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Die vorliegende Erfindung betrifft die Greiferkonstruktion einer in einem Gelände
zu fahrende Baumerntemaschine, Harvester, wobei der Greifer zum Fällen,
Entasten und Schneiden des Baumes und insbesondere zum Ergreifen des
Baumstammes verwendet wird.
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Bei zu fällenden, zu entastenden und zu schneidenden Bäumen variieren der
Durchmesser, die Verästelung und die Stammform in großem Maße, und der
Durchmesser eines einzelnen Stammes kann ungefähr einen halben Meter am
unteren Teil des Stammes und nur 5 cm in der Kronenspitze betragen. Der
Maschinenteil, der Fällen und Entasten kann, der Greifer, sollte relativ massiv sein,
wobei er ebenfalls den zu fällenden Baum leicht beschädigen kann. Dies trifft
ebenfalls auf solche Mittel des Greifers zu, die zum Entasten verwendet werden.
Weiterhin werden an die Entastungsmittel hohe Anforderungen aufgrund der
Vielfalt an Astknorren, deren Dicke, Form des unteren Ansatzes und Anzahl
gestellt. Darüber hinaus sollen die Entastungsschneiden präzise den Veränderungen
des Stammes hinsichtlich der Dicke folgen.
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Diese Erfindung stellt ein Verfahren zum gleichmässigen Verteilen der
Klemmkraft der Baumzuführmittel bzw. -vorschubmittel und der Entastungsmittel auf
den Stamm bereit, ebenso ein Verfahren, um die Mittel mit einem
Flexibilitätsvermögen bei sich schnell verändernden Stammdurchmessern auszustatten.
Dadurch ergeben sich offensichtliche Vorteile hinsichtlich Verwendung sowie
Konstruktion der Mittel.
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Der Greifer des Harvesters, der an einem Kranteil eines Geländefahrzeuges
befestigt ist, setzt sich aus Baumzuführmitteln wie Rollen, die an der
Greiferträgerstruktur befestigt sind, sowie aus Baumentastungsmitteln, den
Entastungsschneiden, zusammen. Der Greifer umfasst ebenfalls eine Baumablängvorrichtung,
die mit der Abmessung der Bäume zusammenhängenden Mittel, sowie die
Antriebs- und Betätigungsvorrichtungen dieser Mittel, die normalerweise
Hydraulikmotoren oder -zylinder mit den damit zusammenhängenden
Steuervorrichtungen sind. Die Einrichtung für das Positionieren des Greifers zum Fällen, Entasten
und Handhabung der Bäume wird in dieser Beschreibung nicht behandelt.
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Der Greifer des Harvesters hat zwei Betriebsstellungen, wenn er im Wald
verwendet wird. Zum Fällen der Bäume befindet sich der Greifer in einer vertikalen
Position, wobei der Greifer den Stamm primär mit den Zuführmitteln ergreift.
Diese Mittel können Rollen, um zwei Rollen gewundene
Kettenlaufbahnkonstruktionen oder dergleichen sein. Die Entastungsmittel können ebenfalls hilfreich
sein, wenn der Greifer an dem Stamm fixiert wird. Die Klemmbewegung beider
Mittel gegen den Stamm wird normalerweise über Hydraulikzylinder bewirkt. Die
Vorschubbewegung der Zuführmittel wird normalerweise über Hydraulikmotoren
bewirkt.
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Zum Entasten und Ablängen des Stammes schieben die Zuführmittel den Stamm
nach vorn, indem sie an seinem unteren Ende beginnen und die Bewegung in
Richtung der Krone weiterführen. Der Greifer wird angehalten, wenn ein Stück
des Stammes in einer bestimmten Länge abgemessen worden ist, und der
Stamm wird von den in dem Greifer angeordneten Schneidmitteln abgelängt.
