Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kranarm für einen Kran, mit einer Längsachse und einer in einer Transversalebene in Bezug auf eine Symmetrieachse spiegelsymmetrisch verlaufenden Konturlinie, wobei die Konturlinie zwischen einem auf der Symmetrieachse äquidistant zum ersten und zweiten Schnittpunkt angeordneten Punkt und dem ersten Schnittpunkt einen zumindest angenähert kreisbogenförmigen Abschnitt aufweist, an den sich in Richtung des zweiten Schnittpunkts tangential ein erster geradliniger Abschnitt anschließt, dessen gedachte Verlägerung in Richtung des zweiten Schnittpunkts die Symmetrieachse schneidet und mit dieser einen spitzen Winkel einschließt.

Ein derartiger Kranarm ist beispielsweise in Fig. 13 der EP 583 552 B1 gezeigt.

Nachteilig ist, dass die Herstellung des kreisbogenförmigen Abschnitts aufwändig und nicht leicht fehlerfrei durchführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Kranarm zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Kranarm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein realer Kranarm weist natürlich aufgrund der Materialstärke der ihn bildenden Bauteile sowohl eine Außenkontur als auch eine Innenkontur auf. Die "gedachte Konturlinie" bezieht sich auf die Außenkontur des Kranarms.

Durch die Erfindung ergeben sich eine gute Schweißbarkeit des Kranarms, eine bessere Spannbarkeit zum Schweißen durch die schräg aufeinander treffenden Abschnitte sowie die Ausführung einer Längsschweißnaht ohne zusätzliche Kantenvorbereitung. Insgesamt ergibt sich eine prozesssichere Ausbildung.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Unter Flächenschwerpunkt wird im Sinne dieser Offenbarung der Schwerpunkt des gesamten von der gedachten Konturlinie eingeschlossenen Bereichs verstanden. Der Begriff "Flächenschwerpunkt" soll also nicht in Bezug auf die zwischen der Außen- und Innenkontur eingeschlossene Fläche verstanden werden.

Die Erfindung betrifft weiters ein Auslegersystem für einen Kran, wobei zumindest ein Ausleger und/oder eine Auslegerverlängerung als Kranarm nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet sind. Vorzugsweise sind zwischen ein und zwanzig, vorzugsweise zwischen fünf oder zehn Auslegerverlängerungen vorgesehen. Besonders bevorzugt gilt, dass mehr als fünf Auslegerverlängerungen vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft weiters einen Kran, insbesondere Ladekran, mit einem Kranarm nach einer der vorgenannten Ausführungsformen oder ein Auslegersystem der vorgenannten Art sowie ein mit einem derartigen Kran ausgestattetes Nutzfahrzeug.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung. Dabei zeigen:

Fig. 1 a

ein erstes Ausführungsbeispiel der gedachten Konturlinie eines erfindungsgemäßen Kranarms,

Fig. 1b und 1c

die Konstruktion einer Konturlinie (Fig. 1b) und die entsprechende Blechkonstruktion (Fig. 1 c) eines Ausführungsbeispiels, bei welchem der kreisbogenförmige Abschnitt k₁ durch einen Polygonzug angenähert ist,

Fig. 1d

ein Auslegersystem mit drei Auslegerverlängerungen gemäß Fig. 1b,

Fig. 1e

den Kranarm nach den Fig. 1a bis 1c, wobei die Lage des Flächenschwerpunktes eingezeichnet ist,

Fig. 1f

ein Auslegersystem mit einer Auslegerverlängerung, wobei die Anordnung von Lagerelementen gezeigt ist,

Fig. 1g

ein Auslegersystem mit einer Auslegerverlängerung, wobei der kreisbogenförmige Abschnitt im Ausleger und der Auslegerverlängerung durch unterschiedliche Polygone angenähert wurde,

Fig. 2

den Kranarm nach den Fig. 1a bis 1c und 1e, wobei stellvertretend für alle Ausführungsbeispiele jene Fläche, auf die sich der Flächenschwerpunkt bezieht, strichpunktiert eingezeichnet wurde,

Fig. 3

ein zweites Ausführungsbeispiel der gedachten Konturlinie eines erfindungsgemäßen Kranarms,

Fig. 4

die perspektivische Ansicht eines Auslegersystems gemäß Fig. 1d und

Fig. 5

ein Nutzfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kran.

