桁架块、桁架臂以及工作机械的制作方法

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于桁架臂的桁架块以及具有至少一个这种桁架块的桁架臂和具有这种桁架臂的工作机械。


背景技术：

2.用于如起重机或移动式起重机等工作机械的典型的桁架臂包括四个角杆，这些角杆通过大量增强元件(例如斜杆(diagonalen)和柱)相互连接。从现有技术中已知这种桁架块，其具有比高度更大的宽度。由于更高的侧向刚度或更大的侧向惯性矩，这种构造方式导致更低的变形并因此导致更高的负载。
3.这种桁架臂的特点在于，尤其是当它们的宽度选择得比高度更大时，水平截面的屈曲长度，即在桁架臂的较长截面侧，大于竖直截面的屈曲长度，即在桁架臂的较短侧面上。屈曲长度定义为角杆上斜杆和柱之间的两个连接点之间的距离。一个原因在于，沿长边延伸的增强元件的屈曲长度不能任意缩短，因为，特别是对于特别宽的桁架块，由于角度几何的原因，大量的斜杆产生次优的填入物，无法以经济有效的方式制造。
4.此外，宽的桁架臂需要一定程度的可拆卸性，因为起重机部件必须在公共道路交通上运输，其中最大允许运输宽度根据规范进行限制。为了保持桁架块的安装努力较小且组装时间较短，因此也寻求少量的增强元件。在永久焊接斜杆的情况下，制造桁架块所涉及的焊接工作也增加。
5.此外，大量的斜杆增加了桁架块的重量，这使得因最大运输重量的相应规定和运输起重机部件的车辆的规格而在运输过程中以及在使用起重机时关于最大负载能力的方面是不利的，因此应避免。
6.总体而言，要争取数量尽可能少的斜杆，这通常导致在具有高度小于宽度的桁架臂中的不同屈曲长度。
7.此外，从现有技术中已知一种桁架块，其角杆型材主要是圆形的，即设计成点对称的。因此，角杆的惯性矩和阻力矩在所有方向上都是相同的。如果现在在桁架块的情况下在水平和竖直栅栏平面选择不同的斜杆距离，即不同的屈曲长度，这导致具有圆形型材的角杆较差的利用率，因为屈曲长度距离较短的情况下，角杆的现有承载潜力不能有效地利用。
8.也可以使用矩形剖面代替圆形角杆型材。然而，在这方面，由于大的平面、板状剖面部分，存在局部屈曲失效的问题，特别是在斜杆的交叉点或连接点处。解决该问题的一种可能性是使用横向安装在角杆截面内的加强金属板材以进行局部加强。然而，该解决方案与加工技术方面的大量努力有关，因为为此目的在正常情况下必须由大量单独部件来组装角杆。
9.此外，角杆通常配备有铸造或锻造的叉指连接元件，以便能够将桁架块连接到其他吊臂元件。焊接的叉指连接元件也是已知的。然而，它们通常具有顶板，通过该顶板建立到角杆的连接。这样做的缺点在于顶板的金属板材总是垂直于其轧制方向而施予负载。因此存在层状断裂的风险，其类似于木纤维，负载横向于纤维方向(各向异性)。


技术实现要素：

10.在此背景下，本发明的目的在于在静力学和经济性方面优化宽度大于高度的桁架臂。
11.根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的用于桁架臂的桁架块来实现。本发明的有利实施例由从属权利要求和以下说明得出。
12.因此，根据本发明的桁架块包括四个角杆，所述角杆通过多个斜杆和柱相互连接，并且具有矩形横截面，所述矩形横截面具有两个长边和两个短边。根据本发明，角杆的横截面型材被设计成中空型材，其在所述桁架块的长边方向上比在所述桁架块的短边方向上具有更大的范围。换句话说，角杆型材的纵横比不等于一
