DE10106233A1 - Magnetschwebekrane,-laufkatzen,-Kopfträger und -fahrwerke für Kettenzüge und Seilwinden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft berührungsfrei arbeitende Linearfahrantriebe für Krane, insbesondere Ein- und Mehrträgerbrückenkrane, -hängekrane bzw. -portalkrane, sowie für Laufkatzen, Kopfträger und Fahrwerke von Kettenzügen und Seilwinden für kurze, mittlere und große Entfernungen. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Verfahren dieser fördertechnischen Anlagen und Komponenten Lang- bzw. Kurzstatorlinearmotoren unter Ausnutzung der Magnetschwebe- und Wanderfeldtechnologie eingesetzt werden. Je Laufbahn ist mindestens ein Linearfahrantrieb notwendig.

Description

Die Erfindung betrifft berührungsfrei arbeitende Linearfahrantriebe für Krane, insbesondere Ein- und Mehrträgerbrückenkrane, -hängekrane bzw. -portalkrane, sowie für Laufkatzen, Kopfträger, Fahrwerke von Kettenzügen und Seilwinden für kurze, mittlere und große Entfernungen.

Bekannte Fahrantriebe für Krane, Laufkatzen, Kopfträger sowie für Fahrwerke von Kettenzügen und Seilwinden nutzen die Rad-Schiene-Kombination als Trag- und Führungssystem. Als Antrieb werden üblicherweise Elektromotoren verwendet, aber auch pneumatische oder hydraulische Antriebsmotoren sind bekannt.

Die Rad-Schiene-Kombination ist unabhängig vom gewählten Antriebsmotor durch einige wesentliche Nachteile gekennzeichnet. Dazu gehören die Reibungsverluste aufgrund der Umwandlungen elektrischer Energie in Bewegungsenergie und einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung sowie die mechanischen Reibungsverluste entlang des Antriebsstranges, z. B. in Getrieben und Lagern.

Die linienförmige vertikale Krafteinleitung über das Rad stellt eine hohe dynamische Belastung für das Rad, die Schiene, die Laufbahn und die Unterkonstruktion dar.

Die eingesetzten Führungssysteme wie Spurkränze und Führungsrollen erlauben innerhalb eines definierten Bereiches ein Schiefstellen des Krans, der Laufkatze, des Kopfträgers oder des Fahrwerkes von Kettenzügen und Seilwinden während des Verfahrens. Daraus resultieren hohe Seitenführungskräfte und damit eine entsprechend hohe horizontale Belastung der fördertechnischen Konstruktion im Bereich der Führungssysteme sowie der Schiene, der Laufbahn und der Unterkonstruktion.

Beide Belastungen rufen unerwünschten Laufrad-, Führungsrollen-, Schienen- bzw. Laufflächenverschleiß hervor.

Aus EP 0842890 ist eine durch Linearinduktion bewegte Laufkatze für einen Ein- oder Mehrträgerkran bekannt. Verfahren wird die Katze bei dieser Konstruktion durch elektromagnetische Linearmotoren. Das Führen und Tragen der Laufkatze wird auf herkömmliche Weise durch mehrere Rad-Schiene- Kombinationen gewährleistet. Die Probleme der linienförmigen Lasteinleitung und des Verschleißes bleiben bei dieser Lösung unberücksichtigt. Weiterhin ist eine Vielzahl verschiedener Magnetschwebebahnsysteme zum Transport von Personen und Gütern bekannt (z. B. Transrapid, DE 36 12 847 und DE 42 18 001). Diese Lösungen sind aufgrund der Geometrie und der auftretenden Belastungszustände, der bedeutend längeren Fahrwege und der angestrebten höheren Geschwindigkeiten nicht für Krane, Laufkatzen, Kopfträger sowie für Fahrwerke von Kettenzügen und Seilwinden anwendbar.

Bekannt sind auch Stetig- und Unstetigförderer mit und ohne Wagen für Stückgüter, welche ebenfalls die Magnetinduktion als Antrieb nutzen (DE 44 45 038 und Magnemotion Comp.: http:/ / www.magnemotion.com). Die Stückgüter bzw. Lasten können wie bei einem bekannten Rollenförderer oder einer Hängebahn entlang einer Laufbahn bewegt werden. Ein flächiger Arbeitsbereich ist nur mit erheblichem Aufwand vollständig nutzbar. Weiterhin sind diese Systeme nicht für sich verändernde Belastungen während des Betriebes, wie es bei Kranen, Laufkatzen, Kopfträgern sowie bei Fahrwerken von Kettenzügen und Seilwinden z. B. durch Hubbewegungen oder durch Verfahren der Laufkatze möglich ist, konzipiert.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, Linearfahrantriebe für Krane, Laufkatzen, Kopfträger sowie für Fahrwerke von Kettenzügen und Seilwinden für kurze, mittlere und große Entfernungen darzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein oder mehrere Lineardirektantriebe unter Anwendung der Magnetschwebetechnologie zum Tragen bzw. Führen und der Wanderfeldtechnologie zum Verfahren des Kranes, der Laufkatze, des Kopfträgers oder des Fahrwerkes von Kettenzügen und Seilwinden genutzt werden.

