尤其用于车载式混凝土泵的臂架结构以及车载式混凝土泵

摘要

公开了一种臂架结构，其具有至少两个能够相对彼此枢转的臂架臂，借助于液压旋转驱动器来实现所述枢转，所述液压旋转驱动器具有位于轴形内环上的环形活塞，所述环形活塞是旋转齿轮机构的一部分。此外，用于臂架结构的旋转驱动器设有外环，所述外环是齿轮机构的一部分，但也是活塞/缸套结构的一部分。

说明书

技术领域

本发明涉及分别根据权利要求1和15的技术主题的臂架结构、尤 其用于车载式混凝土泵的臂架结构以及车载式混凝土泵。

背景技术

由至少两个臂架臂组成的臂架结构被用于诸如挖掘机的各类作业 设备，其中所述臂架臂通过铰接的接头经由回转轴彼此灵活相连。然 而，主要的应用例如是混凝土泵，无论这种混凝土泵是固定式还是移 动式，例如车载式混凝土泵。这种臂架结构分别由至少两个、大多数 情况甚至不止两个臂架臂构成，其中所述臂架臂在端部处通过铰接的 接头彼此灵活相连。臂架臂承载混凝土输送管线，以在期望的场所排 出混凝土。在修建建筑物结构时，各个臂架臂通过回转的方式而延伸， 导致了整个臂架几何形状的改变以及因而使得能够通过臂架到达现场 不同的位置。采用臂架的话，所关注的是如果可行的话从混凝土泵至 在修建现场浇注混凝土的位置实现大的距离。由于臂架的大的范围， 所以所述臂架承受强烈的载荷，其中所述强烈的载荷基本上来源于沿 臂架长度延伸的混凝土承载输送管线以及在其中承载的混凝土。然而， 在车载式混凝土泵的使用时，所以并不允许超过相关车辆类型的载荷 极限，其中所述车辆大多数是在公路上允许通行的车辆、尤其卡车。 尽管混凝土的输送管线的质量很难被影响，但是如果可以的话，实现 更大范围的臂架需要优化臂架的质量。

臂架臂之间的铰接的接头面临高要求。为了获得足够强大的驱动， 联接齿轮机构(形式为双作用式液压缸、所谓的推力活塞齿轮)被大 多数用于回转运动。然而，由于联接齿轮机构的各部件以及与其相关 的直线驱动单元，所以它们具有相对重的重量并且要求它们的结构类 型所导致的大空间。但是这是有问题的，因为此类车载式混凝土泵在 这样的车辆上安装，其中所述车辆为了在公路上通行必须得到授权并 且针对车辆的宽度和长度满足特定的标准和规范。此外，在此所应用 的推力活塞齿轮具有这样的不足，即回转运动期间的角速度是相对不 均匀的。因此，为了确保该臂架结构的安全操作，在液压缸上使用液 压负载保持阀是强制性的，这是因为液压缸的屈服将造成臂架臂之间 的旋转角度的不允许的改变。除此以外，对于以推力活塞齿轮形式的 那种联接齿轮机构而言，甚至两个臂架臂彼此朝向的回转仅仅以受限 的程度是可行的，因而也促成了对效果和功能的限制。

因为对于多臂式臂架结构而言后臂架臂中的主导载荷大体上小于 前臂架臂中的主导载荷，所以在针对前述运动学系统的替代的现有技 术中，甚至液压旋转驱动器(DE698 01 997 T1)在某些情况中在朝向 臂架端部的铰接的接头处被采用，由此可以实现均匀的角速度。尽管 这些器具与联接齿轮机构和/或推力活塞齿轮相比尺寸相对较小并且 因而重量更轻，但是所需的驱动力矩并不可用，其中所述驱动力矩为 了臂架臂的铰接的接头在下侧臂架区域内也回转是必须的。另外，在 为诸如机械手的铰接臂、臂架臂等的负载拾取装置应用此类液压旋转 驱动器时，出现问题的原因在于负载拾取装置和/或臂架臂在例如由于 泄漏而将旋转驱动器停机时仍是可旋转的并且可以回转和/或枢转。然 而，正如以上所提到的，这种由于停机的驱动器造成的扭曲对于这些 应用而言、尤其对于车载式混凝土泵而言是不允许的，这就是为什么 在现有技术中合适的制动装置、例如多盘式制动器在旋转驱动器上被 使用的原因，从而在停机的旋转驱动器的情况中防止臂架臂的扭曲。 采用此类多盘式制动器，片形制动盘对彼此相互压靠，从而防止臂架 臂相对于彼此的扭曲，这些部件是实际磨损部件。由现有技术还已知 借助于单独的停断装置防止液压流体从至少一个压力室流出来实现制 动。然而，这些措施是相当昂贵的并且易于出故障。