°
13.表述“长/长边”或“短/短边”首先涉及桁架块的横截面型材。然而，在下文中，为了简单起见，桁架块的较宽的边(即具有较大表面尺寸的边)被称为“长/长边”，而较窄的边(即具有较小表面尺寸的边)被称为“短边/短边”。
14.因此，根据本发明的桁架块的角杆横截面型材(在下文中也称为“型材”)不同于通常使用的圆形或方形角杆型材，并且适合于桁架块的横截面形状。因此可以使角杆的面积惯性矩适应于桁架块的设计几何形状和对最佳静力学的要求，从而最佳地利用所使用的吊臂质量。
15.在桁架块的长边和短边使用不同的屈曲长度时，角杆的面积惯性矩例如可以适应这些不同的屈曲长度，特别是角杆在具有更大屈曲长度的平面中比在垂直于该平面的平面中具有更大的范围并因此具有更大的面积惯性矩。圆形或方形角杆型材在两个方向上(即沿着桁架块的短边和长边)具有相同的面积惯性矩，因此没有最佳地利用存在的质量。相比之下，根据本发明的角杆几何形状可以最佳地弥补桁架块的不同屈曲长度，从而提高根据本发明的桁架块的经济性。
16.角杆的中空型材特别地形成封闭的腔室。优选地，包括稳定结构的中空型材在此形成单个连续的腔室。
17.例如，腔室或中空型材优选地不基本上沿着角杆的总长度分成横向于角杆纵向轴线彼此分开的区域或子室(但这并不排除元件可以位于中空型材的特定区域中，例如在角杆与斜杆的连接点的区域中的加强结构)。
18.根据本发明，形成中空型材的角杆型材的至少一侧具有以接头或焊接接头、扭结、弯曲或倒圆形式的稳定结构。由此可以省去增加桁架块总重量的附加的加强元件，例如特别用于矩形角杆型材的加强金属板材。
19.用于屈曲稳定的、设计成接头、扭结、弯曲部或倒圆的至少一个稳定结构理想地直接嵌入形成角杆的金属板材(或金属板材之一)中和/或通过两个金属板材之间的过渡形成，因此不增加总重量。此外，与必须附接附加元件相比，简化了生产。换句话说，至少一个稳定结构优选地是形成角杆中空型材的壁的部件(这也包括将多个壁彼此连接的焊接接头)，其中所述壁能够例如由一个或多个金属板材或型材金属板材而组装。
20.因此，至少一个稳定结构优选地由一个或多个形成角杆中空型材的型材金属板材本身的形状和/或布置而形成。至少一个稳定结构特别地不代表仅从外部附接或焊接到角杆的元件(例如焊接在金属板材上)。
21.如果形成角杆中空型材的壁包括多个金属板材，则稳定结构在当前情况下尤其不
应理解为在金属板材之一的方向上横向于角杆纵向轴线延伸的延伸部，例如用于紧固桁架杆的突出接片。
22.在一个实施例中规定，形成桁架块短边的相邻的角杆通过比形成桁架块长边的相邻的角杆数量更多的斜杆彼此连接。换句话说，沿着桁架块的长边延伸的斜杆的连接点在角杆上的距离比沿着桁架块的短边延伸的斜杆的连接点的距离更大，使得角杆在长边方向上的屈曲长度大于沿桁架块的短边方向的屈曲长度。
23.在长边和/或短边上延伸的斜杆在此可以可释放地紧固至相应的角杆。在长边上延伸的斜杆优选地可释放地紧固到角杆上。这使得能够通过释放相应的连接来拆卸根据本发明的桁架块，从而能够运输被分成多个部件的桁架块，从而能够遵守运输车辆的法律规定和规范。
24.在另一实施例中规定，角杆在桁架块的长边方向上的面积惯性矩大于桁架块的短边方向上的面积惯性矩。因此可以理想地补偿桁架块长/短边上的不同数量的斜杆或不同的屈曲长度。
