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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen in einem hydraulisch arbeitenden Materialhandhabekran, der einen Kranarm, der um eine im allgemeinen vertikale Achse geschwenkt werden kann, und eine doppelt wirkende hydraulische Einstelleinrichtung für die Schwenkbewegung des Kranarmes aufweist.
Eine derartige Anordnung ist aus der WO 86/01494 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart die Möglichkeit, die Hydraulik eines nicht in Betrieb befindlichen Kranes, beispielsweise über Nacht oder während eines Wochenendes, mit einer Bypass-Leitung und einer darin befindlichen Quer- schnittsverengung so auszugestalten, dass der Kran sich immer in den Wind drehen kann, ohne dass er deshalb völlig frei drehbar wäre. Zusätzlich ist ein Unterbrechungsventil in der Bypass- Leitung vorgesehen um diese Beweglichkeit, beispielsweise während des Betriebes, stillsetzen zu können.
Es handelt sich bei dieser Vorrichtung somit um einen sogenannten low-pass und reagiert ge- genüber relativ hochfrequenten Schwingungen hart. Ein solches Verhalten wird vom Vorhalt ver- langt, da ansonsten der Kran ständig Drehbewegungen ausführen würde, während er ja nur einem Wechsel der Hauptwindrichtung folgen können soll.
Aus der DE 31 26 206 A1 ist ein Dämpfungssystem für Lastpendelbewegungen an Kränen be- kannt, das auf die Seile einer Lasthebevorrichtung, die an einer Laufkatze aufgehängt ist, einwirkt.
Dabei wird die Seilbewegung über eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit gedämpft, wozu ein Bypass mit veränderlicher Drossel vorgesehen ist. Es kann diese Vorrichtung oder eine von ihr abgeleitete nicht zur Dämpfung von Schwingungen in einem hydraulisch arbeitenden Material- handhabekran verwendet werden.
Aus der US 5 007 544 A ist ein Autokran bekannt, wobei speziell die Lagerung des Auslegers beim Verfahren des Autokrans den Inhalt dieser Druckschrift bildet. Es muss beim Verfahren des Autokrans sichergestellt werden, dass auch bei veränderlicher Temperatur im Hydraulikkreis der Ausleger innerhalb gewisser vorgegebener Höhenschranken bleibt, was unter Umständen auch bei ausgeschalteter oder blockierter Hydraulik Probleme mit sich bringen kann. Zur Vermeidung dieser Probleme sind gemäss der US-A eine Reihe von Sensoren und elektronischen Bauteilen vorgese- hen, die in Verbindung mit der Hydraulik dafür sorgen, dass die vorgegebenen Schranken eingehal- ten werden.
Abgesehen vom grossen konstruktiven und elektronischen Aufwand ist die vorbekannte Anordnung nicht dazu geeignet, während des Betriebes eines Kranes die von der Bewegung der Last herführenden Vibrationen einzudämmen.
Schliesslich ist aus der AT 376 954 B eine Vorrichtung bekannt, die es ermöglicht, bei einem hydraulisch betätigten Lastarm das Rückschlagen des Armes, das erfolgt, wenn er eine Last auf- nimmt oder abgibt, zu vermeiden. Dieses Rückschlagen ist eine Folge des plötzlichen Entlastens des Armes, wie es beispielsweise beim Absetzen von Booten, aber auch bei anderen Anwendun- gen häufig erfolgt.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist ein Ausgleichsgefäss vorgesehen, das mit der Hydraulik- versorgung des Lastarmes über ein Rückschlagventil in Verbindung steht, sodass ein Durchströmen der Hydraulikflüssigkeit ausschliesslich vom Lastarm zum Ausgleichsgefäss möglich ist. Das Aus- gleichsgefäss steht weiters über ein Druckbegrenzungsventil mit einem Rücklauf zum Sumpf in Verbindung, so dass in das Ausgleichsgefäss gepumptes Öl über dieses Überdruckventil in den Sumpf gelangt, aber keinesfalls zum Tragarm zurückströmen kann. Es wird auf diese Weise ein Ausschlagen des Tragarmes auch bei ruckartiger Laständerung zuverlässig vermieden, doch er- möglicht es diese Vorrichtung nicht, Schwingungen eines Lastarmes zu dämpfen.
