Querschnitt für mobile Betonpumpen

Die Erfindung betrifft einen Auslegerarm für mobile Betonpumpen sowie eine mobile Betonpumpe. Mobile Betonpumpen verfügen regelmäßig über einen auf einem fahrbaren Unterbau angeordneten Ausleger mit einer daran entlanggeführten Förderleitung, durch die fließfähiger Beton gepumpt werden kann. Der Ausleger umfasst dabei mehrere Ausle ^¬ gerarme, die um Schwenkachsen jeweils quer zur Längsrichtung des Auslegerarms relativ zueinander verschwenkt werden können.

Dadurch ist es grundsätzlich möglich, den Ausleger derart zusammenzulegen, dass er zusammen mit dem fahrbaren Unterbau eine vorgegebene Maximalhöhe nicht überschreitet. Die vorgege ^¬ bene Maximalhöhe kann dabei bspw. üblichen Durchfahrtshöhen im Straßenverkehr entsprechen, damit sich die mobile Betonpumpe auch unter Brücken und durch Tunnel hindurchbewegen kann.

Um den Ausleger möglichst klein zusammenlegen zu können und somit eine möglichst große Maximalanzahl an Auslegerarmen zu erreichen ist es bekannt, dass einzelne Auslegerarme gekröpft ausgestaltet sind. Dadurch lassen sich die Auslegerarme beim Zusammenklappen um die beschriebenen Schwenkachsen teilweise nebeneinander legen, sodass das Paket von zusammengelegten Auslegerarmen eine geringere Höhe aufweist als ein entspre ^¬ chendes Paket von zusammengelegten Auslegerarmen, bei dem kein Auslegerarm gekröpft ist.

Aus dem Stand der Technik sind aus Stahl gefertigte gekröpfte Auslegerarme bekannt. Bei diesen Auslegerarmen werden mehrere Stahlprofile mit gleichem Querschnitt derart miteinander ver ^¬ schweißt, dass die gewünschte Kröpfung entsteht, wobei in der Regel bei einer Kröpfung zwei Stahlprofile im Wesentlichen pa ^¬ rallel angeordnet und durch ein in einem Winkel dazu verlau ^¬ fendes drittes Stahlprofil miteinander verbunden sind.

Zur Aufnahme der auf den Auslegerarm während des Betriebs wir- kenden Kräfte als auch um die Herstellung der Kröpfung mittels Schweißen zu ermöglichen, muss das Stahlprofil eine gewisse Wandstärke aufweisen. In der Folge weist ein gekröpfter Auslegearm gemäß dem Stand der Technik ein nicht unerhebliches Ge ^¬ wicht auf. Insbesondere da die Anzahl der möglichen Auslegerarme einer mobilen Betonpumpe - und damit häufig die maximale erreichbare Höhe - häufig durch das maximal zulässige Gesamtgewicht der Betonpumpe oder aber deren maximal zulässige Achslast begrenzt ist, ist das hohe Gewicht der einzelnen Auslegerarme und ins- besondere gekröpfter Auslegerarme gemäß dem Stand der Technik nachteilig .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gekröpften Auslegerarm sowie eine mobile Betonpumpe zu schaffen, bei de ^¬ nen die Nachteile aus dem Stand der Technik nicht mehr oder nur noch im verminderten Maße auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Auslegerarm gemäß dem Hauptanspruch und eine mobile Betonpumpe gemäß dem nebengeord ^¬ neten Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Demnach betrifft die Erfindung einen Auslegerarm, insbesondere für den Verteilermast einer Betonpumpe, mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Auslegerarms wenigstens ein gekröpfter Abschnitt vor ^¬ gesehen ist, in dem bei ordnungsgemäßer Verwendung auftretende Hauptbiegebelastungen als Torsionsbelastungen wirken, und der Auslegerarm aus Faserverbundmaterial ist, wobei abseits des gekröpften Bereichs die Höhe des Auslegerarms im Querschnitt größer ist als die Breite des Auslegerarms im Querschnitt und im gekröpften Bereich die Breite des Auslegerarms im Quer- schnitt größer gleich der Höhe des Auslegerarms im Querschnitt ist .

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Betonpumpe mit einem auf einem Unterbau angeordneten Verteilermast umfassend wenigstens zwei Auslegerarme, wobei wenigstens ein Auslegerarm erfin- dungsgemäß ausgebildet ist.