25.在另一实施例中规定，角杆具有不同于矩形形状的横截面型材。矩形角杆型材在静力学方面来说是不利的，因为除了法向力外，弯曲力矩也作用在角杆上设置的斜杆和柱的结点或连接点上，这可能导致在与角杆的板状连接的情况下在连接点的区域内的局部屈曲问题。这些弯曲力矩将角杆金属板材在一侧从角杆拉出，并将角杆压入相对设置的一侧。由于矩形板的金属板材是“没有负载”的并且没有支撑，因此在这些区域没有额外的增强或其他增强的有效措施的情况下，角杆可能因此弯曲。
26.根据本发明的桁架块的角杆型材可以具有椭圆形、不规则的并且特别是凸多边形的形式，或者甚至是规则多边形的形状，但只有当规则多边形的宽度沿桁架块的两条边中的一个与沿垂直于其延伸的边具有不同的宽度时，规则多边形的情况才可行。角杆型材还可以显示不同形状的组合，例如一侧是椭圆形而另一侧是有角的。角杆型材优选地具有扭结/边缘和倒圆/弯曲/曲线的组合。扭结在这里也可以是两个连接的金属板材的焊缝。
27.在另一实施例中规定，稳定结构基本上沿角杆的总长度延伸。
28.稳定结构优选地形成横向于角杆的纵向轴线的角杆中空型材的外轮廓的方向变化，并且以实际上如前所述以(焊接)接头、扭结、弯曲或倒圆的形式，其中这些术语能够相互融合(
ü
bergehen)。
29.在另一实施例中规定，角杆型材具有总共至少五个扭结、弯曲和/或倒圆。
30.在另一实施例中规定，角杆由金属板材一体地制成，即形成单件式空心型材。例如，其可以以类似于n边管(例如n＝5)的方式生产，并且可以设置有相应的扭结/倒圆。
31.在替代的实施例中规定，角杆由至少两个相互焊接的金属板材制成。根据本发明的角杆的型材理想地由两个型材金属板材连接在一起，并通过沿角杆延伸的两个纵向接缝焊接。
32.在此方面，两个金属板材可以具有相同的形状并且优选地彼此焊接，使得角杆型材为点对称的或轴对称的。
33.替代地，两个金属片材各自具有不同的形状。因此，针对角杆的质量优化的横截面几何形状可以导致仍然满足关于沿桁架块不同侧的不同的面积惯性矩/延伸的上述要求。金属板材优选地彼此焊接，使得角杆型材是轴对称的。
34.在另一实施例中规定，在角杆型材内在斜杆与角杆的连接点的区域内附接至少一个加强元件。加强元件用于在斜杆-角杆的神经连接点(neuralgischen verbindungspunkts)的区域中的附加稳定或加强，并且除了任选地提供的稳定结构之外还用于对抗角杆金属板材的屈曲。这使得能够由特别薄的金属板材生产角杆。
35.在另一实施例中规定，加强元件在角杆的纵向方向上延伸，并且优选地仅在角杆的斜杆连接角杆的一侧处向内附接在角杆中。由此可以减小加强元件的尺寸和重量，并且仍然实现期望的稳定效果。通过至少一个加强元件的纵向方向导致角杆的特别简单的制造(与横向于角杆的纵向方向安装的加强金属板材不同)，因为在将各个角杆外壳或角杆金属板材连接在一起之前，可以简单地安装加强元件。
36.加强元件可以是肋或类似的增强元件，其在屈曲稳定中支撑任选地提供的稳定结构，例如扭结/弯曲等。这种加强元件优选地设置在角杆与斜杆的每个连接点处。加强元件可以形成为壳形或半壳形，其中连接点的凹侧面向斜杆。
