine (1) verbindbar ist und eine erste Fluid-Kupplungseinrichtung (12, 14; 12a, 14a) aufweist sowie mit einem zweiten Kupplungsteil (4), das mit einem Arbeitsgerät verbindbar und mit einer zweiten Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) versehen ist, wobei das erste Kupplungsteil (3) eine Antriebseinrichtung (10, 14, 14a) aufweist, um die erste Fluid- Kupplungseinrichtung (12, 14; 12a, 14a) in Richtung einer Verbindung mit der zweiten Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsanordnung eine Anschlageinrichtung (6, 6a) aufweist, die an einem Kupplungsteil angeordnet ist; daß die zweite Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) in der Betätigungsrichtung bewegbar ist; daß die Antriebseinrichtung (10, 24, 24a) eine Hublänge hat, die ausreicht, einerseits die erste Fluid-Kupplungseinrichtung (12, 14; 12a, 14a) mit der zweiten Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) und andererseits die zweite Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) über die erste Fluid-Kupplungseinrichtung (12, 14; 12a, 14a) mit der Anschlageinrichtung (6, 6a) in Kontakt zu bringen und daß die Anordnung mindestens eine Federeinrichtung (20, 20a) aufweist, um mit einer Federkraft, welche der Betätigungsbewegung entgegengesetzt ist, auf die zweite Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) einzuwirken.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher jede der Fluid-Kupplungseinrichtungen (12, 14; 12a, 14a; 18, 19; 18a, 19a) eine Vielzahl von Fluid-Kupplungselementen (14, 14a, 19, 19a) aufweist, deren jedes an eine Fluid-Leitung angeschlossen ist.

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Federeinrichtung (20; 20a) eine mechanische Druckfeder ist.

4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, bei welcher die erste Fluid-Kupplungseinrichtung (12, 14; 12a, 14a) mindestens einen Kupplungsarm (12; 12a) aufweist, an welchem die ersten Fluid-Kupplungselemente (14; 14a) angeordnet sind und mit welchem die Antriebseinrichtung (10, 24; 24a) verbunden ist.

5. Kupplungsanordnung nach Anspruch 4, bei welcher der Kupplungsarm (12; 12a) eine Arretierungseinrichtung (13; 13a) aufweist, um das erste Kupplungsteil (3) am zweiten Kupplungsteil (4) zu arretieren.

6. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die zweite Fluid- Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) mindestens einen Kupplungsblock (18; 18a) aufweist, an welchem zweite Fluid-Kupplungselemente (19; 19a) angeordnet sind und mit welchem die Federeinrichtung (20; 20a) verbunden ist.

7. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die zweite Fluid- Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) über einen Abstand von 20 mm bis 50 mm bewegbar ist, bevor sie von der Anschlageinrichtung (6; 6a) gestoppt wird.

8. Kupplungsanordnung nach Anspruch 7, bei welcher der Abstand 30 mm bis 40 mm beträgt.

9. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher das erste und das zweite Kupplungsteil (3, 4) eine erste Rahmeneinrichtung (5, 6; 5a, 6a) und eine zweite Rahmeneinrichtung (16, 16a) aufweisen, die beim Kuppeln der Kupplungsteile in der Betätigungsrichtung nur in einem geringen Abstand voneinander entfernt sind und bei welcher die zweite Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) in der Betätigungsrichtung in einem Abstand von der ersten Rahmeneinrichtung (6, 6a) angeordnet ist, welcher größer ist als der geringe Abstand.

10. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Antriebseinrichtung (10, 24, 24a) einen fluidbetätigten Kolben (24, 24a) aufweist.

11. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher zumindest die erste Fluid-Kupplungseinrichtung (12, 14; 12a, 14a) oder die zweite Fluid-Kupplungseinrichtung (18, 19; 18a, 19a) auf Führungen geführt sind.

12. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher alle Kupplungseinrichtungen doppelt ausgeführt und in bezug auf eine durch die Kupplungsteile (3, 4) verlaufende Symmetrie-Ebene spiegelbildlich angeordnet sind sowie bei welcher die Betätigungsbewegung eine Bewegung von der Symmetrie-Ebene aus in jeder Richtung nach außen ist.