Sowohl die an sich bekannten synchronen als auch asynchronen Lang- und Kurzstatorlinearmotoren sind als Antriebssysteme denkbar. Durch die anziehende bzw. abstoßende Wirkung der Magnetfelder von Primär- und Sekundärteil im Betrieb wird das Tragen und/oder Führen des Krans, der Laufkatze, des Kopfträgers oder des Fahrwerkes von Kettenzügen und Seilwinden ermöglicht. Außer bei rein permanentmagnetisch betriebenen Systemen erzeugt Wechsel- bzw. Drehstrom in den Kabelwickelungen ein magnetisches Wanderfeld, von dem der bewegliche Magnetsystemteil und damit der Kran, die Laufkatze, der Kopfträger oder das Fahrwerk von Kettenzügen und Seilwinden berührungsfrei mitgezogen und damit verfahren werden. Durch Veränderung der Stärke bzw. der Frequenz des Wechsel- bzw. Drehstromes in den stromgespeisten Spulen ist die Trag- bzw. Führkraft, die Verfahrbeschleunigung, die Verfahrgeschwindigkeit und die Verzögerung stufenlos regelbar. Zum Abbremsen des Kranes, der Laufkatze, des Kopfträgers oder des Fahrwerkes von Kettenzügen und Seilwinden wird die Kraftrichtung des Wanderfeldes geändert (Generatorprinzip). Eine Rückspeisung der Verzögerungsenergie in das Stromnetz als elektrische Energie ist möglich. Als Lösung wäre zum Tragen und Führen auch ein System mit Permanentmagneten denkbar. In bzw. an jeder Laufbahn werden Fahrschienen aus monoton gepolten Dauermagneten installiert. In bzw. an der Laufkatze, dem Kopfträger oder dem Fahrwerk von Kettenzügen und Seilwinden werden ebenso gepolte Dauermagnete angebracht. Die entstehenden Abstoßungskräfte zwischen den Dauermagneten heben den Kran, die Laufkatze, den Kopfträger oder das Fahrwerk von Kettenzügen und Seilwinden an. Die Verfahrbewegung ist durch ein zusätzliches System (z. B. Seiltrieb oder Wanderfeldtechnologie) zu realisieren. Vorstellbar ist ebenfalls die Anwendung von Kombinationen aus den bekannten Magnetschwebesystemen, sogenannten trivalenten Schwebesystemen.

Bei allen Lösungen ist denkbar, Trag-, Bewegungs- und Führungssysteme zu kombinieren oder konstruktiv so zu gestalten, dass nur ein Magnetschwebesystem notwendig ist.

Ebenfalls ist die Einbeziehung von Primär- bzw. Sekundärteil in die konstruktive Berechnung bei entsprechender Integration in die Konstruktion des Kopfträgers, des Katzrahmens oder der Laufbahn vorstellbar.

Zur Stabilisierung ist auch eine zusätzliche Radführung und/oder Gleitschienenführung möglich. Speziell bei den stromgespeisten Systemen ist diese Lösung zum Tragen und Führen im Notbetrieb und im Außerbetriebzustand vorstellbar.

Mit Ausnahme der Permanentmagnetsysteme lässt sich die Luftspaltbreite zwischen Primär- und Sekundärteil über die Wechsel- bzw. Drehstromstärke und -frequenz mit Hilfe eines Regelungssystems konstant halten.

Die Energieversorgung des Krans, der Laufkatze, des Kopfträgers oder des Fahrwerkes von Kettenzügen und Seilwinden sowie notwendiger Batterien entlang der gesamten Laufbahn kann entweder über Stromabnehmer, Kabelsysteme oder über in den beweglichen Teil des Magnetschwebesystems installierte, berührungsfrei arbeitende Lineargeneratoren gewährleistet werden.