最后，专利公开文献US4771646A公开了一种装置，借助于该装 置可以产生旋转运动。因此，来回经由液压移动的部件由轴颈与链轮 组件被引导以使得实现旋转运动。

发明内容

本发明的目的在于提供臂架结构、尤其用于车载式混凝土泵的臂 架结构和/或包括此类臂架结构的车载式混凝土泵，其中，臂架臂能够 在由结构简单、坚固和空间节省的器具加载条件下在大的回转角度内 均匀地枢转和/或回转，并且臂架臂可以无需任何大的代价地驻留在每 个回转和/或枢转位置。同时，期望实现紧凑的以及均匀平衡的结构模 型。

该目的根据本发明针对臂架结构由权利要求1的特征部分的特征 的措施来实现，其中实际的以及有目的的改型源自于从属权利要求。

根据本发明，尤其用于车载式混凝土泵的臂架结构其特征在于液 压驱动器，在所述液压驱动器中设置至少一个活塞-缸套组件，其包括 用于将平移活塞的往复运动转换成用于臂架臂枢转的旋转运动的齿轮 /传动装置，所述活塞-缸套结构包括至少两个液压驱动的、可以往复移 动的环形活塞，而所述环形活塞附加地形成了所述旋转齿轮/传动装置 的一部分。此外，所述环形活塞与所述旋转齿轮/传动装置的外环相互 作用，其中所述外环也是所述活塞-缸套结构的一部分，尤其缸套的一 部分，并且所述环形活塞与所述外环重叠并且在一壳体内接收以形成 缸套室。这导致了在电机内部集成的活塞/缸套组件并因此导致了节省 空间的布置结构，该布置结构同时与传统的推力活塞齿轮相比允许臂 架臂彼此相对的非常大的枢转角度、尤其允许360°的旋转角度。此外， 这种液压驱动器确保了恒定的旋转驱动。由于环形活塞像所提到的那 样是齿轮/传动装置的一部分，所以在旋转驱动器失效的情况下由于环 形活塞与外环之间的齿接合而导致了自动阻挡。

根据权利要求2，环形活塞以轴向可以滑动的布置方式在内环上 安坐，并且不可扭转地与内环相连，其中这有利地可以通过形状配合、 尤其通过环形活塞与内环之间的花键齿和/或齿形来实现。在该内环上 安坐与环形活塞相互作用的外环，其中所述内环优选被构造为轴筒形、 车轴形、轴形或类似中空圆柱体形并且在一端上设有环形凸缘，所述 外环相对于所述内环能够枢转，但是相对于所述内环和/或在所述内环 上被轴向约束。外环尤其形成了旋转驱动器壳体的一部分。液压旋转 驱动器因而需要更少量的部件，并且因而基本上不易磨损并且维护代 价低。

每个环形活塞配备有两类方向相反的直齿(spur serration)，所述 直齿与外环上的互补的环形直齿相互作用。因为环形活塞交替地来回 移动，所以环形活塞的直齿分别接合到外环的对应的直齿中，其中驱 动齿面分别实现了外环经由直齿的扭转。如果旋转驱动器无法工作或 者如果旋转驱动器以任何其它方式被停机，则由于这些不同的直齿的 压接位置而实现了自驻留(self-arresting)作用，从而再次采取的角度 位置基本上不再改变。因此，不再需要单独的制动装置。

根据权利要求4，内环包括环式凸缘，并且在所述内环的另一侧 上设有盖。所述盖和所述环式凸缘可以通过栓单元连接至内环。在盖 与环式凸缘之间布置环形活塞和外环，因而它们在最窄的空间内以节 约空间的方式布置。由盖、环式凸缘、内环和外环组成的结构因而形 成了缸套，以便环形活塞在所述缸套内容纳并且由于液压流体供入而 能够来回移动，所述环形活塞来回移动并因而与外环的对应互补直齿 交替接合，因而确保了驱动。