Dies wird so lange durchgeführt, bis der Stamm in geeignete Stücke zerschnitten
ist. In dem gleichen Zusammenhang schneiden die Schneiden die Astknorren von
dem Stamm ab, wenn der Stamm durch einen mittels der Entastungsschneiden
gebildeten Kreis, der in dem Greifer befestigt ist, bewegt wird. Der Stamm wird
beim Transfer sehr schnell bewegt und dadurch müssen die Zuführmittel und die
Entastungsmittel dem hindurchgeführten Stamm den Weg zwischen sich
entsprechend dem sich verändernden Durchmesser und Unebenheiten des Stammes
freigeben.
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Insbesondere wenn die Vorschubgeschwindigkeit, d. h. wenn die
Geschwindigkeit, mit der der Stamm zwischen den Zuführmitteln bewegt wird, hoch ist, tritt
das Problem auf, wie eine ausreichend schnelle Hydraulikdrucksteuerung in den
die Kompression erzeugenden Hydraulikzylindern erreicht werden kann, um
Überbeanspruchungen der Transportmittel und der Entastungsmittel zu
vermeiden. Dies wird erreicht, indem Überdruckventile mit einer hohen
Durchflusskapazität und Präzisionssteuerungseigenschaften sowie Leitungssysteme mit einem
größeren Durchmesser verwendet werden. Die Rollen der Zuführmittel müssen
ebenfalls mit einer dickeren nachgiebigen Schicht von (zum Beispiel) Gummi
ausgestattet sein.
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Die schwedische Patentschrift Nr. 467 102 offenbart eine grundlegende
Greiferlösung mit Kettenlaufbahnen als Zuführmittel, wobei deren Klemmvorrichtung
sowie Entastungsmittel von der gleichen Vorrichtung und deren Schneiden von
Hydraulikzylindern gesteuert werden. Die Kettenlaufbahnen der Zuführmittel sind
mit Gummielementen ausgestattet, die die durch die Unebenheit des Stammes
verursachten Beanspruchungen sowie die Bewegungen des Rollensystems
dämpfen. Die Entastungsmittel sind - mit Ausnahme der Hydraulik - nicht mit
Dämpfungselementen oder -mitteln versehen.
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Die schwedische Patentschrift Nr. 469 774 offenbart einen Greifer mit
mindestens zwei Rollen als Zuführmittel sowie Entastungsschneiden an beiden Seiten
davon und weiterhin eine separate Schneide zum Entasten des oberen Teils des
Stammes, die bis zu einem gewissen Winkel entsprechend den Abmessungen
des Stammes mittels einer Tellerfederkonstruktion aufspringen kann. In
Entastungsrichtung gesehen wird die Klemmbewegung des auf den Stamm
gerichteten hinteren Paares von Entastungsschneiden auf die vorderen
Entastungsschneiden mittels einer Drehfeder übertragen, wobei die
Klemmbewegung der hinteren Entastungsschneiden nur innerhalb der durch den
Hydraulikzylinder zugelassenen Grenzen federnd erfolgt. Die entsprechende
Klemmbewegung der Rollen der Zuführmittel wird durch die Hydraulikzylinder erreicht, wobei
abrupte Veränderungen der Stammdicke nur aufgrund der durch deren
Steuerkreis zugelassene Federung sowie der elastischen (Gummi-) Oberflächenschicht
der Rollen aufgenommen werden.
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Das Dokument US-A-4 194 542 offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, sowohl Zuführmittel als auch
Entastungsmittel mit einer möglichen Federung zu schaffen, so dass diese
mechanisch unabhängig von der Hydraulik immer dann erfolgt, wenn ein Federn
erforderlich ist. Gleichzeitig wird ein ausreichend starker Einklemmgriff zwischen den
Zuführmitteln oder den Entastungsmitteln und dem Stamm erreicht.
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Die Erfindung ist durch die in dem kennzeichnenden Teil des anliegenden
Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet. Ein normaler Schwenkarm
der Klemmmittel ist in gewisser Hinsicht in zwei Komponente unterteilt; einen
durch den Aktuator bewegten Antriebsarm und einen Schwenkarm, die so
angeordnet sind, dass sie in Relation zueinander um eine Drehachse rotieren, die
durch den gleichen Achszapfen festgelegt ist.
