Stabilität für Hubplattformen schaffen

Scheren-, Halbscheren-, Lambda-Scherenmechanismus und Vertikalführungen

SERAPID setzt verschiedene Technologien ein, um Stabilität in Hebebühnen zu bringen. Dazu gehören neben dem Scheren-, Halbscheren- und Lambdascheren-Mechanismus auch eine einfache Vertikalführung, die zusammen mit der Hubstabilität der starren Schubkette für Führungssicherheit und Plattformstabilität sorgt.
Eine Plattform darf sich niemals undefiniert bewegen: weder linear in eine der drei isometrischen Ebenen noch rotativ um eine dieser Ebenen. Technisch ausgedrückt schränkt SERAPID durch die Anordnung der Hubsysteme und der gewählten Führungen die Freiheitsgrade der Plattform in der Weise ein, dass nur noch die definierte vertikale Auf- und Abwärtsbewegung möglich ist (Abbildung 1).

Eine einzelne SERAPID-Hubsäule (als klassische Schubkette oder LinkLift) schränkt lediglich einen Freiheitsgrad ein. Die Kette steuert die Aufwärts- / Abwärtsbewegung der Plattform. Dabei könnte sich eine Plattform, die auf einer einzelnen Kettensäule sitzt, jederzeit seitlich frei bewegen (links / rechts und vorwärts / rückwärts) und sich drehen oder verdrehen (neigen, kippen, schwanken).

Durch das Hinzufügen einer zweiten Hubsäule wird ein zweiter Freiheitsgrad, nämlich die Rotation in einer Ebene, eingeschränkt (jedoch nur bedingt!). Befinden sich die beiden Säulen links und rechts voneinander wird also ein Kippen der Plattform teilweise eingeschränkt. Die Plattform kann sich aber immer noch in anderen Ebenen drehen, schwanken und neigen sowie sich seitlich bewegen. Eine dritte oder vierte Hubsäule, die nicht in einer Linie mit den ersten beiden steht, macht die Plattform weiter stabiler. Ähnlich wie ein Hocker oder ein Stuhl kippt und neigt sie sich nicht mehr. Dennoch ist die Plattform noch nicht stabil - sie kann sich immer noch verdrehen oder taumeln und z.B. in einer Ebene in die Richtungen rechts / links und vorwärts / rückwärts schwanken – innerhalb der Bau-Toleranzen der Maschinenelemente. An diesem Punkt wird eine externe Stabilisierung zwingend erforderlich.
Eine einfache Methode besteht darin, zwei vertikale Führungen (z.B. Aufzugsführungsschienen) an der Plattform, dem Maschinenrahmen oder dem Bauwerk anzubringen. An den Führungspunkten verhindern sie jegliche Bewegung in seitlicher Richtung (links / rechts oder vorwärts / rückwärts). Die Kombination der beiden verhindert auch ein Verdrehen oder Schwanken der Plattform (Abbildung 3).

In Fällen, in denen es nicht möglich ist, externe Führungen für die Plattform zu verwenden, sind dann andere Methoden erforderlich und verfügbar.

Ein Scherenmechanismus sorgt für Stabilität, indem er drei Freiheitsgrade einschränkt. Eine einfache Schere besteht aus 2 Profilen, die sich in Form eines X kreuzen. In der Mitte des X befindet sich ein Drehpunkt mit Lager. An einem Ende der X-Schenkel sind die oberen und unteren Enden als Drehpunkt gelagert (= Festlager). Die anderen Enden der X-Schenkel werden horizontal verschiebbar gelagert
(= Loslager) (Abbildung 4). Beim Verschieben bleiben die oberen Drehpunkte immer senkrecht über den unteren Drehpunkten. Die Höhe zwischen dem oberen und dem unteren Drehpunkt ist auf beiden Seiten der Schere gleich.

Da die Drehpunktpaare immer vertikal sind, schränken sie einen seitlichen Freiheitsgrad ein und durch die gleiche Höhe der beiden Paare entfällt ein Rotationsfreiheitsgrad. Ein einzelner Scherenarm könnte schwanken, daher wird ein zweiter Scherenarm mit Querversteifung hinzugefügt. Dadurch wird ein weiterer Freiheitsgrad eingeschränkt. Da die beiden Scherenarme untereinander noch quer verbunden und ausgesteift sind, können sie sich nicht auf unterschiedlichen „Höhen“ befinden. Damit entfallen die restlichen, rotatorischen Freiheitsgrade. Der komplette Scherenmechanismus schränkt also 5 Freiheitsgrade ein. Der einzige verbleibende Grad wird durch den Hebemechanismus bedient und kontrolliert befahren. In unserem Fall übernimmt die starre Schubkette von SERAPID diese Funktion (Abbildung 4).

Figure 4: Scissors eliminates 5 degrees of freedom.

Ein kompletter Scherenmechanismus ist sehr groß, verbraucht wertvollen Platz unter der Plattform und bringt zusätzliches Eigengewicht mit ins System. Die Funktionen der Schere können in mehrere kleinere Mechanismen, z.B. eine Halbschere in Kombination mit einem Lambda-Mechanismus (Abbildung 5 und Abbildung 6) abgeleitet und aufgeteilt werden.

Der Lambda-Mechanismus bewirkt, dass der obere Drehpunkt immer senkrecht über dem entsprechenden unteren Drehpunkt bleibt und damit einen Freiheitsgrad einschränkt. Der Halbscheren-Mechanismus begrenzt weitere Freiheitsgrade. Auch können zwei Halbscheren- und ein Lambda-Mechanismus verwendet werden, um alle 5 Freiheitsgrade einzuschränken (wie beim Scherenmechanismus). Dieser Mechanismus ist zwar komplexer, hat aber den Vorteil, dass er mehr Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung der Komponenten des Hebemechanismus bietet – z.B. bei langen und schmalen Plattformen (Abbildung 7).

Robert C. Adams, PhD, PE

SERAPID Leiter Forschung & Entwicklung / Technik