因此，不言自明的是环形活塞和外环的相互作用的直齿彼此指向， 也就是说或者自内环的环式凸缘背离或者指向环式凸缘的方向。附图 中示出的直齿意味着齿并不是径向的而是轴向地指向。因此，直齿的 齿面被构造成由于相互作用的直齿之间的压接位置，所以活塞的行程 驱动被转换成外环的旋转运动。

根据本发明，由三个外环包围的两个环形活塞有利地为液压驱动 器所用。实际上，还可以想到的是在旋转驱动器上采用更多的环形活 塞，其中为此然后设置相应更多的外环。然而，还可以采用彼此前后 布置的多个旋转驱动器，而不是一个旋转驱动器。

旋转驱动器的各个部件的连接是借助于栓单元以简单的方式实现 的，盖和环式凸缘被栓接至内环，并且外环可以经由径向伸出的环形 肩部彼此栓接。为此，绕周向散布地设有用于接合栓单元的多个栓开 口。实际上，活塞空间和/或活塞以合适的方式被密封，该方式也适用 于缸套结构的各个部件，这然而听凭本领域技术人员的处理并且无需 具体描述和/或图示。

环形活塞有利地以彼此相对行程偏置的方式被驱动，优选地在两 个活塞的情况中彼此相对偏置半个行程。因此，两个活塞中的一个活 塞处于其结束位置，而另一个活塞的处于中间位置。环形活塞有利地 在两侧可以充液，从而为每个活塞设有两个液压连接件。环形活塞行 程的控制有利地、但非强制性地以机械的方式实现，也就是说借助于 控制盘来实现，其中所述控制盘确定为了液压流体供应的相关液压阀 的开关脉冲。旋转驱动器的方向更换、即旋转方向的颠倒以简单的方 式通过环形活塞的行程次序颠倒来实现，而这由两个活塞的驱动的合 适的行程偏置来促进。

在本发明的范围内，也为车载式混凝土泵以及如上所述的液压旋 转驱动器提供了独立的保护，这也可以适用于其它应用例如挖掘机、 起重机、用于使得超重结构回转的转台的驱动器等。

附图说明

以下基于相关附图描述优选的实例。在这些附图中，以纯粹示意 性且非限制性的方式示出了：

图1是液压驱动器的优选实施例的分解图；

图2是用于解释安装次序的根据权利要求1的驱动器的分解图；

图3是优选实施例的分解侧视图；

图4是出于组装状态的液压旋转驱动器的示意图；

图5是在活塞移动的过程中实现的循环的一部分的过程中旋转驱 动器的结构元件的次序图；

图6是环形活塞与外环之间的花键锯齿的示意图；并且

图7是车载式混凝土泵的应用情况的示意图。

具体实施方式

图1以分解视图的方式示出了大体上由附图标记1所表示的液压 驱动器，其尤其用作为枢转驱动器，用于实现机械手的两个铰接臂、 尤其臂架结构的两个臂架臂之间的铰接角度的枢转。这种臂架结构例 如用于车载式混凝土泵。这些臂架结构包括多个臂架臂，所述臂架臂 彼此上下布置并且彼此柔性相连，所述臂架臂能够借助于各个臂架臂 彼此相对的枢转运动而枢转到不同的操作位置以及枢转到转入闲置位 置。对于车载式混凝土泵而言，臂架结构大体上在车架上安装的转台 上布置。臂架结构还承载用于输送混凝土的输送管线。这种臂架结构、 尤其是用于车载式混凝土泵的臂架结构大体上对于本领域技术人员而 言是已知的，从而无需进一步详细说明。对这方面，在技术上参照现 有技术。