Vorausgeschickt sei, dass alle Figuren insoweit maßstabsgerecht sind, als die Längen der einzelnen Konturabschnitte sowie die dargestellten Winkel im richtigen Verhältnis zueinander dargestellt sind. Alle Winkelangaben beziehen sich auf das Gradmaß, sodass ein Vollwinkel 360 Grad entspricht. Unter einem spitzen Winkel wird ein Winkel kleiner als ¼ Vollwinkel verstanden. Unter einem stumpfen Winkel wird ein Winkel größer als ¼ und kleiner als ½ Vollwinkel verstanden. Ein Winkel gleich ¼ Vollwinkel wird als rechter Winkel bezeichnet.

Fig. 1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Verlaufes der gedachten Konturlinie des Kranarms in einer Transversalebene des Kranarms. Unter Transversalebene wird dabei eine Ebene verstanden, welche von der Längsachse des Kranarms orthogonal durchstoßen wird. Alle erfindungsgemäßen Kranarme weisen eine in der Transversalebene angeordnete Symmetrieachse s auf, in Bezug auf welche die Konturlinie des Kranarms in der Transversalebene wenigstens annähernd spiegelsymmetrisch verläuft. Für den Fall, dass der Kranarm über einen Großteil oder seine gesamte Längserstreckung dieselbe Querschnittsform aufweist, stellt diese Symmetrieachse s die Schnittgerade der Transversalebene mit der entlang der Längsachse verlaufenden Symmetrieebene (Medianebene) dar. Bei allen Ausführungsformen schneidet die Konturlinie die Symmetrieachse s in einem ersten und einem zweiten Schnittpunkt S₁, S₂. Der auf der Symmetrieachse s äquidistant zum ersten und zum zweiten Schnittpunkt S₁, S₂ angeordnete Mittelpunkt M stellt die Position der halben Höhe des Kranarms in der Transversalebene dar. Ausgehend vom Mittelpunkt M in Richtung des Schnittpunkt S₂ befindet man sich in einem Bereich des Kranarms, welcher im Betrieb überwiegend auf Zug belastet wird. Der zwischen dem Mittelpunkt M und dem ersten Schnittpunkt S₁ liegende Bereich des Kranarms wird im Betrieb im Wesentlichen auf Druck belastet.

Der in Fig. 1 dargestellte Verlauf der Konturlinie des Kranarms weist vier voneinander unterscheidbare Abschnitte k₁, g₁, g₂, g₃ auf.

Der im Bereich der im Betrieb größten Druckbelastung angeordnete Abschnitt k₁ ist kreisbogenförmig ausgebildet, da diese Querschnittsform, wie an sich bekannt, verringerte Druckspannungen und damit eine Verminderung der Beulgefährdung aufweist. Es genügt, wenn dieser Abschnitt in dem Sinn wenigstens annähernd kreisbogenförmig ist, als er durch ein Polygon angenähert sein kann, wie dies in den Fig. 1 bund 1 c dargestellt ist. Die Annäherung des kreisbogenförmigen Abschnitts k₁ durch einen Polygonzug gestattet eine einfachere Fertigung durch Abkantung der den Kranarm bildenden Bleche. Natürlich kann aber eine kreisbogenförmige Ausbildung mittels eines Walzvorganges realisiert werden.