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Die Erfindung basiert auf der Tatsache, dass der Antriebsarm, der die Bewegung
des eine jede Betätigung antreibenden Aktuators (oft ein Hydraulikzylinder) auf
den Schwenkarm überträgt, an der Achse der Drehbewegung des Zuführmittels
oder der Entastungsschneide oder an einer separaten Achse seitwärts davon
mittels einer Drehfeder befestigt ist. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist
es einfach, die gesamten Mittel, die den Stamm einklemmen, paarweise
ausreichend federnd auszuführen, wobei sie sich vorteilhafterweise an die
Stammunebenheiten anpassen.
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Die Erfindung kann ebenfalls derart erweitert werden, dass mehr als ein Paar
Vorschub- oder Entastungsmittel an den gleichen Aktuator angeschlossen
werden können.
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Die Vorteile der Erfindung sind offensichtlich. Da die Mittel, die sowohl für den
Vorschub als auch für das Entasten des Stammes sofort je nach Unebenheit des
Stammes aufgrund ihrer mechanischen Konstruktion federn, kann die Hydraulik
mit normalen Komponenten, deren Durchflusskapazität und Wirkungsgrad nicht
außergewöhnlich sein muss, aufgebaut werden. Weiterhin verhindert eine
schnelle Reaktion der Vorschub- und Entastungsmittel auf die Unebenheiten des
Stammes die Übertragung von abrupten und starken Veränderungen der
Belastungen auf die Konstruktion; dies kann in Betracht gezogen werden, wenn eine
vorteilhafte Konstruktion entworfen wird. Da die Klemmbewegung der
Zuführmittel, Rollen oder dergleichen auf die gleiche Weise mittels federnder
Drehfedern übertragen werden kann, können die auf den Rollen zum Dämpfen
verwendeten Gummiflächen oder die um ein Rollensatz gewundenen Gummibänder
dünner ausgeführt sein, wodurch die Herstellungskosten der Zuführmittel
reduziert werden. Weiterhin wird deren Struktur leichter.
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Das elastische Element der Drehfeder kann sich bei einer gewissen
Überbelastung in Richtung der Oberflächen, die sich mit der Bewegung des Schwenkarms
und des Antriebsarms bewegen, verformen, wobei die wechselseitige Position
der Oberflächen in dieser Richtung veränderbar ist. Die Kreisbewegung dieser
Oberflächen erfolgt konzentrisch um die Drehachse zwischen dem Schwenkarm
und dem Antriebsarm, und das elastische Element wird zwischen den
Oberflächen angeordnet. Unter normalen Bedingungen bleibt das elastische Element
zwischen den Oberflächen intakt und die wechselseitige Position der
Oberflächen verändert sich nicht in Richtung der Drehbewegung.
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Nachstehend wird die Erfindung im Einzelnen anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Der Klarheit und Vereinfachung halber sind in den Zeichnungen
keine solchen Mittel des Greifers gezeigt, die keinen direkten Bezug zur
Erfindung haben. Es gibt mehrere unterschiedliche Modifikationen der
erfindungsgemäßen Konstruktion.
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Fig. 1 - zeigt eine Ausführungsform der Entastungsmittel in dem
Greifers des Harvesters in Stammrichtung gesehen;
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Fig. 2 - zeigt den in Fig. 1 markierten Schnitt (A-A);
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Fig. 3 - zeigt ein Mittel, die der Greifer des Harvesters zum
Zuführen des Stammes unter Verwendung der Vorschubrollen
beinhaltet;
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Fig. 4 - zeigt eine Lösung der Gelenkverbindung als eine
Alternative zu der in der Fig. 3 gezeigten;
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Fig. 5 - zeigt eine Drehfeder als eine verkleinerte Darstellung im
Querschnitt senkrecht zu ihrer Drehachse und im Querschnitt
in Richtung der Drehachse;
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Fig. 6 - zeigt eine Ausführungsform, bei der die erfindungsgemäße
Konstruktion für die Übertragung der Klemmbewegung von
mehr als einem Entastungsmittel verwendet wird.