Im Falle eines Kranes, der mit schwebenden Lasten arbeitet, ist ein grosser Bedarf an Dämp- fung der Schwingungen erforderlich, die in der Last und im Kranarm auftreten, wenn die Bewegung des Armes abgebremst wird. Um die Neigung des Kranarmes, hin und her zu schwanken, zu vermindern, ist der Arm üblicherweise extrem starr ausgebildet, was das Gewicht des Armes vergrössert und dessen Lasthandhabevermögen beeinträchtigt. Ein ungedämpfter Kranarm ist auch schwierig zu manövneren und überträgt Schlagkräfte und Vibrationen auf den Kranführer, was zu schlechten Arbeitsbedingungen führt.
Bekannte Kranarm-Dämpfungseinrichtungen schliessen normalerweise mechanische Rei- bungsbremsen ein, die vorgesehen sind, die Last zum leichteren Anhalten am Ende der Schwing- bewegung zu bringen. Die Bremswirkung dieser Reibungsbremsen wird unter statischen Bedin- gungen erzeugt, und die Bremsen sind dennoch nicht in der Lage, die Bremskraft an Schwingun-
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gen hoher Amplitude in gewünschtem Masse anzugleichen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile bekannter Dämpfungseinrich- tungen zu beseitigen und eine Krandämpfungsanordnung zu schaffen, die in der Lage ist, die Schwingungen, die in der Last und im Kranarm in einer progessiven Weise auftreten, zu dämpfen, so dass die grösste Dämpfungswirkung bei Schwingungen hoher Amplitude erreicht wird, und die erzeugte Dämpfungswirkung der Amplitude der auftretenden Schwingungen angepasst wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Dämpfungseinrichtung in einer Bypass-Leitung zu der mit dem Hydraulikkreislauf verbundenen Kranarmschwenkeinheit angeord- net ist, wobei eine erste Drossel in Reihe geschaltet mit einer hydraulischen Kolben-Zylindereinheit mit einem zwischen zwei Endstellungen sich frei vor und zurück bewegenden Kolben vorgesehen ist. Durch diese Kombination einer Drossel mit einer begrenzten freien Kolbenbewegung wird das Bremsen bzw. Verzögern und somit die Dämpfung von Schwingungen auf einfache und zuverläs- sige Weise und mit grosser Effizienz bewirkt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung mit einer zweiten hydraulischen Krafteinrichtung (Wipp- werk), die einen zweiten Hydraulikkreislauf zum Anheben und Absenken des Kranarmes ein- schliesst, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass eine zweite Dämpfungseinrichtung im zweiten Hydraulikkreislauf an der Seite der zweiten hydraulischen Krafteinrichtung angeordnet ist, die dem Druck durch die Last ausgesetzt ist, mit einem Hydraulikspeicher, der in Reihe einer einstellbaren zweiten Drossel geschaltet ist. Es können somit die beiden Dämpfungsanordnungen miteinander zusammenwirken, wodurch ein Kombinationseffekt erzeugt wird.
Dies gilt insbesondere, wenn die Last schwankend aufgehängt ist und daher in der Lage ist, frei in seitlichen Richtungen zu pendeln, was auch dazu führt, Veränderungen in vertikaler Richtung und damit wechselseitig verbundene Schwingungen der Last als auch des Kranarms zu erzwingen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Ventil in der Bypass- Leitung mit der ersten Drossel und der ersten Kolben-Zylindereinheit in Reihe geschaltet angeord- net ist und das üblicherweise geschlossen ist, sich öffnet, wenn eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem Ventil vorherrscht. Durch diese Massnahme können geringfügige Druckschwankungen von der Dämpfung ausgenommen werden, so dass unbeabsichtigte Drehbewegungen des Kranar- mes, verursacht durch Schwingungen des Kranes verhindert werden, wobei die Dämpfung, der durch die schwingende Last hervorgerufenen Schwingungen unbeeinträchtigt bleibt.