37.在另一实施例中规定，每个角杆在两端具有相应的容纳部，连接元件，特别是叉形元件，附接/插入并焊接到另外的桁架块的互补的连接元件，特别是反叉形元件。由此可以以最小的焊接变形来安装连接元件。此外，可以省去顶板，从而可以避免上述的层状断裂风险。将连接元件连接到角杆的纵向接缝上的负载发生在剪切上。连接元件可以预制的形式附接到角杆的容纳部上/插入角杆的容纳部中，并且可以任选地随后经受机械加工。结合优化的角杆型材，可以通过这种改进的叉/叉构造来提高根据本发明的桁架块的性能。连接元件优选地附接到容纳部上。
38.叉形元件优选地具有由多个相互焊接的不同形状的金属板材制成的层结构。在夹层构造方式中预先焊接的组件可以附接/插入到预先制成的角杆上/中，亦即在所提供的容纳部上/中。此外，可以在连接元件处设置用于增强元件到角杆的优选地同样是可释放的、且特别是侧向的连接的连接点。可为此目的适当地设计叉形元件的一侧。由于重量原因，只有另一侧具有适当的斜面。
39.桁架块的斜杆的直径可以小于角杆的对应侧表面的两个稳定结构的距离。这能够更简单地生产桁架块。
40.替代地，斜杆的直径可以大于角杆的对应侧表面处的两个稳定结构的距离。由此产生静力学上更有利的设计。
41.还可以设想桁架块的实施例，其中一个或多个斜杆具有较小的直径，并且一个或多个斜杆具有比斜杆连接的角杆的对应的侧表面处的稳定结构的距离更大的直径。
42.本发明还涉及一种具有至少一个根据本发明的桁架块的桁架臂和一种具有这种桁架臂的工作机械，优选地为起重机，特别优选地为履带式起重机或移动式起重机。由此显然具有与根据本发明的桁架块相同的优点和特性，由此在此方面将省去重复的描述。
附图说明
43.本发明的其他特征、细节和优点由以下参照附图解释的实施例给出。在附图中示出：
44.图1：根据本发明的桁架块的优选实施例的透视图；
45.图2：图1的桁架块的侧面元件的透视图；
46.图3：根据本发明的优选的示例性实施例的桁架块的角杆的透视截面图；
47.图4：图3的角杆截面示意正视图；
48.图5a至图5b：根据本发明的桁架臂的角杆的横截面型材的多个示例性实施例相应的示意性正视图；
49.图6：在根据示例性实施例的角杆处的两条斜杆的连接点处的加强元件的放大图；
50.图7a：具有根据示例性实施例的叉形元件的角杆的侧视图和俯视图；
51.图7b：具有根据另一示例性实施例的叉形元件的角杆的侧视图和俯视图；
52.图8a：图7a的角杆的叉形元件和反叉形元件的透视单一视图；
53.图8b：图7b的角杆的叉形元件和反叉形元件的透视单一视图。
具体实施方式
54.在图1中示出根据本发明的桁架块10的一个示例性实施例的透视图。桁架块10包括四个平行的角杆12，其具有在端部形成为叉形元件的连接元件32，并且桁架块10可经由连接元件32连接到其他桁架块10或吊臂部件以形成移动式起重机或履带式起重机的吊臂，特别是桁架臂。两个相应的相邻角杆12通过多个柱14和斜杆16相互连接。
55.桁架块10具有宽度大于高度的矩形横截面。在此方面，角杆12沿着桁架块10的长边l通过比沿着桁架块10的短边k更少数量的斜杆16彼此连接。在图1中，对应的屈曲长度kk和k
l
被绘制成由角杆12处的斜杆元件16的连接点18的相应距离得出。可以看出，角杆12对于长边和短边l、k的斜杆16具有不同的屈曲长度k
l
、kk，其中屈曲长度k
l
大于屈曲长度kk。
56.在桁架块10的长边l处延伸的斜杆16与角杆12可释放地连接，而短边k的斜杆16与角杆12固定焊接。图2示出了形成桁架块10的短边k之一的单侧部件，可以看到紧固元件19或螺栓点，其附接到角杆12的侧面并附接到用于斜杆16的叉形元件32并形成桁架块10的端面的侧部。