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Die Fig. 1 zeigt eine Grundform der Erfindung. Hier ist ein Paar von
Entastungsschneiden 1, 2 drehbar über Achsen 3, 3a mit dem Greiferrahmen 4 verbunden,
der nur schematisch in der Zeichnung dargestellt ist. Mit einer hebelartigen
Verlängerung an der gegenüberliegenden Seite der Achse der Entastungsschneide 1,
nämlich an dem Schwenkarm 5, ist ein Aktuator 6 drehbar verbunden, der in
diesem in der Figur gezeigten Fall ein Hydraulikzylinder ist. Der Zylinderteil ist
drehbar mit der Verlängerung 5 der ersten Schneide 1 in dem Paar verbunden,
und der Kolbenteil ist drehbar mit dem Antriebsarm 7 verbunden, der wiederum
mit dem Schwenkarm 5a der zweiten Entastungsschneide 2 über eine Drehfeder
18 - die später unter Bezug auf die Fig. 2 detailliert beschrieben wird - gekoppelt
ist. Der Aktuator 6 bewirkt die Bewegung der Schneiden 1 und 2 in dem,
Paar von Entastungsschneiden durch das Spannen der Schneiden um den
Stamm, der sich in dem Raum zwischen den Schneiden befindet. Da der
Antriebsarm 7 mit der zweiten Schneide 2 über die Drehfeder 18 verbunden ist,
können die Schneiden in Abhängigkeit von der Steifigkeit der Drehfeder 18 bei
evtl. ungleichmässigem Stammdurchmesser federn, wenn der Stamm zwischen
den Schneiden bewegt wird.
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Die Fig. 2 zeigt einen in der Fig. 1 markierten Schnitt A-A. Die Figur zeigt
nicht das Greiferrahmenteil 4, an dem die Achse 3 montiert ist, um sich in
Relation zu dem Rahmen zu drehen. Der Antriebsarm 7 und der Schwenkarm 5a sind
an der gleichen Stelle in Längsrichtung der Achse 3a und ineinander angeordnet,
so dass der Antriebsarm 7 zwischen den Ansätzen des Schwenkarmes 5a
platziert ist. Die von dem Aktuator 6 übertragene Bewegung wird über einen
Zapfen 8 an den Antriebsarm 7 weitergeleitet, dessen Bewegung über eine
Passfeder 9 weiter auf die Drehfeder 18 übertragen wird, die aus zwei ineinander
angeordneten Buchsen 10 und 11 und einem buchsenförmigen Teil 12 besteht,
der in dem Raum zwischen diesen Buchsen angeordnet und aus einem
elastischen Material hergestellt und in einer rutschfesten Art an beiden Buchsen 10
und 11 befestigt ist. Von der inneren Buchse 11 wird die Bewegung mittels
einer Passfeder 13 sowohl auf die Achse 3a als auch auf die Entastungsschneide
2, präziser ausgedrückt auf den Schwenkarm 5a, übertragen, wobei die
Schneide 2 dessen Verlängerung ist. Bei erheblichen Unebenheiten des Stammes, der
zwischen den Schneiden 1 und 2 bewegt wird, ist die Distanz zwischen den
Schneiden 1 und 2 bis zu einem gewissen Grade aufgrund der Drehfeder flexibel,
selbst dann, wenn der Aktuator 6 gar nicht nachgibt.
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Die Fig. 3 zeigt die entsprechende Ausführungsform, wenn die Drehfeder 18 in
Verbindung mit den Zuführmitteln verwendet wird. Die Fig. 3 zeigt einen Fall,
bei dem die Zuführmittel aus den Rollen 14 und 15 bestehen. Der Schwenkarm
16 der einen Rolle 15 ist durch die Achse 3 drehbar an dem Rahmen 4 montiert.