Zunächst werden einige in Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Begriffe erläutert:

Die Begriffe „Breite" und „Höhe" des Auslegearms beziehen sich auf die Dimensionen des Auslegerarms, wie die für die Berech- nung des Flächenträgheitsmomentes um eine Schwenkachse des

Auslegerarms definiert sind. Als Schwenkachse des Auslegerarms ist dabei eine Achse bezeichnet, um die der Auslegerarm unmit ^¬ telbar gegenüber einem benachbarten Auslegerarm relativ zu diesem verschwenkt werden kann. Bei einem „endlosfaserverstärktem Faserverbundmaterial" weisen die Fasern bzw. Endlosfasern eine Länge von in der Regel mehr als 50 mm auf. Insbesondere ist die Faserlänge derart, dass sie sich nicht mehr in einem Extrusionsverfahren verarbeiten lassen. Vielmehr stehen entsprechende Endlosfasern in der Re- gel als flächiges Rohmaterial oder Roving zur Verfügung, die dann zu Faserverbundmaterial verarbeitet werden können. „Ro ^¬ ving" bezeichnet dabei ein Bündel, Strang oder Multifilament- garn aus im Wesentlichen parallel angeordneten Endlosfasern. Ein „flächiges Rohmaterial" kann bspw. ein Gewebe, Gelege, Ge- wirk oder Geflecht sein. Indem der erfindungsgemäße Auslegearm aus Faserverbundmaterial hergestellt ist, lässt sich grundsätzlich eine Gewichtseinspa ^¬ rung gegenüber einem vergleichbaren Auslegearm aus Stahl erreichen. Aufgrund des deutlich geringeren spezifischen Ge- wichts von Faserverbundmaterial kann häufig eine deutliche Ge ^¬ wichtsreduktion gegenüber der Stahlbauweise erreicht werden, selbst wenn ggf. eine leicht größere Wandstärke gewählt werden muss, um eine vergleichbare Steifigkeit zu erreichen.

Während ein entsprechender Materialaustausch insbesondere bei nicht-gekröpften Auslegerarmen unter Beibehaltung der Formgebung grundsätzlich möglich sein mag, liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass zumindest bei gekröpften Auslegerar ^¬ men ein entsprechender einfacher Materialwechsel nicht ohne weiteres möglich ist oder zumindest keine größere Gewichtsein- sparung liefert. Dies ist unter anderem dadurch begründet, dass bei gekröpften Auslegearmen aus Faserverbundmaterial die Wandstärke gegenüber einer Ausführung aus Stahl nicht wesentlich reduziert werden kann, ohne dass die Steifigkeit des Aus ^¬ legearms im Bereich der Kröpfung auf ein für den Einsatz in Betonpumpen unzulässigen Maß reduziert wird.

Die Erfindung hat erkannt, dass im Bereich der Kröpfung ein Teil der auf den Auslegerarm einwirkenden üblichen Belastungen, bei denen es sich originär um Biegebelastungen handelt, als Torsionsbelastungen wirken. Basierend auf dieser Erkennt- nis sieht die Erfindung vor, dieser besonderen Form der Belastung im Bereich der Kröpfung nicht durch eine größere Wandstärke, sondern vielmehr durch an die Belastung angepasste Formgebung begegnet wird. Während abseits des gekröpften Be ^¬ reichs die Höhe des Auslegerarms im Querschnitt größer ist als die Breite des Auslegerarms im Querschnitt - wodurch sich ins ^¬ besondere Biegebelastungen gut aufnehmen lassen - ist im gekröpften Bereich die Breite des Auslegerarms im Querschnitt größer oder gleich der Höhe des Auslegerarms im Querschnitt. Durch die erfindungsgemäße Querschnittsanpassung lässt sich bereits häufig eine ausreichende Steifigkeit auch im Bereich der Kröpfung erreichen, ohne dass eine Vergrößerung der Wand- stärke erforderlich wäre.