Der kreisbogenförmige Abschnitt k₁ kann auch in dem Sinn nur angenähert kreisbogenförmig sein, als er beispielsweise durch einen oder mehrere Ellipsenabschnitte mit entsprechend geringer Exzentrität gebildet sein kann. Denkbar wäre auch eine Ausbildung eines kreisbogenförmigen Abschnitts k₁ durch eine Aneinanderreihung entsprechend kurzer geradliniger, elliptischer und/oder kreisbogenförmiger Segmente.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist es besonders vorteilhaft, wenn der kreisbogenförmige Abschnitt k₁ als Viertelkreisbogen ausgebildet ist, das heißt, sich über einen Winkel von ca. 90 Grad erstreckt. Hierdurch ist es möglich, den Großteil des Verlaufes der Konturlinie zwischen dem ersten Schnittpunkt S₁ und dem Mittelpunkt M in Form eines kreisbogenförmigen Abschnitts k₁ auszubilden. Besonders bevorzugt ist die in Fig. 1 dargestellt Variante, bei welcher der Krümmungsmittelpunkt K des kreisbogenförmigen Abschnitts k₁ in der Nähe oder auf der Symmetrieachse s liegt und der Krümmungsmittelpunkt K des kreisbogenförmigen Abschnitts k₁ zwischen dem ersten Schnittpunkt S₁ und dem Mittelpunkt M liegt.

Erfindungsgemäß ist, wie in Fig. 1 gezeigt, vorgesehen, dass sich tangential an den kreisbogenförmigen Abschnitt k₁ in Richtung des ersten Schnittpunkts S₁ ein zweiter geradliniger Abschnitt g₂ anschließt, der mit der Symmetrieachse s einen Winkel γ kleiner als 90 Grad einschließt (hier beträgt der Winkel γ ca. 72 Grad). Hierdurch ergeben sich eine gute Schweißbarkeit des Kranarms, eine bessere Spannbarkeit zum Schweißen durch die schräg aufeinander treffenden Abschnitte sowie die Möglichkeit der Ausführung einer Längsschweißnaht ohne zusätzliche Kantenvorbereitung. Insgesamt ergibt sich eine prozesssichere Ausbildung.

Der Winkel ist vorzugsweise kleiner als 80 Grad. Vorzugsweise ist der Winkel γ größer als 70 Grad.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Krümmungsmittelpunkt K des kreisbogenförmigen Abschnitts k₁ direkt auf der Symmetrieachse s zwischen dem Punkt M und dem ersten Schnittpunkt S₁. Anders als dargestellt, kann der Krümmungspunkt K auch etwas versetzt zur Symmetrieachse s angeordnet sein. Er sollte sich jedoch stets im Bereich zwischen dem Punkt M und dem ersten Schnittpunkt S₁ befinden.

An den kreisbogenförmige Abschnitt k₁ schließt sich in Richtung des zweiten Schnittpunkts S₂ tangential an den in Fig. 1a und 1 b dargestellten Hilfskreis der erste geradlinige Abschnitt g₁ an, welcher sich über den Großteil des Konturverlaufes zwischen dem Mittelpunkt M und dem zweiten Schnittpunkt S₂ erstreckt. Durch diese lang gezogene geradlinige Ausbildung im oberen Bereich des Kranarms und die sich damit ergebende Querschnittsverjüngung wird eine Zone gebildet, welche besser als im Stand der Technik zur Aufnahme der hier auftretenden Zugkräfte sowie der Auflagekräfte bei der Anordnung in einem Auslegersystem geeignet ist. Die gedachte Verlängerung g₁' des geradlinigen Abschnitts g₁ (siehe Fig. 1b) schließt mit der Symmetrieachse s einen spitzen Winkel β ein, welcher im gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 18 Grad beträgt. Ganz allgemein kann der spitze Winkel β auch in einem Bereich größer als 10 Grad, vorzugsweise größer als 15 Grad liegen. Bevorzugt ist dabei jeweils eine obere Grenze von 25 Grad, um einen zu flachen Verlauf des geradlinigen Abschnitts g₁ auszuschließen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 schließt sich an den ersten geradlinigen Abschnitt g₁ unmittelbar ein dritter geradliniger Abschnitt g₃ an, welcher bis zur Symmetrieachse s verläuft und diese im zweiten Schnittpunkt S₂ schneidet. Wie dies insbesondere in Fig. 1 c zu erkennen ist, kann es aus fertigungstechnischen Gründen wünschenswert sein, wenn der dritte geradlinige Abschnitt g₃ (anders als in Fig. 1a dargestellt) nicht unmittelbar, sondern über einen vorzugsweise gekrümmt ausgebildeten weiteren Abschnitt mit dem ersten geradlinigen Abschnitt g₁ verbunden ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel schließt der dritte geradlinige Abschnitt g₃ mit der Symmetrieachse s einen Winkel α ein, der kleiner als 90 Grad ist (im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beträgt der Winkel α ca. 65 Grad). Besonders bevorzugt ist ein Bereich für den Winkel α kleiner als 70 Grad. Der Winkel α sollte in diesem Ausführungsbeispiel allerdings größer als 60 Grad sein.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 schließt der zweite geradlinige Abschnitt mit der Symmetrieachse s einen rechten Winkel ein.