Bei allen Lösungen mit Ausnahme des rein permanentmagnetisch betriebenen Systems lässt sich direkt über den Antrieb eine Positionierung der zu verfahrenden Anlage bzw. Komponente realisieren. Außerdem sind die Beschleunigung, die Verzögerung und die Verfahrgeschwindigkeit beeinflussbar sowie ein Tandembetrieb als auch eine Einzelsteuerung bei mehreren Kranen, Laufkatzen, Kopfträgern oder Fahrwerken von Kettenzügen und Seilwinden auf einer Laufbahn realisierbar.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen in den geringeren Reibungsverlusten sowie den möglichen höheren Beschleunigungen, Verzögerungen und Geschwindigkeiten beim Verfahren gegenüber bekannten Rad-Schiene-Antriebssystemen. Durch den Wegfall von mechanischen Komponenten im Antriebsstrang sowie durch das teilweise bzw. vollständig berührungsfreie Verfahren der Krane, Laufkatzen, Kopfträger oder Fahrwerke von Kettenzügen und Seilwinden entlang der Laufbahn werden der Verschleiß und der dadurch resultierende Wartungs- und Reparaturaufwand gesenkt. Eine flächige Krafteinleitung in die Laufbahn gegenüber einer linienförmigen bei Rad-Schiene- Kombinationen, ein besseres Dämpfungsverhalten, geringere Seitenkräfte und verringerte dynamische Belastungen sind weitere positiv zu wertende Auswirkungen auf die Krane, Laufkatzen, Kopfträger oder Fahrwerke von Kettenzügen und Seilwinden, die Laufbahnen und Unterkonstruktionen.

Weitere Einzelheiten werden an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Zweiträgerbrückenkrans mit Laufkatze in Magnetschwebeausführung

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kranhauptträger des Zweiträgerbrückenkrans mit Laufkatze, gemäß Fig. 1, in Magnetschwebeausführung

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Magnetschwebekopfträger des Zweiträgerbrückenkrans, gemäß Fig. 1, und durch die Kranbahn

Fig. 4 einen Schnitt durch die Kranhauptträger und durch die Magnetschwebekatze des Zweiträgerbrückenkrans, gemäß Fig. 1

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Einträgerhängekrans mit Laufkatze in Magnetschwebeausführung

Fig. 6 einen Schnitt durch den Kranhauptträger des Einträgerhängekrans mit Laufkatze, gemäß Fig. 5, in Magnetschwebeausführung

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Magnetschwebekopfträger des Einträgerhängekrans, gemäß Fig. 5, und durch die Kranbahn

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Magnetschwebekopfträger für einen Portalkran

In Fig. 1 ist die Vorderansicht eines Zweiträgerbrückenkrans dargestellt, bei dem sowohl die Krankopfträger (5) als auch die Laufkatze (5 + 10) mit Seilzug (16) mittels Magnetschwebe- und Wanderfeldtechnologie verfahren werden. Die Krankopfträger (5) werden entlang der Kranbahn (2) mit aufgesetzter Verschleißlamelle (3) und entlang dem ortsfesten Magnetsystemteil zum Verfahren und Tragen (7) bewegt. Geführt wird der gesamte Kran über zusätzliche Magnetführungssysteme. Die Träger (17) für die beiden ortsfesten Magnetsystemteile zum Führen (9) sind zwischen den Hallen- bzw. Kranbahnstützen (1) befestigt. Die beweglichen Magnetsystemteile zum Führen (8) sind seitlich an den Krankopfträgern (5) angebracht. Die beweglichen Magnetsystemteile zum Verfahren und Tragen (6) sind an der Unterseite der Krankopfträger (5) installiert. Bei der Laufkatze (5 + 10) mit Seilwinde (16) kommt als alternative Lösungsvariante nur ein Magnetschwebesystem je Laufbahn (2) zum Einsatz. Die Form der auf den Kranhauptträgern (4) befestigten, ortsfesten Magnetsystemteile (7 + 9) und der beweglichen, in die Unterseite der Laufkatzkopfträger (5) integrierten Magnetsystemteile (6 + 8) sind so ausgeführt, dass alle drei Funktionen wie Verfahren, Tragen und Führen gewährleistet werden. Zur Verschleißminderung sind bei beiden Ausführungsformen unter den ortsfesten Magnetsystemteilen zum Verfahren und Tragen (7) Verschleiß­ lamellen (3) vorgesehen. Entsprechend sind an der Unterseite der Krankopf­ träger (5) und der Laufkatze (5 + 10) Gleitschienen (12) angebracht, die nur im Notbetrieb und Außerbetriebzustand die Verschleißlamellen (3) berühren. Die Stromzuführung zum Kran (14) ist bei diesem Ausführungsbeispiel mittels Kabelschlepp realisiert. Für die Stromversorgung der Laufkatze (5 + 10) mit Seilwinde (16) werden Lineargeneratoren und Batterien genutzt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Hauptträger (4) des Krans, gemäß Fig. 1. In Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine Kranbahnseite (2) mit Verschleißlamelle (3), durch beide Magnetsysteme zum Verfahren und Tragen bzw. zum Führen und durch einen Krankopfträger (5) des Krans, gemäß Fig. 1, zu sehen. Nicht dargestellt wurde in diesem Schnitt die Laufkatze (5 + 10) mit der Seilwinde (16) und den Gleitschienen (12).

