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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Patentanmeldung bezieht sich auf einen Kran mit einer Struktur, die einen Ausleger, ein Gegengewicht für den Ausleger und zwischen dem Gegengewicht und dem Ausleger gespannte Abspannelemente aufweist, mit mindestens einem an der Struktur angreifenden Aktuator und mit einer den mindestens einen Aktuator zur Unterdrückung von Schwingungen der Struktur ansteuernden Steuerung.
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Bei den Abspannelementen kann es sich insbesondere um Abspannseile oder Abspannstangen halten. Sie können, aber sie müssen nicht durchgängig zwischen dem Gegengewicht und dem Ausleger verlaufen, und sie können insbesondere über eine Kranspitze hinweg gespannt sein, wobei sie an der Kranspitze unterbrochen sein können, sodass ein oder mehrere Spannelemente zwischen dem Gegengewicht und der Kranspitze und ein oder mehrere Abspannelemente zwischen der Kranspitze und dem Ausleger gespannt sind.
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Wenn hier von der Spannung eines Abspannelements die Rede ist, so ist damit nicht speziell das Verhältnis zwischen der auf das Abspannelements wirkenden Zugkraft und seinem Querschnitt sondern nur die Größe der Zugkraft gemeint, die das Abspannelement zwischen seinen Enden ausübt bzw. abstützt.
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Die ausladenden Strukturen von Kränen mit Auslegern sind verglichen mit den Lasten, für die die Kräne ausgelegt sind, vergleichsweise weich. Die Strukturen werden daher leicht, z. B. durch Pendelbewegungen einer über ein Zugseil an den Ausleger angehängten Last in Schwingungen versetzt, die schnell große und damit gefährliche Amplituden erreichen. Derartige Schwingungen können auch in Folge anderer Anregungen der Struktur eines solchen Krans auftreten. Für einen sicheren Betrieb eines Krans müssen solche Schwingungen vermieden werden.
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STAND DER TECHNIK
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Aus der
EP 0 985 629 A1 ist ein Kran mit einem hydraulisch betätigten Auslegersystem, mit mindestens einem Zylinder zur Betätigung des Auslegersystem und einer Einrichtung zur Überwachung des die Belastung des Krans anzeigenden Druckes im Zylinder bekannt, wobei der Zufluss von Hydraulikflüssigkeit zum Zylinder durch Veränderung des Querschnitts eines Ventils steuerbar ist. In Abhängigkeit von der im Zylinder festgestellten zeitlichen Änderung des Druckes bzw. der zeitlichen Änderung der Belastung des im Zylinder geführten Kolbens wird ein Signal erzeugt, welches den Antrieb zur Verstellung des Ventilquerschnitts im Sinne einer Verringerung der gestellten Druck- bzw. Belastungsveränderung betätigt. Die festgestellten Druck- bzw. Belastungsveränderungen sind ein Indiz für Schwingungen des Auslegers. Eine Verringerung der festgestellten Druck- bzw. Belastungsveränderungen resultiert entsprechend in eine Abminderung dieser Schwingungen. Nachteilig bei dem bekannten Kran ist, dass die Einrichtung, die den Antrieb zur Verstellung des Vertikalquerschnitts im Sinne einer Verringerung der festgestellten Druck- bzw. Belastungsveränderung betätigt, ausreichend schnell sein muss, um diese Schwingungen effektiv unterdrücken zu können.
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Ein Kran der eingangs beschriebenen Art ist aus der
WO 2004/106215 A1 bekannt. Dieser Kran weist ein Drehwerk zum Drehen des Krans, ein Wippwerk zum Aufrichten bzw. Neigen eines Auslegers und ein Hubwerk zum Heben bzw. Senken einer an einem Lastseil an dem Ausleger hängenden Last mit einem Antriebssystem auf. Zusätzlich weist der Kran eine Bahnsteuerung auf, deren Ausgangsgrößen direkt oder indirekt als Eingangsgrößen in die Regelung für die Position bzw. die Geschwindigkeit des Krans eingehen, wobei die Führungsgrößen für Steuerung in der Bahnsteuerung so generiert werden, dass sich eine Lastbewegung mit minimierten Pendelausschlägen ergibt. Der bekannte Kran kann zusätzlich eine aus der
WO 02/32805 A1 bekannte Regelung zur Lastpendeldämpfung aufweisen. Um das Konzept des bekannten Krans umzusetzen, ist ein erheblicher Rechenaufwand zu leisten.
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Aus der
DE 199 31 303 A1 ist ein Kran mit einer Struktur bekannt, die einen Hauptmast, einen Ausleger, ein Gegengewicht für den Ausleger und zwischen dem Gegengewicht und dem Ausleger gespannte Abspannelemente aufweist. An der Kranstruktur greifen Aktuatoren an, über die die Position des Gegengewichts und/oder der Abspannelemente und die Wippwinkel des Auslegers und/oder des Hauptmasts verändert werden können. So können die Wippwinkel des Auslegers und des Hauptmasts aufeinander abgestimmt werden, um eine auf die an einem Lasthaken an den Ausleger angehängte Last im Bereich der optimalen Tragfähigkeit des Krans zu transportieren.