Der dritte geradlinige Abschnitt g₃ bringt den Vorteil mit sich, dass hierdurch im Bereich um die Spitze des Kranarms herum eine günstige örtliche Krafteinleitung, wie sie beispielsweise bei der Abstützung von Gleitpaketen zwischen einzelnen Auslegerverlängerungen erfolgt, ermöglicht wird. Durch die kurze Schenkellänge ergibt sich nämlich ein günstiges Verhältnis zwischen der Blechdicke und der Schenkellänge, sodass eine Verformung des Kranarms im oberen Bereich verhindert wird.

Allerdings wäre grundsätzlich auch eine Ausbildung des Konturverlaufes in diesem Bereich in Form eines zweiten kreisbogenförmigen Abschnitts k₂ möglich (siehe Fig. 3). Dies stellt aber nur eine spezielle Variante einer allgemeineren Idee dar, nämlich jener, dass die Konturlinie in einer Rundung an der Symmetrielinie s endet. Alternativ zur dargestellten Ausbildung der Rundung als kreisbogenförmiger Abschnitt k₂ könnte die Rundung zum Beispiel auch als Kantung 7 ausgeführt sein.

Ganz allgemein muss zu allen gezeigten Ausführungsformen gesagt werden, dass der Flächenschwerpunkt F, der von der Konturlinie in der Transversalebene eingeschlossenen Fläche in einem Bereich zwischen dem Mittelpunkt M und dem ersten Schnittpunkt S₁, das heißt unterhalb der halben Höhe des Kranarms, liegt. Hierdurch wird die Querschnittskonzentration des Kranarms möglichst in die Druckzone nach unten verlagert, wodurch sich ein geringerer Druckspannungsanteil ergibt.

Wie aus den Figuren erkennbar ist, weist die Konturlinie aller Ausführungsbeispiele zwischen dem ersten Schnittpunkt S₁ und dem zweiten Schnittpunkt S₂ einen Extremalpunkt E mit maximaler Entfernung e von der Symmetrieachse s auf. Der Abstand D zwischen dem ersten Schnittpunkt und dem zweiten Schnittpunkt S₁, S₂ kann dabei wenigstens doppelt so groß sein, wie die Entfernung e. Bevorzugt ist der Abstand D wenigstens zweieinhalb mal so groß, besonders bevorzugt 2,75-mal so groß, wie die Entfernung e. Der Abstand D kann jeweils kleiner als dreimal die Entfernung e sein.

Es kann vorgesehen sein, dass der Abstand d der Konturlinie von der Symmetrieachse s bei ungefähr einem Viertel des Abstands D zwischen dem ersten und dem zweiten Schnittpunkt S₁, S₂ ausgehend vom zweiten Schnittpunkt S₂ kleiner gleich 0,8 mal der maximalen Entfernung e ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Extremalpunkt E zwischen dem Mittelpunkt M und dem ersten Schnittpunkt S₁ ungefähr auf der Höhe des Krümmungsmittelpunktes K. Bei dem in Fig. 1a dargestellten Verlauf weist die Konturlinie nur einen einzigen Extremalpunkt E auf, das heißt sowohl in Richtung des ersten Schnittpunkts S₁ als auch in Richtung des zweiten Schnittpunkts S₂ verringert sich ausgehend vom Extremalpunkt E die Breite des Kranarms. Bei der Annäherung des kreisbogenförmige Abschnitt k₁ durch einen Polygonzug, wie in Fig. 1c dargestellt, weisen natürlich alle Punkte des Polygonabschnittes, durch welchen der kreisbogenförmige Abschnitt k₁ im Bereich des Extremalpunktes E approximiert wird, diese maximale Entfernung e auf.