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Laufkatze (5 + 10) mit Seilwinde (16) und durch die Kranhauptträger (4) des Krans, gemäß Fig. 1, ohne Berücksichtigung der Kranbahn (2), der Stützen (1), der Führungsträger (17) und der ortsfesten Magnetsystemteile entlang der Kranbahn (2). Dieser Schnitt verdeutlicht die gewählten Formen für die Magnetsystemteile der Laufkatze (5 + 10) mit Seil­ winde (16) sowie die Lage und Form der Verschleißlamellen (3) auf den Kranhauptträgern (4).

In Fig. 5 ist die Vorderansicht eines Einträgerhängekrans dargestellt, bei dem sowohl die Krankopfträger (5) als auch die Laufkatze mit Fahrwerk (11) und Seilzug (16) mittels Magnetschwebe- und Wanderfeldtechnologie verfahren werden. Die Krankopfträger (5) werden entlang der Kranbahn (2) und dem ortsfesten Magnetsystemteil zum Verfahren und Tragen (7) bewegt. Geführt wird der gesamte Kran über zusätzliche Magnetführungssysteme. Die Träger (17) für die beiden ortsfesten Magnetsystemteile zum Führen (9) sind zwischen den Hallen- bzw. Kranbahnstützen (1) befestigt. Die beweglichen Magnetsystemteile zum Führen (8) sind seitlich an den Krankopfträgern (5) angebracht. Die beweglichen Magnetsystemteile zum Verfahren und Tragen (6) sind an den Krankopfträgern (5) installiert. Bei der Laufkatze mit Fahrwerk (11) und Seil­ winde (16) kommt als alternative Lösungsvariante nur ein Magnetschwebesystem je Laufbahnseite zum Einsatz. Die Außenkonturen der an den Kranhaupt­ trägern (4) befestigten, ortsfesten Magnetsystemteile (7 + 9) und der beweglichen, am Laufkatzfahrwerk (5) befestigten Magnetsystemteile (6 + 8) sind so ausgeführt, dass alle drei Funktionen wie Verfahren, Tragen und Führen gewährleistet werden. Zur Verschleißminderung sind an den Krankopfträger (5) zusätzliche Laufräder (13) vorgesehen, die nur im Notbetrieb und Außerbetriebzustand die Kranbahn (2) berühren. Die Stromversorgung für Kran und Katze wird bei diesem Ausführungsbeispiel über Lineargeneratoren und Batterien realisiert.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Hauptträger (4) des Krans, gemäß Fig. 5. In Fig. 7 ist ein Schnitt durch eine Kranbahnseite (2), durch beide Magnetsysteme zum Verfahren und Tragen bzw. zum Führen und durch einen Krankopfträger (5) des Krans, gemäß Fig. 5, zu sehen. Nicht dargestellt wurde in diesem Schnitt die Laufkatze mit dem Fahrwerk (11) und der Seilwinde (16).

Fig. 8 stellt eine mögliche Lösungsvariante für die Nutzung der Magnetschwebe- und Wanderfeldtechnologie zum berührungsfreien Verfahren von Portalkranen dar. Der gewählte Ausschnitt zeigt einen Schnitt durch einen Krankopfträger (5) mit Gleitschienen (12), durch das Fundament bzw. Gleis­ bett (18) mit Verschleißlamelle (3) sowie durch die ortsfesten Magnetsystemteile zum Verfahren und Tragen (7) bzw. zum Führen (9) als auch durch die beweglichen Magnetsystemteile zum Verfahren und Tragen (6) bzw. zum Führen (8). Der zugrundeliegende Aufbau dieses Ausführungsbeispieles ist dem in Fig. 3 ähnlich, mit dem Unterschied, dass der Krankopfträger (5) aufgrund der veränderten Krafteinleitung über die Stützen (15) anders dimensioniert und an den Stützenbefestigungspunkten konstruktiv anders ausgeführt wird.