Die erfindungsgemässe Dämpfungsanordnung verbessert auch die Arbeitsbedingungen des Kranführers, erlaubt ausserdem schneller auszuführende Kranbewegungen und erlaubt leichtere Kranarme von geringer Steifigkeit ohne gleichzeitige Beschränkung des Lasthandhabevermögens des Kranes.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines Materialhandhabekranes, wobei eine erste erfindungsgemässe Dämpfungsanordnung schematisch dargestellt ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf Teile des Kranes, wobei eine erfindungsgemässe zweite Dämpfungsanordnung sche- matisch dargestellt ist, Fig. 3 eine Perspektivansicht einer konstruktiven Ausführung einer erfin- dungsgemässen Dämpfungseinheit und Fig. 4 ein Diagramm, das die Dämpfung eines Kranarmes sowohl mit als auch ohne erfindungsgemässe Dämpfungsanordnung darstellt.
Fig. 1 zeigt beispielsweise einen Turmauslegerkran 10 mit einem Kranarm, der im allgemeinen mit 12 bezeichnet ist, wobei der Kran einen Ausleger 14 und einen schwenkbar befestigten Kipp- oder Auslegerhebel 20 aufweist, wobei an dessen freien Ende eine Aufhängungseinrichtung 22 befestigt ist, an der sich eine Greifeinrichtung 24 befindet und die eine Last 26 trägt.
Im Falle der dargestellten Ausführung ist der Ausleger 14 schwenkbar an einer hydraulisch ar- beitenden Kranarmschwenkeinheit 48 angebracht, die den Ausleger um eine vertikale Achse 46 schwenkt. Der Ausleger 14 ist schwenkbar mit der Kranarmschwenkeinheit 48 und mit einem Ende einer Einstelleinrichtung in Form einer hydraulischen Krafteinrichtung 16 verbunden, sodass der Ausleger 14 angehoben und abgesenkt werden kann. Das andere Ende der Einstelleinrichtung ist schwenkbar mit der Kranarmschwenkeinheit verbunden. Eine zweite hydraulische Krafteinrichtung 18 ist in korrespondierender Weise zur Bewegung des Auslegerhebels 20 in Bezug zum Ausleger vorgesehen. Die zuvor beschriebene Kranarmkonstruktion bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung und kann daher in vielen unterschiedlichen Arten ausgebildet sein.
Zum Zwecke der Manövrierung der Anhebe- und Absenkbewegungen des Kranes 10 mit Hilfe
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der hydraulischen Kraftreinrichtung 16 ist in der hydraulischen Anordnung gemäss Fig. 1 eine Hydraulikpumpe 28, ein richtungsabhängiges Ventil 34 und eine zweite erfindungsgemässe Dämpfungseinrichtung 40 vorgesehen, wobei die Anordnung eine zweite Drossel 42 und einen Hydraulikspeicher 44 aufweist. Darüber hinaus ist die Hydraulikpumpe 28 der dargestellten Ausführung mit beiden Anschlüssen des richtungsabhängigen Ventils 34 an der Eingangsseite über eine Druckleitung 30 und eine Rücklaufleitung 32 verbunden. Die hydraulische Krafteinheit 16 ist mit beiden Ausgangsanschlüssen des richtungsabhängigen Ventiles 34 über die Leitungen 36 und 38 verbunden.
Der Hydraulikspeicher 44 und die damit in Reihe geschaltete einstellbare Drossel 42 sind mit der Leitung 36 mittels einer Leitung 41 verbunden, wobei die Leitung 36 mit der Seite der hydraulischen Krafteinrichtung 16 verbunden ist, die normaler Weise während der Betätigung des Kranes dem grössten Druck ausgesetzt ist.
Das Durchführen der Schwenkbewegungen des Kranes 10 durch die Kranarmschwenkeinheit 48 wird mittels der hydraulischen Anordnung gemäss Fig. 2 durchgeführt, wobei die Anordnung ein richtungsabhängiges Ventil 74, die Kranarmschwenkeinheit 48 und eine erste Dämpfungseinrichtung 66 aufweist.