Ausgehend von dem in Fig. 1a dargestellten Hilfskreis mit dem Radius r weist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Profilbreite b gemäß b -2r, eine Profilhöhe D gemäß D -3r und eine Profilbreite oben b₁ gemäß b₁ -r auf. Diese besonders vorteilhaften Dimensionierungen können ganz allgemein bei erfindungsgemäßen Kranarmen vorgesehen sein.

Die Fig. 1e zeigt für das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Lage des Flächenschwerpunkts F zwischen dem Mittelpunkt M und dem ersten Schnittpunkt S₁ auf der Symmetrieachse s. Der Flächenschwerpunkt F bezieht sich dabei auf die in Fig. 2 strichpunktiert dargestellte Fläche, d.h. auf die gesamte Fläche, welche von der gedachten Konturlinie (entspricht der Außenkontur) eingeschlossen wird.

In Fig. 1f ist ein Auslegersystem 5 mit einer Auslegerverlängerung dargestellt, wobei zusätzlich die Lagerung des Auslegersystems 5 über ein Lagerelement 1 sowie die Lagerung der Auslegerverlängerung im Ausleger über Lagerelemente 2 dargestellt ist. Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist natürlich im Bezug auf die Anzahl der gezeigten Auslegerverlängerungen rein beispielhaft gemeint. Dieselben Lagerelemente können bei Auslegersystemen 5 mit beliebig vielen Auslegerverlängerungen angewandt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1g sind zwei Kranarme dargestellt, bei welchen es sich beispielsweise um eine in einem Ausleger angeordnete Auslegerverlängerung handelt. Von Bedeutung ist, dass der kreisbogenförmige Abschnitt k₁ durch unterschiedliche Polygone angenähert ist. Das innenliegende Querschnittprofil weist im Bereich des kreisbogenförmigen Abschnitts weniger Kantungen auf, was besonders bei kleinen Profilen fertigungsbedingt von Vorteil ist.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kranarms kann beispielsweise derart erfolgen, dass der Kranarm aus zwei Schalen gebildet wird, welche zueinander spiegelbildlich ausgeformt sind und wobei eine der Schalen jeweils einem der Ausführungsbeispiele entspricht. Die beiden Schalen können im Bereich des ersten Schnittpunkts S₁ und des zweiten Schnittpunkts S₂ miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, werden.

Es wäre allerdings besonders bevorzugt vorgesehen, den Kranarm, zumindest entlang eines Abschnitts seiner Längserstreckung aus einem einzigen Blech herzustellen, welches geeignet geformt und anschließend entlang einer einzigen Linie geschlossen (zum Beispiel verschweißt) wird. Diese Linie kann beispielsweise im Bereich des ersten Schnittpunkts S₁ oder des zweiten Schnittpunkts S₂ verlaufen.

Die Formgebung der Bleche kann in bekannter Weise oder durch Abkanten und/oder Walzen sowie zum Beispiel Schweißen erfolgen.

Sind unterschiedliche Wandstärken erforderlich, soll die Außenkontur vorzugsweise gleich bleiben und die Blechdicke nach innen aufgetragen werden.

Die Fig. 4 zeigt beispielhaft ein Auslegersystem 5 mit einer in einem Ausleger angeordneten Auslegerverlängerung.

In Fig. 5 ist beispielhaft ein Nutzfahrzeug 3 gezeigt, auf welchem ein erfindungsgemäßer Kran 4 angeordnet ist. Der Kran 4 weist ein erfindungsgemäßes Auslegersystem 5 auf, wobei die einzelnen Auslegerverlängerungen über Schubzylinder 6 teleskopisch zueinander verfahren werden können. Die teleskopische Verfahrbarkeit kann natürlich auch durch andere Antriebsmittel sichergestellt werden. Im rückwärtigen Bereich des Nutzfahrzeuges 3 könnte beispielsweise ein nicht dargestellter Ladeaufbau angeordnet sein.