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Der Schwenkarm 17 der anderen Rolle 14 ist, in gleicher Art und Weise wie in
den Fig. 1 und 2 gezeigt, an den Antriebsarm 7 durch die Drehfeder
gekoppelt. Der Aktuator 6 bewegt den Schwenkarm 16 der zweiten Rolle 15 direkt
und durch den Antriebsarm 7 den Schwenkarm 17 über die Drehfeder.
Unabhängig vom Aktuator 6 ist der Abstand zwischen den Rollen dank der Drehfeder
18 flexibel. Wie in der Fig. 3 gezeigt, kann sich der Antriebsarm 7 in die gleiche
Richtung wie der Schwenkarm 17 erstrecken und kann innerhalb des
Schwenkarms angebracht werden.
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Die Fig. 4 zeigt die Zuführmittel 14 und 15 der Fig. 3, wobei der Antriebsarm
7 an dem Schwenkarm des einen Zuführmittels ebenfalls durch die Drehfeder
gekoppelt ist, jedoch die Drehachse der Drehfeder sich in dem Arm neben der
aktuellen Drehachse zwischen dem Arm und dem Rahmen 4 befindet. Das
Funktionsprinzip und der Aufbau der Drehfeder kann von gleicher Art sein, wie sie
vorstehend beschrieben wurde. Auf der rechten Seite der Fig. 4 ist der
Schwenkarm 17 in einem Winkel a aufgrund der Drehfeder ausgefedert.
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Die Fig. 5 zeigt die Drehfeder 18 in verkleinerter Ansicht. Der Raum 12
zwischen den konzentrischen Buchsen 10 und 11 ist mit einem elastischen Material
gefüllt, wie z. B. Gummi oder dergleichen. Dieses Material ist drehfest auf der
Innenfläche der Buchse 10 und auf der Außenfläche der Buchse 11 angebracht.
Die Passfedern 9 und 13 (durch die durchbrochenen Linien dargestellt) werden
zur Übertragung der Bewegung auf die Drehfeder und darüber hinaus,
eingesetzt. Die Drehfeder kann natürlich auch auf eine andere Art bezüglich
Übertragung der Bewegung implementiert werden; z. B. können die Buchse 11 und die
Achse 3a auf andere Art und Weise aneinander befestigt werden oder sie
können einstückig ausgebildet sein und die Bewegung wird weiter durch den Aufbau
der Achse anstatt durch die Passfeder 13 übertragen.
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Die in der Fig. 6 gezeigte Konstruktion ist ein Anwendungsbeispiel der Erfindung
für den Fall, wenn mehr als ein Paar Entastungsschneiden oder Zuführmittel zum
Betreiben durch einen einzigen Aktuator verbunden sind. In der Fig. 6 sind die
Schneiden der Entastungsschneidpaare 1, 1a und 2, 2a, die sich auf der gleichen
Seite befinden, jeweils auf einer gemeinsamen Achse 3 oder 3a aufgebaut, die
drehbar in dem Rahmen (nicht in der Fig. 6 gezeigt) montiert sind. Die Achsen 3
und 3a sind ebenfalls mit Antriebsarmen 7 und 7a des Aktuators 6 versehen, die
drehfest, z. B. durch eine Passfederverbindung, befestigt sind. Die
Entastungsschneiden sind auf den Achsen derart befestigt, dass die Schneiden 1 und 2a in
diagonal gegenüberliegenden Ecken an den Achsen 3 und 3a drehfest befestigt
sind, wie z. B. durch eine Passfederverbindung, und die Schneiden 1a und 2 an
den Achsen über die Drehfeder 18, wie vorstehend beschrieben, befestigt sind.
Diese Art des Aufbaus gibt den Schneidpaaren die gleichen Vorteile wie die
Lösung gemäß Fig. 1. Es ist offensichtlich, dass der Aktuator 6 mit seinem Arm
an irgendeiner beliebigen Stelle der Achsen angeordnet werden kann, da das sich
mit der Bewegung des Antriebsarmes 7 bewegende Element um die lange,
innerhalb der Drehfeder 18 angeordnete Achsstange 3, 3a angebracht ist. Es ist
ebenfalls für einen Fachmann offensichtlich, dass die gleiche Konstruktion auch
in Verbindung mit den Zuführmitteln verwendet werden kann, wenn der Greifer
mit zwei Zuführmittelpaaren versehen ist oder wenn die Entastungsschneiden
und die Zuführmittel miteinander mechanisch gekoppelt sind.