57.由于更大的宽度，桁架块10具有更高的侧向刚度和更高的扭转刚度，这导致在起重机操作中更小的变形和更高的有效负载。桁架块10在垂直平面内的可分性便于桁架块10的运输。斜杆16和角杆12在此最佳地适应桁架块10的几何形状。长边l处的较少数量的斜杆16导致较小的安装努力、较小的总重量和较小的公差。
58.与此相关联的长边l处的较大屈曲长度k
l
现在根据本发明通过角杆12的优化型材来补偿。图3和图4示出了具有优化横截面型材的角杆12的示例性实施例的透视图和示意性正视图。根据本发明的角杆型材与通常使用的圆形或方形截面的不同之处在于其宽度大于高度，即纵横比不等于1。角杆12在此处在桁架块10的长边l的方向上具有更大的延伸，以通过由此产生的更高的面积惯性矩来补偿该平面中更大的屈曲长度kl。在此过程中最佳地利用了桁架块10的质量。
59.角杆12由通过纵向接缝20
′
(焊接接头)彼此焊接并形成空心型材的两个不同形状的型材金属板材组装而成。金属板材均形成为轴对称的，并连接在一起，使得产生的角杆型材也是轴对称的(参见图4，垂直对称轴线在中心处划分型材)。此外，角杆12的型材金属板材各自具有圆形或弯曲部20(也可以理解为“扭结”)，其用于屈曲稳定并沿角杆12的总长度延伸。由于这些稳定结构20易于制造并且在型材金属板材本身的成形中实现(即稳定结构由形成中空型材本身的型材金属板材的形状和/或排列形成)，因此可以省去使用附加部
件，例如焊接的横向加强金属板材。焊缝20
′
也可以理解为稳定结构。角杆型材总体上基本上具有凸出的不规则多边形的形状。在图4中，还可以识别出布置在中空型材内的加强元件22，这将在下面进一步说明。
60.然而，图3和图4中所示的示例性实施例只是角杆型材的多种配置可能性中的一种，以实现期望的屈曲稳定性和屈曲长度适应。图5a和图5b分别示出了另外的示例的前视图。在此处，图5a示出一体地生产的截面的轴对称性的示例(这些形状自然也可以由两个或更多个型材金属板材组成)。图5b中所示的型材基本上是蛋形或椭圆形的，所述型材以近距离观察具有多个弯曲/圆形/扭结。除了最左侧的示例，图5b的型材由两个不同形状的金属板材组成，同样具有轴对称性。相比之下，图5b中最左侧所示的型材由两个形状相同的金属板材组装而成，并且整体具有点对称性，这特别地简化了制造。
61.为了稳定角杆12以进一步对抗屈曲，特别是在使用薄的型材金属板材时，附加的加强元件22可以安装在角杆12的中空型材内。为此在图6中示出示例，其中示出角杆12处的两条斜杆16的连接点18的缺口截面。在此处，加强元件22向内布置在角杆12中，沿着角杆12的纵向方向延伸，并且在面对连接点18的一侧紧固或焊接到中空型材的内侧，用虚线表示，因为它不能从外面看到。该示例性实施例中的连接元件22沿其平行于角杆12的纵向轴线的中间轴线弯曲。图4示出了加强元件22的正视图。
62.这种角形或半壳形加强元件22优选地存在于每个连接点18，以稳定接合点18。然而，这里也可以设想各种其他设计。在角杆12由两个型材金属板材组成的情况下，这种加强元件22特别容易地实现，因为这些纵向元件22可以在角杆金属板材接合或焊接之前已经安装。