根据图1的液压回转驱动器1包括一个内环2，所述内环被设计 为花键轴并因此包括轴形花键区段3，其中所述轴形花键区段设有花 键齿。此外，内环在一个前侧端部上设有径向向外伸出的环式凸缘4。 根据图1的驱动器还包括三个外环5、6、7，其中的在图1中右侧示 出的外环5与环式凸缘4相邻地布置。然后，该外环之后是中间的外 环6以及在左侧布置且由附图标记80所表示的盖保持在花键轴上的外 环7，其中所述盖转而牢固地连接至、尤其栓接至内环2的前侧。根 据图1的装置(驱动器)还包括两个环形活塞8和9，所述两个环形 活塞可以在所述装置内在液压平移控制的作用下来回移动。环形活塞 8、9在内环2上以轴向可滑动的方式被保持，但是所述环形活塞在内 周上包括花键齿10和11，所述花键齿从图2可更清楚地看出，与内环 2的花键齿3相互作用，从而在放下(setting-down)环形活塞8和9 之后，所述环形活塞沿着内环2可以轴向滑动，但是不可扭转地与该 内环相连，也就是说，所述环形活塞相对于内环不可旋转。应当清楚， 为了简化示意，针对此类液压旋转驱动器并未详细示出密封件以及液 压连接件。它们可以自行选择(但本领域技术人员自定)，从而对其进 一步的详细说明可以省去。

图2示出了用如图1所示的结构元件组装形成回转驱动器的方式。 在其中可以看到体现了内环2的、具有花键齿3的花键轴，其中，该 被构造为轴或轴筒(stock)的内环在其右侧示出的端部上设有径向向 外伸出的且周向构造的环式凸缘4。该保持凸缘4的功能如下进一步 所述地主要是为了结构元件在其上布置的保持功能。最初，如图2右 侧所示的外环5被配备到该内环2的该轴筒区段上，并且该外环的右 侧前端被推动直至环式凸缘4，也就是说被推动直至该止挡部，所述 外环5与环式凸缘4一起形成了一旋转轴承，这是因为该外环相对于 内环2能够旋转。

外环5包括轴筒区段5a以及向外伸出的周环形径向凸缘5b，所述 凸缘5b设有绕周向散布的栓口5c。此外，外环5在靠近环式凸缘4 的端部处设有径向向内伸出的环肩5d，在所述环肩的径向表面上设置 周环形直齿5e。

环形活塞8被卡到该外环5中。该环形活塞8在两侧上包括轴筒 区段8a并且在中央结构中包括周环形外肩8b，在所述外肩的两个前面 上设置直齿8e，所述两个前面上的直齿彼此相反，也就是说，在图2 中右侧示出的直齿8e指向环式凸缘4和/或外环5的方向，而左侧示 出的直齿8e指向另一方向、即背离环式凸缘4的方向。从图2可以清 楚地看出，用于将活塞相对于内环力矩固定的花键齿10。环形活塞8 在此被插入到外环5中，因而使得环形活塞利用其直齿接触外环5的 齿。

最后，中央外环6被塞入到环形活塞8中，并且被推动止于右侧 外环5上。该中央外环6也包括绕周向散布的栓口6c。此外，在外环 6的中央位置处设置向内伸出的且环形的径向肩部6d，在该肩部的两 个前面上构造直齿6e，所述直齿转而以环形的形状延伸。中央外环的 直齿6e与环形活塞8的环式齿类似地彼此相反，也就是说如图2所示 右侧的直齿6e指向同一环2的环式凸缘4的方向，而左侧所示的直齿 6e指向相反的方向。

并且最终，与环形活塞8类似组建的且结构上因而相同的环形活 塞9被插到中央外环6中，针对与环形活塞8相同的部件采用相同的 附图标记和字符。

最后，作为第三个的且在左侧示出的外环7被套到环形活塞9上， 所述环形活塞转而与对立齿对立地被设定直至止挡部，外环7基本上 与外环5结构相同，从而也采用了可比较的附图标记。

最终通过盖80形成侧向(左侧)封闭，其中所述盖也设有绕周向 散布的栓口8c，通过所述栓口，盖80可以经由栓单元被牢固地连接至 内环2，图2中的内环2的侧部上的用于这些栓单元的栓口由附图标 记3c表示。

对此，盖80紧固至内环4，并且在环式凸缘4与盖80之间收住 三个外环5、6和7，其中这些外环5、6和7重合套到内环2的轴筒 上的两个环形活塞8和9并因而绕着它们提供容室。外环5至7形成 了旋转驱动器的壳，并且彼此相连以形成一个单元的这些外环5至7 相对于内环2及其环式凸缘4并且相对于与内环2紧固的盖80枢转地 安装。为此，外环5至7针对内环2以及盖80可旋转，从而在轴形内 环2与外环5至7之间形成旋转轴承，其中所述内环有利地被构造为 中空轴。如果需要的话，则该旋转轴承也可以被构造为仅仅滑动式的 旋转轴承或者抗摩擦的轴承。