Aus dem angegebenen Zusammenhang zwischen Biegebelastung des Auslegerarms insgesamt und der daraus resultierenden Torsions ^¬ belastung im Bereich der Kröpfung geht unmittelbar hervor, dass der Auslegerarm in einer Ebene senkrecht zur Biegebelas- tung gekröpft ist. Nur in diesem Fall treten nämlich die fraglichen Torsionsbelastungen auf. Insbesondere kann der Auslegerarm in einer Ebene gekröpft sein, die parallel zu wenigs ^¬ tens einer der Schwenkachsen, um die der Auslegerarm jeweils gegenüber einem benachbarten Auslegerarmen verschwenkt werden kann, verläuft. Bei einer entsprechenden Kröpfung ist das aus dem Stand der Technik bekannte Nebeneinanderlegen von Auslegerarmen beim Zusammenklappen eines Auslegers möglich.

Es ist vielmehr bevorzugt, wenn die Wandstärke im Bereich der Kröpfung kleiner oder im Wesentlichen gleich der Wandstärke abseits der Kröpfung ist.

Die Höhe des Auslegerarms im Querschnitt ist im Bereich der Kröpfung vorzugsweise gleich der Höhe des Auslegerarms im Querschnitt abseits der Kröpfung, wobei diese Höhe aus Gründen der Steifigkeit häufig der maximal zur Verfügung stehenden Bauhöhe für den Auslegerarm entspricht. In dem die Höhe über die gesamte Länge des Auslegerarms gleich ist, wird sicherge ^¬ stellt, dass die auf den Auslegerarm einwirkenden Biegebelas ^¬ tungen über dessen gesamte Länge gleichmäßig aufgenommen wird.

Letzteres gilt auch, wenn der Auslegerarm von seinem einem Ende zum anderen Ende in seiner Höhe zulaufend ist, die Höhe am einen Ende also höher als am anderen Ende ist. In diesem Fall ist bevorzugt, wenn die Höhe des Auslegerarms im Quer ^¬ schnitt über den Bereich der Kröpfung hinweg gleichmäßig zu ^¬ laufend ist. Insbesondere soll auf eine stufenförmige Anpas- sung der Höhe verzichtet werden.

Es ist bevorzugt, wenn der Übergang zwischen dem Querschnitt des Auslegerarms abseits des gekröpften Bereichs und dem Quer ^¬ schnitt des Auslegerarms im gekröpften Bereich derart fließend ist, dass durch den Übergang keine zusätzliche Kerbwirkung entsteht. Durch einen entsprechenden Übergang werden also zusätzliche Belastungen auf das Faserverbundmaterial, die durch ungünstige Formgebung des Auslegerarms grundsätzlich auftreten könnten, vermieden.

Es ist bevorzugt, wenn der Querschnitt des Auslegearms im ge- kröpften Bereich auf einer im Wesentlichen achteckige Grundform mit einer p4-Symmetrie basiert, wobei die die Symmetrie ^¬ achsen bildenden Kanten bevorzugt größer sind als die anderen Kanten und/oder die in Richtung der Breite des Querschnitts verlaufenden Kanten länger sind als die in Richtung der Höhe des Querschnitts verlaufenden Kanten. Durch eine entsprechende Formgebung können die in dem gekröpften Bereich auftretenden Biege- und Torsionsbelastungen gut aufgenommen werden.

Vorzugsweise basiert der Querschnitt des Auslegearms abseits des gekröpften Bereichs auf einer im Wesentlichen achteckigen Grundform mit einer p4-Symmetrie, wobei die die Symmetrieach ^¬ sen bildenden Kanten bevorzugt größer sind als die anderen Kanten und/oder die in Richtung der Höhe des Querschnitts verlaufenden Kanten länger sind als die in Richtung der Breite des Querschnitts verlaufenden Kanten. Da in dem Bereich ab- seits der Kröpfung die Biegebelastungen dominieren, ist der Querschnitt dahingehend optimiert. Es ist bevorzugt, wenn wenigstens an einem Teil der Kanten des Auslegearms im Querschnitt konvex nach außen gewölbt sind, wo ^¬ bei dies sowohl für den Bereich der Kröpfung als auch abseits davon gelten kann. Durch eine entsprechende teilweise konvexe Formgebung kann die Torsionssteifigkeit des Auslegerarms er ^¬ höht werden.

Es ist bevorzugt, wenn die Ecken im Querschnitt des Ausleger ^¬ arms abgerundet sind. Durch entsprechend abgerundete Ecken können Spannungsspitzen vermieden oder zumindest reduziert werden.