Fig. 2 zeigt beispielhaft die hydraulische Anordnung, die mit der in Fig. 1 dargestellten Pumpe 28 durch das Zwischenstück einer Druckleitung 78 und einer Rückströmleitung 76 verbunden ist, die mit den beiden Anschlüssen der Eingangsseite eines richtungsabhängigen Ventiles 74 verbunden sind. Die zwei Anschlüsse des richtungsabhängigen Ventiles an der Ausgangsseite sind mit der Kranarmschwenkeinheit 48 durch das Zwischenstück eines hydraulischen Kreislaufes verbunden, der durch die Leitungen 58 und 60 gebildet wird.
Die schematisch dargestellte Kranarmschwenkeinheit 48 ist bekannt und weist üblicherweise zwei doppelt wirkende hydraulische Kolben-Zylindereinheiten 50 auf (nur eine von diesen ist dargestellt), wobei jede von diesen eine Kolbenanordnung mit einer Kolbenstange 54 und zwei wechselseitige gegenüberliegende Kolben 52 aufweist. Die Kolbenstangen 54 haben die Form einer Zahnstange, die mit einem Drehritzel 56 der Kranarmschwenkeinheit 48 kämmen um den Kran, um die Achse 46 zu schwenken.
Die erfindungsgemässe Dämpfungseinrichtung 66 ist in einer Bypass-Leitung 62 vorgesehen, die zum Hydraulikkreislauf 58,60 führt. Die Dämpfungseinrichtung 66 schliesst, in Reihe geschaltet, in der Leitung 62 eine einstellbare erste Drossel 64 und eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit 68 ein, in der ein Kolben 70 frei zwischen zwei Endstellungen vor und zurück bewegt werden kann. Im Falle der dargestellten Ausführung weist die Dämpfungseinrichtung auch ein Ventil 72 auf, das normalerweise geschlossen ist und das nicht geöffnet wird, um zu gestatten, dass Fluid in irgendeine der beiden Strömungsrichtungen fliesst, bis eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem Ventil auftritt. In seiner einfachsten Form kann das Ventil 72 zwei parallel verbundene und entgegengesetzt wirkende federbelastete Absperrventile aufweisen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführung besitzt das Ventil 72 einen federbelasteten doppelseitigen Ventilkörper, der durch Druck in beide Strömungsrichtungen bewegt werden kann, wobei das Ventil geöffnet wird, wenn es sich zu einer durch die Feder vorbestimmten spezifischen Mittelstellung (nicht dargestellt) bewegt.
Die beschriebene Dämpfungseinrichtung arbeitet folgendermassen:
Wenn es gewünscht wird, die Drehung des Kranarmes 12 um die Achse 46 zu begrenzen, beispielsweise zum Absenken der Last 26, wird das richtungsabhängige Ventil 74 in die dargestellte geschlossene Position gebracht. Wegen der sich ergebenden Verzögerung der Kranarmbewegung wird die Last unweigerlich dazu neigen, ein Pendeln, schwingende Bewegungen in vertikaler Ebene zu erzeugen, um die kinetische Energie des Kranes, in Folge der Geschwindigkeit der Drehbewegung, der Ventilschliessgeschwindigkeit und der Steifigkeit des Kranarmes aufzunehmen.
Wegen der verbleibenden begrenzten Bewegungsfreiheit der Drehbewegung des Kranes, die durch die Dämpfungseinrichtung 66 hervorgebracht wird, wird jedes Pendeln oder jede schwingende Bewegung dadurch gedämpft oder verzögert, dass dem Kran gestattet wird, um einen Winkel während jedes Pendelns gegen den Widerstand zu drehen, der durch den Durchgang des Hydraulikfluids durch die erste Drossel 64 ausgeübt wird, wobei die Dämpfung durch Umwandlung der kinetischen Energie des Kranarmes und der Last erfolgt, was zur Erwärmung des Hydraulikfluids führt. Die Grösse der möglichen Drehbewegung wird in beiden Richtungen durch das Hubvolumen der hydraulischen Kolben-Zylindereinheit 68 eingeschränkt.
Sollte der frei bewegliche Kolben 70 in die "Falsch" -Endstellung im Zylinder 68 gebracht werden, wenn die Drehbewegung des Kranarmes 12
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gestoppt wird, wird die Dämpfung gleichmässig und effektiv in die nachfolgende entgegengesetzte Pendelbewegung umgesetzt.