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Die in den Figuren gezeigten Konstruktionen sind Anwendungsbeispiele der
Erfindung. Sowohl die Zuführmittel als auch die Entastungsmittel können
paarweise flexibel in der vorstehend beschriebenen Art ausgeführt sein. Die Erfindung
beschränkt weder die Art und Weise der Anordnung der Mittel in dem Rahmen
des Greifers noch die Stellen, an denen die Elemente mit ihren Wellen
anzuordnen sind. Die Armkonstruktionen können ebenfalls für jeden Fall veränderbar
ausgeführt sein.
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Zum Befestigen des elastischen Materials an den Buchsen kann zum Beispiel
Vulkanisation oder Kleben angewandt werden oder die Befestigungsflächen
können derart sein, dass sich das elastische Material nicht entlang der Fläche der
Buchse bewegen kann. Zum Beispiel können die sich gegenüberliegenden
Flächen verzahnt sein. Es ist offensichtlich, dass zum Beispiel die Härte oder
Elastizität des Materials der Drehfeder eine Auswirkung auf den Drehwinkel hat, der
durch die Drehkraft in der Drehfeder bewirkt wird, was in diesem Zusammenhang
die Federelastizität bedeutet. Auch die Dicke der Materialschicht hat eine
Auswirkung dergestalt, dass je dicker die Materialschicht ist, um so größer das
Federungs- oder Elastizitätsvermögen ist. Durch diese zwei Faktoren können die
Federeigenschaften in der gewünschten Weise gesteuert werden.
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Es ist ebenfalls offensichtlich für einen Fachmann, dass in Abhängigkeit von der
Verwendung das elastische Material der Drehfeder sowohl hinsichtlich Qualität
als auch Härte variieren kann. Weiterhin kann die Materialdicke der Drehfeder
variieren, was dazu benutzt werden kann, die Drehamplitude zu beeinflussen.
Alle diese Faktoren können verwendet werden, um das optimale
Federungsvermögen für den jeweiligen Zweck zu finden. Zum Beispiel kann die Drehfeder in
Verbindung mit den Zuführmitteln steifer sein als für die entsprechende
Verwendung mit Entastungsschneiden.
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Diese Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der Fig. 5 gezeigten Lösung.
Das elastische Element der Drehfeder kann ebenfalls aus einem anderen Material
als einem elastischen Material mit einer festen Masse, wie zum Beispiel Gummi,
bestehen. Zum Beispiel kann das elastische Element aus einer steifen Spiralfeder
aus Stahl bestehen und zwischen den Buchsen 10 und 11 derart angeordnet
sein, dass ein Ende der Feder in der Buchse 10 und das andere Ende in der
Buchse 11 verankert sind.
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Die von den Aktuatoren der Vorschub- und Entastungsmittel auf den Stamm
ausgeübte Klemmkraft kann z. B. im Fall, dass der Aktuator ein Hydraulikzylinder
ist, gesteuert werden, indem der Druck der Hydraulikflüssigkeit, die dem
Hydraulik-Aktuator zugeführt wird, mit geeigneten Druckreduzierungsmittel
eingeschränkt wird. Es ist ebenfalls möglich, die Klemmkraft einzustellen, so dass die
Drehfedern eine gewisse Vordrehung haben, die Teil der gesamten Drehung der
Drehfeder ist. Dadurch kann die Drehfeder in beide Richtungen elastisch sein.
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Weiterhin ist es möglich, eine Drehfeder an beiden Mitteln des Paares, die von
dem gleichen Aktuator 6 bewegt werden, anzuordnen, jedoch ist es ausreichend
nur eine Achse mit einer Drehfeder zu versehen, wodurch die Konstruktion
vereinfacht wird.