Bezugszeichenliste

1

bauseitige Tragkonstruktion

2

Laufbahn

3

Verschleißlamelle

4

Kranbrücke bzw. -hauptträger

5

Kopfträger

6

beweglicher Magnetsystemteil zum Verfahren und/oder Tragen

7

ortsfester Magnetsystemteil zum Verfahren und/oder Tragen

8

beweglicher Magnetsystemteil zum Führen

9

ortsfester Magnetsystemteil zum Führen

10

Laufkatzrahmen

11

Fahrwerksrahmen

12

Gleitschiene

13

Radführung

14

Stromzuführung

15

Portalkranstütze

16

Seilwinde (bzw. Kettenzug)

17

Führungsschienenträger

18

Fundament bzw. Gleisbett

Claims (16)

1. Linearfahrantriebe für Krane, insbesondere Ein- und Mehrträger­ brückenkrane, -hängekrane bzw. -portalkrane, sowie für Laufkatzen, Kopfträger (5), Fahrwerke (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16) für kurze, mittlere und große Entfernungen, gekennzeichnet dadurch, dass je Laufbahn (2) mindestens ein nach dem magnetischen Schwebeprinzip arbeitender Linearmotor verwendet wird.

2. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Linearmotor ein Langstatormotor mit einem ortsfesten, an bzw. in die Laufbahn integriertem Primärteil und mit einem beweglichen Sekundärteil, welches mit dem Kran, der Laufkatze, dem Kopfträger (5) oder dem Fahrwerk (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16) verbunden ist.

3. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Linearmotor ein Kurzstatormotor mit einem ortsfesten, an bzw. in die Laufbahn integrierten Sekundärteil und mit einem beweglichen Primärteil, welches mit dem Kran, der Laufkatze, dem Kopfträger (5) oder dem Fahrwerk (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16) verbunden ist.

4. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zum Tragen und/oder Führen Permanentmagnetsysteme verwendet werden, bestehend aus ortsfesten und an bzw. in die Laufbahn integrierten sowie beweglichen, monoton gepolten Permanentmagneten, welche mit dem Kran, der Laufkatze, dem Kopfträger (5) oder dem Fahrwerk (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16) verbunden sind.

5. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Linearmotor als trivalentes Magnetschwebesystem ausgebildet ist.

6. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass getrennt voneinander arbeitende Magnetschwebesysteme zum Verfahren, zum Tragen und zum Führen verwendet werden.

7. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein Magnetschwebesystem zum Verfahren und Tragen sowie ein weiteres Magnetschwebesystem zum Führen verwendet wird.

8. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass ein Magnetschwebesystem zum Verfahren, Tragen und Führen genutzt wird.

9. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zum Verfahren und Tragen ein Magnetschwebesystem und zum Führen oder für den Notbetrieb oder Außerbetriebzustand Räder (13) verwendet werden.

10. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zum Verfahren und Tragen ein Magnetschwebesystem und zum Führen oder für den Notbetrieb oder Außerbetriebzustand Gleitschienen (12) verwendet werden.

11. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Kran, die Laufkatze, der Kopfträger (5) oder das Fahrwerk (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16), notwendige Batterien bzw. vorhandene stromgespeiste Spulen in den bewegten Teilen der Magnetschwebesysteme über Stromabnehmer (14) mit Strom versorgt werden.

12. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Kran, die Laufkatze, der Kopfträger (5) oder das Fahrwerk (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16), notwendige Batterien bzw. vorhandene stromgespeiste Spulen in den bewegten Teilen der Magnetschwebesysteme über Kabelsysteme (14) wie z. B. Schleppkabel und Energieketten mit Strom versorgt werden.

13. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Kran, die Laufkatze, der Kopfträger (5) oder das Fahrwerk (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16), notwendige Batterien bzw. vorhandene stromgespeiste Spulen in den bewegten Teilen der Magnetschwebesysteme über in die Magnetschwebesysteme integrierte, berührungsfrei arbeitende Lineargeneratoren mit Strom versorgt werden.

14. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass beim Bremsvorgang eine Rückspeisung der Verzögerungsenergie in das Stromnetz als elektrische Energie ermöglicht wird.

15. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass mit diesen Antrieben eine direkte Positionierung des Krans, der Laufkatze, des Kopfträgers (5) oder des Fahrwerkes (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16) entlang einer Laufbahn (2) realisiert werden kann.

16. Linearfahrantriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass mittels dieser Antriebe und der Steuerung der Stromversorgung ein Tandembetrieb bzw. ein getrenntes Verfahren von mehreren Kranen, Laufkatzen, Kopfträgern (5) oder Fahrwerken (11) von Kettenzügen und Seilwinden (16) auf einer Laufbahn (2) ermöglicht wird.