Im vom Typ des eingesetzten Kranes abhängigen Normalfall kann das Ventil 72 eingestellt werden, sich bei einer Druckdifferenz zwischen etwa 3 bis 7 Mpa zu öffnen, sodass das Ventil unbe- absichtigte Drehbewegungen des Kranarmes verhindert, die durch Verlagerungen des Schwer- punktes verursacht wird, wenn der Kran hm und her schwankt. Dennoch ist das Ventil 72 nicht in der Lage die Hochdruckströmungen während der Dämpfung der schwingenden Bewegung zu verhindern.
Die zweite Dämpfungseinrichtung 40, wie in Fig. 1 dargestellt, arbeitet in einer Weise ähnlich der ersten Dämpfungseinrichtung 66, in der die kinetische Energie des Kranes 12 zur Erwärmung des Hydraulikfluids in Folge der inneren Reibung umgewandelt wird, die durch Drosseln des Hydraulikfluids in der zweiten Drossel 42 verursacht wird.
Die Veränderungen des Volumens werden durch den Hydraulikspeicher 44 aufgenommen, der durch die Drossel 42 aufgeladen und entladen wird. Zusätzlich zur Dämpfung des vertikalen Schwingens des Kranarmes um die vertikale Achse ist die zweite Dämpfungseinrichtung 40 in der Lage mit der ersten Dämpfungseinrichtung 66 zusammenzuwirken, um einen Kombinationseffekt zu erzeugen. Insbesondere, wenn die Last herab hängt oder schwankend aufgehängt ist und daher in der Lage ist, frei in seitlichen Richtungen zu pendeln, führt dieses Pendeln dazu, Veränderungen in eine vertikale Richtung und damit wechselseitig verbundene Schwingungen sowohl der Last als auch des Kranarmes zu erzwingen.
Dieses kombinierte Schwingen oder pendelnde Bewegen um verschiedene Achsen kann sehr wirksam mit den beiden erfindungsgemässen in zwei Richtungen zusammenwirkenden Dämpfungseinrichtungen 40 und 66 gedämpft werden.
Fig. 3 zeigt eine konstruktive Ausbildung einer zusammengesetzten doppeltwirkenden Dämp- fungsanordnung, die erfindungsgemäss ausgebildet ist. Der Hydraulikspeicher 44 und die hydrauli- sche Kolben-Zylindereinheit 68 sind an ihren entsprechenden Enden mit einer Halteplatte 80 verbunden und sind unmittelbar mit entsprechenden Verengungen oder Drosseleinrichtungen 42 und 64 verbunden. Die Drossel 42 und 64 sind mit entsprechenden Schrauben 86 und 88 zur Einstellung ihres Strömungswiderstandes versehen. Die Drosseln sind auch mit Verbindungsmit- teln zum Verbinden der Leitungen 41 und 62 versehen, wie in den strichpunktierten Linien darge- stellt. Mit der Halteplatte 80 verschweisst, ist eine abgewinkelte Befestigungsplatte 82, die mit Befestigungen 84 zum Befestigen der Dämpfungseinrichtung am Kranarm oder an anderen geeig- neten Punkten vorgesehen ist.
Wie zuvor beschrieben, erzeugt die erfindungsgemässe Dämpfungseinrichtung die grösste Bremswirkung im Falle grosser Schwingungen und eine geringe Bremswirkung im Falle kleiner Schwingungen, wobei die Last 26 und die Aufhängungseinrichtung 22 veranlasst werden, in einer vertikalen Position anzuhalten. Wenn eine Reibungsbremse, die in der Lastaufhängungseinnch- tung 22 angeordnet ist, benutzt wird, wird die Last in einer Stellung gehalten, die von der vertikalen abweicht.
Schliesslich zeigt die Fig. 4 beispielhaft die Veränderungen des Druckes P des Hydraulikfluids, das zu einer hydraulischen Stelleinrichtung eines Kranarmes gefördert wird, als Funktion der Zeit T dar. Die dünnere Linie repräsentiert einen Materialhandhabekran, der nicht mit einer erfindungs- gemässen Dämpfungsanordnung versehen ist, während die dickere Kurve einen Materialhandha- bekran repräsentiert, der mit einer erfindungsgemässen Dämpfungseinrichtung versehen ist.
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