具有环式凸缘4的内环2、盖8以及三个外环5、6和7在此形成 了缸套-活塞结构的缸套，在缸套内，两个环形活塞8和9沿着内环2 的轴以往复移动布置的方式接收。

另外，从图3的侧视图中可以看出这种结构，其中，在图3中采 用与图2中相同的附图标记。

从图3中以纯碎示意性的方式可见液压连接装置12，即针对左侧 的外环7，中间的外环6(为其已经设置两个连接装置)，并且针对右 侧外环5设有一个液压连接装置。此外，该图还示出了合适可用的隔 离片(垫片)，其不必更详细地介绍。栓孔也隐含地由虚线示出。环形 活塞8和9被液压地驱动、也就是说在两侧被液压地驱动，这样做的 原因就是为每个环形活塞8或9分别设置两个液压连接装置12。

如图1至3所示的这些结构元件的组件最终可以从图4看出，该 图4示出了处于组装的且部分剖切位置的回转驱动器1。这里同样地， 采用了与图1至3相同的附图标记。如图4所示，相当清楚地可以看 出两个环形活塞8和9在由环式凸缘4、盖80、和各外环以及内环2 的轴筒区段所组成的装置中可以轴向移动地被引导，因而这两个环形 活塞可以经由液压连接件12借助于合适的液压流体供应以平移运动 的方式来回移动。此外，从图4可以看出如果需要的话，环式凸缘4 可以设有绕周向散布的开口4c，从而环式凸缘可以通过栓单元和/或栓 和/或销连接件连接至内环的轴筒13。在此，有利地建立了形状配合连 接。为此，轴筒13在其前面上设有合适的开口13e。因此，内环12 和环式凸缘形成了一个单元。正如图4相当清楚所示，外环5在环式 凸缘4上安坐就位，并且另两个外环6和7也彼此相对安坐就位，并 且在前面上由盖80固定，因而稳固地接收在这种连接中，但是最重要 的是枢转式安装。正如图4相当清楚地所示，这两个以准轴向浮动布 置方式安装的环形活塞8和9可以在外环的齿限制的方向上轴向地移 动。实际上，包括轴向向外伸出的肩部8b的活塞相应地被密封，从而 通过将液压流体供应到相关活塞的左侧和/或右侧，所述活塞在内环2 的花键轴上在与齿压接/接合的位置之间平移地移动。

重要的是，这两个环形活塞的液压驱动彼此相互偏置，从而它们 彼此相对移动、也就是说以交替移动的方式彼此相对移动。因而可以 实现恒定的旋转驱动。特别地，这两个液压驱动的环形活塞以行程一 半彼此交替偏置的方式被控制。控制是以合适的方式实现，并且优选 机械地操作，也就是说通过控制盘来操作，其中所述控制盘在此未示 出并且控制用于将液压流体供应至这两个环形活塞的相关液压阀的开 关脉冲。这种机械控制是有利的，这是因为它在任何状态中实现了非 劣质的控制。这对于相互作用的直齿的压接位置而言是关键的。例如， 对于活塞的半个行程的偏置形成布置结构而言，环形活塞中的一个处 于其结束位置，而另一个处于中间压接位置。而且，对应的活塞的驱 动在改变行进方向的阶段过程中是短暂闲置的。