Vorzugsweise weist der Auslegerarm wenigstens eine Durchgangs ^¬ öffnung als Anlenkpunkt auf, wobei die gegenüberliegenden Be ^¬ reiche der Außenflächen des Auslegerarms, in denen eine der Durchgangsöffnungen mündet jeweils zueinander parallel ausge- staltet sind. Indem die Außenflächen im Bereich einer entsprechenden Durchgangsöffnung, durch die bspw. ein Gelenkbolzen geführt werden kann, zueinander parallel angeordnet sind, wird die Anbindung des erfindungsgemäßen Auslegerarm an andere Komponenten, wie bspw. einem weiteren Auslegerarm vereinfacht. Der Auslegerarm ist vorzugsweise aus endlosfaserverstärktem Faserverbundmaterial und kann aus Fasergelege, Fasergewebe, Fasergeflecht oder einer Kombination daraus gebildet sein. Insbesondere im Falle eines Fasergeleges ist es möglich, die einzelnen Fasern oder Rovings optimiert in eine Form für den Auslegerarm abzulegen. Auch ist es möglich, besonders hergestellte Preform-Gelege zu verwenden, bei denen die einzelnen Fasern in dem gewünschten Verlauf auf einem Trägergewebe befestigt sind, bspw. durch nähen.

Es ist auch möglich, dass der Auslegerarm aus vorgefertigten Matten durch Laminieren hergestellt wird. Die Fasern können dabei verschiedentlich angeordnet sein. So ist eine im Wesent ^¬ lichen quasiisotrope Anordnung von ±0 ° /+45 ° /±90 ° /-45 ° oder ±0°/+30 ^o /+60 ^o /±90 ^o /-60 ^o /-30° möglich. Die Lagen können dabei einzeln oder in Form vorgefertigter mehrschichtiger Gelege la- miniert werden. Es ist auch möglich, unidirektionale Gelege zu verwenden, die in einer Form für den Auslegerarm entsprechend der zu erwartenden Belastungen eingelegt werden.

Für das Einbringen der Matrix während oder nach dem Verlegen der Fasern sind im Stand der Technik geeignete Verfahren be- kannt . So kann die Faserablage naß (also mit dem Matrixmate ^¬ rial getränkt) , trocken (mit anschließendem Einbringen des Matrixmaterials) oder in Form von Prepregs (mit duroplasti ^¬ schem Matrixmaterial imprägnierte Fasern) erfolgen. Als Mat ^¬ rixmaterial kann insbesondere Harz, vorzugweise Epoxidharz verwendet werden.

Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest in einigen Bereichen des Auslegerarms zwischen zwei Lagen aus Faserverbundma ^¬ terial ein Kernmaterial zur Bildung einer Sandwichstruktur vorgesehen ist. Das Kernmaterial kann bspw. aus Balsaholz oder Schaumstoff sein.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Betonpumpe wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bei- spielhaft beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen mobilen Betonpumpe;

Figur 2: eine Detaildarstellung zweier Auslegerarme der

Betonpumpe aus Figur 1; Figur 3: ein Querschnitt durch den gekröpften Auslegerarm aus Figur 2 im Bereich der Kröpfung; und

Figur 4: ein Querschnitt durch den gekröpften Auslegerarm aus Figur 2 im Bereich abseits der Kröpfung. Bei der in Figur 1 dargestellten mobilen Betonpumpe 1 mit Verteilermast 2 handelt es sich um eine Autobetonpumpe, bei dem der Verteilermast 2 auf einem fahrbaren Unterbau 3 befestigt ist. Der Verteilermast 2 ist aufklappbar und umfasst dazu meh ^¬ rere, durch Hydraulikzylinder 4 relativ zueinander verschwenk- bare Auslegerarme 5, in denen eine (nur teilweise darge ^¬ stellte) Förderleitung 6 für fließfähigen Beton geführt ist. Mit Hilfe einer am Unterbau 3 angeordneten Kernpumpe 7 kann fließfähiger Beton vom Aufgabetrichter 8 durch die Förderleitung 6 mit zum freien offenen Ende 6 ^λ der Förderleitung 6 ge- fördert werden.

In Figur 2 sind zwei der Auslegerarme 5 der Betonpumpe 1 aus Figur 1 einzeln dargestellt, wobei einer der beiden Auslegearme 5 gekröpft und wenigstens der gekröpfte Auslegerarm 5 aus endlosfaserverstärktem Faserverbundmaterial ist. Die beiden Auslegerarme 5 sind über einen Gelenkbolzen 9 relativ zueinander schwenkbar verbunden.