63.根据本发明的桁架块10的性能通过优化的叉形/叉形构造得以提高。为此，角杆12在两端具有连接元件32，其设计为叉形元件，每个叉形元件具有孔，用于在两个桁架件10之间或在一个桁架件10和另一吊臂部件(例如铰接连接件、吊臂头等)之间建立可释放的销连接。
64.在图7a中以侧视图(上图)和平面图(下图)示出根据第一示例性实施例的具有附接到两侧的两个叉形元件32的角杆12。图8a示出单个叉形元件32的透视图。在本示例性实施例中，叉形元件32设置在角杆12的端部或容纳部处。叉形元件32在一侧具有斜面38，并且在相对侧适当地设计成能够安装紧固元件19(参见图2)。
65.图7b和图8b示出第二示例性实施例，其中叉形元件32被插入到角杆12的端部处的相应容纳部或切口中并且与其焊接。这种构造方式能够使焊接具有最小的焊接变形，并且在角杆12的端部处省略易于断裂的顶板。叉形元件32和角杆12之间的焊缝30在图7b中以粗黑线示出并且在操作中承受剪切负载。
66.叉形和反叉形元件32在两个示例性实施例中具有不同的设计，以能够相互接合，并且具有包括多个焊接层板34、36的层构造或夹层结构。层板34、36具有不同的形状或轮廓。作为层板设计的替代方案，例如薄连接金属板材也可以用作叉形元件32的指状件之间的垫片。这些预制的叉形元件32可以作为整体进行机械后加工。可在叉形/叉形包(gabel-/gabel-paketen)处提供用于与角杆12的柱连接的可释放连接点(参见图2)。
67.根据本发明的设置有稳定结构20、20
′
的角杆12的(“边缘(gekantete)”)形状提供了除上述优点或特性之外的一些其他的优点或特性。
68.1)技术生产方面有利的斜杆连接的实施例：斜杆16的直径选择成小于在角杆型材12的对应侧表面处的两个稳定结构20、20
′
之间的距离。
69.2)斜杆连接的静力学有利实施例：斜杆16的直径选择成大于在角杆型材12的对应侧表面处的两个稳定结构20、20
′
之间的距离。
70.3)焊缝20
′
在角杆型材12内部的有利布置：焊接接头20
′
布置成使得所有焊接接头20
′
都位于角杆型材12的一侧(参见图5b，左侧第三个型材)，因此角杆型材12在焊接时不必须旋转。这意味着角杆12可以例如由两个半壳金属板材组装而成，其中一个半壳具有比第二个半壳稍大的宽度。两个焊缝都可以从一侧产生，任选地仅旋转几度(并且实际上也处于“底部位置(wannenlage)”)。
71.4)角杆12的弯曲部/边缘20的有利实施例，其具有尽可能小的内半径(例如，金属板材厚度的4倍)。更小的半径只能以技术生产方面困难地进行生产。应注意，该半径还限定与相邻弯曲/边缘20的最小距离。因此，可以在角杆12中制造的弯曲/边缘20的数量在技术上也受到限制。
72.附图标记列表：
73.10
ꢀꢀ
桁架块
74.12
ꢀꢀ
角杆
75.14
ꢀꢀ
柱
76.16
ꢀꢀ
斜杆
77.18
ꢀꢀ
连接点
78.19
ꢀꢀ
紧固元件
79.20
ꢀꢀ
稳定结构(扭结/弯曲/倒圆)
80.20
’ꢀ
焊缝
81.22
ꢀꢀ
加强元件
82.30
ꢀꢀ
焊缝
83.32
ꢀꢀ
连接元件(叉形元件)
84.34
ꢀꢀ
金属板材/层板
85.36
ꢀꢀ
金属板材/层板
86.38
ꢀꢀ
斜面
87.kkꢀꢀ
屈曲长度短边
88.k
l
ꢀꢀ
屈曲长度长边
89.k
ꢀꢀꢀ
桁架块的短边
90.l
ꢀꢀꢀ
桁架块的长边。