图5给出了两个环形活塞相对于外环的直齿的压接位置的次序的 实例。图5示出的次序表明了三个外环由图5a至5d中的箭头F所示 地顺时针移动的旋转驱动。箭头F2表明了行程的方向，即两个环形活 塞的平移运动。应当清楚，图5也仅仅是示意图。因此，环形活塞和 外环仅仅由相应的附图标记5至9表示，而不为各个部件的直齿提供 相应的附图标记。正如解释的，两个环形活塞8、9的齿交替地接合到 对应的外环的对应齿中，也就是说在这种情况中，环形活塞8交替地 进入到外环5和6中而环形活塞9交替地进入到外环6和7中。例如， 如果环形活塞9利用其在图5中左侧示出的齿向图(a)的左侧移动并 且接合到左侧的外环7的对应齿中，则该活塞被顺时针转动，其中环 形活塞9的右齿与中间外环的对应齿脱离压接。这种情况同样应用于 环形活塞8的齿。由于往复移动，这导致了交替的压接，从而回转驱 动器可以绕任意角度被旋转，也就是说以能够被精确控制的恒定旋转 运动的方式被旋转。而且，通过齿沿其高度方向调整外形，可行的是 实现各齿的接触面的齿面(flank)调整，这种齿面调整导致了为了在 压接的位置接触可以采用齿的最大可行的面积的效果。经由各齿的压 接，明显实现了外环通过在齿面处出现的力的花键动力被转动。

图6示出了花键齿的基本原理。环形活塞上的各齿接合到外环的 齿中，并因而将活塞运动的轴向力F_A转换成旋转力F_U。因而，对于每 次活塞行程而言，因而实现了相反侧的量h的旋转移动。

图5a至5d示出了外环的顺时针旋转。通过颠倒经由控制盘驱动 的环形活塞的行程次序，可以设定旋转的相反方向，也就是说外环的 旋转驱动逆时针运行，然而这在图5的视图次序中并未反映出来。

在这些附图中没有示出旋转驱动器的结构元件配属给臂架臂，但 是这对于本领域技术人员而言不是问题。例如，可以相对枢转的两个 臂架臂中的一个臂架臂可以牢固地连接至内环2的环式凸缘4和/或 盖，而另一个臂架臂与一个或多个外环固定，其中该另一个臂架臂借 助于旋转驱动器可以相对于第一臂架臂枢转。通过回转驱动器的相应 旋转，可以实现两个臂架臂彼此相对的纠缠和/或回转，而旋转驱动器 是绝对恒定的，并且取决于臂架臂结构的设计，臂架臂彼此相对的任 意回转能够以结构极其紧凑设计的方式实现。

取决于能够彼此相对回转的臂架臂的设计，因而可以实现仅仅一 个液压旋转驱动器，但是每个铰接轴可以采用甚至两个或更多个旋转 驱动器，特别是那些轴向配置的旋转驱动器。有利地，甚至两个以上 的环形活塞可以在旋转驱动器中采用，从而旋转驱动器例如可以被构 造为3-活塞系统。最终，这取决于液压旋转驱动器的设计并且也取决 于臂架臂的设计以及臂架臂的尺寸还有计划的负载拾取。

在环形活塞与相关的外环之间相互作用的直齿压接时，控制被实 现成在将环形活塞的齿移动到对应外环的齿中时，齿确定无疑地移动 到对应的齿隙中，也就是说齿尖不会碰到齿尖，从而在移入环形活塞 的直齿时，直齿的驱动齿面分别实现了对应外环的旋转，其中所述外 环包括与所述环形活塞不可扭转相连的其它外环。

仅仅作为实例，基于图7示出了本发明的优选应用。因此，图7 示出了具有位于车架22上的驾驶室21的移动车载式混凝土泵，在所 述车架上安装混凝土泵。此外，图7示出了臂架结构23，其包括总共 三个臂架臂24、25和26，所述臂架臂在其端部通过铰接的接头相连， 并且所述臂架臂可以枢转，此外所述臂架臂承载输送管线27。臂架结 构23在转台28上布置，并且因而总体也可以绕竖直轴线枢转。图7 示出了传统的车辆，在该车辆中为了使得臂架臂枢转采用了推力活塞 齿轮(29)形式的液压活塞，所述液压活塞由本发明的旋转驱动器取 代。例如，臂架臂25和26根据本发明由液压旋转驱动器枢转，在这 种情况中，内环和/或盖80和/或环式凸缘4可以有利地与臂架臂26牢 固相连，并且臂架臂25可以与外环5至7牢固相连。借助于环形活塞 的合适的循环，这两个臂架臂25和26的枢转可以彼此相对地实现。 这导致了精确的精准角度延展运动，该运动可以在总体控制的范围内 精确地反复达成。由于结构元件的环形构造，所以穿过旋转驱动器的 中空空间15还使得输送管线27如图7所示那样穿过铰链30的中心点， 其中所述中空空间由于结构元件的环形构造而在图4中可见。