Der gekröpfte Auslegerarm 5 in Figur 2 umfasst einen zwischen dem ersten Ende 10 und dem zweiten Ende 11 des Auslegerarm 5 angeordneten gekröpften Bereich 12, wobei die Kröpfung in ei- ner Ebene parallel zum Gelenkbolzen 9 bzw. der dadurch definierten Schwenkachse liegt. In Figur 3 ist ein Querschnitt durch den Auslegerarm 5 in dem gekröpften Bereich gezeigt, während in Figur 4 ein Querschnitt durch denselben Auslegerarm 5, jedoch abseits des gekröpften Bereichs 12 dargestellt ist. Wie in Figuren 3 und 4 gezeigt, basieren beide Querschnitte auf einer achteckigen Grundform 13 mit jeweils als gestrichelte Linien dargestellten Kanten 15, 15 15 ^{λ λ} und durch Markierungen angezeigte Ecken 14, die - wie anhand der als Strichpunktlinien dargestellten Symmetrieachsen 16 - jeweils eine p4-Symmetrie aufweisen. Dabei sind diejenigen Kanten 15,

15 welche zur Bildung der Symmetrieachsen 16 herangezogen werden, länger als die Kanten 15 ^{λ λ} , die keine Symmetrieachse

16 schneiden. Wie in Figur 3 unmittelbar ersichtlich, sind im Bereich der

Kröpfung 12 im Querschnitt diejenigen Kanten 15, die in Richtung der Breite b verlaufen länger als diejenigen Kanten 15 die in Richtung der Höhe h verlaufen. Abseits der Kröpfung ist es umgekehrt. Wie in Figur 4 zu sehen, sind dort diejenigen Kanten 15 die in Richtung der Höhe h verlaufen, länger als die Kanten 15, die in Richtung der Breite b verlaufen.

Sowohl im Bereich der Kröpfung 12 (vgl. Figur 3) als auch abseits davon (vgl. Figur 4) ist an den Kanten 15, 15 ^λ der Auslegerarm 5 konvex nach außen gewölbt. Dabei ist die Wölbung so ausgestaltet, dass der Auslegerarm 5 über seine gesamte Länge eine konstante Höhe h aufweist. Entsprechend ist die in Figur 2 sichtbare Oberseite des Auslegerarms 5 stufenfrei. Ebenfalls in Figur 2 ist zu erkennen, dass der Übergang vom Querschnitt des Auslegerarms 5 im gekröpften Bereich 12 zu dem Querschnitt abseits dieses Bereichs 12 derart fließend ist, dass durch die Querschnittsveränderung keine zusätzliche Kerbwirkung entsteht. Um darüber hinaus andere mögliche Spannungsspitzen zu vermeiden, ist der Auslegerarm 5 im Querschnitt an den Ecken 14 abgerundet (vgl. Figur 3 und 4) . In Figur 4 ist weiterhin dargestellt, dass der Auslegerarms 5 in bestimmten Bereichen derart nach außen erweitert ist, dass sich zwei gegenüberliegende parallele Außenflächen 17 ergeben. An diesen parallelen Außenflächen 17 ist eine Durchgangsöffnung 18 (von der lediglich die Achse dargestellt) bspw. zur Durchführung des Gelenkbolzens 9 (vgl. Figur 2) vorgesehen. Entsprechende Außenflächen 17 können auch in Bereichen anderer Durchführungsöffnungen 18 vorgesehen sein.

Der Auslegerarm 5 ist einstückig aus endlosfaserverstärktem Faserverbundmaterial gefertigt, wobei der Auslegerarms 5 mit bekannten Verfahren aus vorgefertigten Matten laminiert ist. Über die gesamte Länge des Auslegerarms 5 ist dabei die Anzahl der zur Schaffung der Struktur über den Querschnitt gesehen konstant. In der Folge bleibt auch die Querschnittsfläche über die gesamte Länge des Auslegerarms 5 konstant. Da der Quer ^¬ schnitt des Auslegerarms 5 im Bereich der Kröpfung 12 (vgl. Figur 3) jedoch einen größeren Umfang aufweist als außerhalb dieses Bereichs (vgl. Figur 4) ist die Wandstärke im Bereich der Kröpfung 12 in einzelnen Teilbereichen leicht reduziert, um weiterhin dieselbe Querschnittsfläche zu erreichen.