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Aus der
US 6 308 844 B1 ist ein Verfahren zum Anheben einer Last von einer Bodenfläche mit einem Kran bekannt, bei der ein Schwingen der Last parallel zur Bodenfläche über eine Bewegung eines Auslegers des Krans ausgeglichen werden kann. Die Last wird dabei über ein Lastseil, das über den Ausleger und einen Gegenausleger des Krans mit einem Maschinenraum des Krans verbunden ist, bewegt, indem das Lastseil im Maschinenraum über Rollen auf- oder abgerollt wird. Zusätzlich kann ein Wippwinkel des Auslegers über ein Ab- oder Aufrollen von Gegenseilen zwischen dem Maschinenraum und dem Gegenausleger geändert werden. Das Schwingen der Last parallel zur Bodenfläche wird beim Anheben der Last über eine Änderung des Wippwinkels des Auslegers ausgeglichen, indem das Ab- oder Aufrollen des Lastseils mit dem Ab- oder Aufrollen der Gegenseile abgestimmt wird. Für die Abstimmung ist eine Messvorrichtung, die außerhalb des Krans angeordnet ist, vorgesehen, die Koordinaten eines Punktes an der Spitze des Auslegers bestimmt, wobei die ermittelten Daten an eine Steuereinheit übermittelt werden, die das Ab- oder Aufrollen des Lastseils und der Gegenseile steuert, sodass die Koordinaten des Punkts der Spitze des Auslegers mit zuvor bestimmten Zielkoordinaten in Übereinstimmung gebracht werden. Ein Schwingen kann so allerdings nur unter stabilen Randbedingungen, d. h. einem vernachlässigbaren Einfluss durch bspw. Wind, verhindert werden, und das Anbringen einer Messvorrichtung außerhalb des Krans ist erforderlich.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kran mit der Merkmalen der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, in dessen Struktur mit geringem Aufwand effektiv eingegriffen werden kann, um deren Schwingungen zu unterdrücken, und der dennoch eine hohe Sicherheit beim Ausfall der Einrichtungen aufweist, mit denen dieser aktive Eingriff vorgenommen wird.
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LÖSUNG
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Kran mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Krans sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 14 beschrieben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem neuen Kran sind mit dem mindestens einen Aktuator die Spannungen mehrerer der Abspannelemente unabhängig voneinander veränderbar. Damit kann die Abspannung der Struktur an unterschiedliche Betriebszustände und insbesondere unterschiedliche Belastungszustände des Krans angepasst werden. Schwingungen der Struktur des Krans werden unterdrückt, indem die Steifigkeit der Struktur so variiert wird, dass die Frequenzen der aktuell auftretenden Anregungen fernab der Eigenfrequenzen der Struktur und stattdessen in einem Bereich liegen, in dem eine hohe Dämpfung gegeben ist. Diese Verstimmung der Struktur des Krans kann zwar auch kurzfristig vorgenommen werden, wenn registriert wird, dass die Frequenz einer aktuellen Anregung mit einer derzeitigen Eigenfrequenz der Struktur zusammenfällt, um dieses Zusammenfallen zu beseitigen. Es ist aber nicht erforderlich, die Anregung der Struktur nach Phase und Amplitude zu erfassen, wie dies bei allen Konzepten erforderlich ist, nach denen zum Ruhighalten einer Struktur gegenphasige Gegenkräfte zu Anregungskräften aufgebracht werden. Grundsätzlich ist aber auch der neue Kran dazu geeignet, derartige gegenphasige Gegenkräfte auf die Struktur des Krans aufzubringen. Dabei ist es von Vorteil, dass die Spannungen mehrere der Abspannelemente unabhängig voneinander veränderbar sind und so die Kräfte gezielt lokal oder mit räumlicher Verteilung in die Struktur eingebracht werden können. In jedem Fall ist es bevorzugt, wenn die Spannungen der mehreren der Abspannelemente in Abhängigkeit von Signalen verändert werden, die von an dem Kran angeordneten Signalgebern stammen und Auskunft über den aktuellen Betriebs- und/oder Belastungszustand des Krans geben.
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In einer konkreten Ausführungsform sind mit dem mindestens einen Aktuator mehrere Kurvenscheiben verdrehbar, deren Drehstellung jeweils die Spannung eines der Abspannelemente beeinflusst. Abspannelemente in Form von Abspannseilen können direkt über die Kurvenscheiben verlaufen, Abspannelemente in Form von Abspannstangen können an die Kurvenscheiben angelenkt sein, wobei diese dann im Wesentlichen die Funktion eines Hebelarms haben. Die Kurvenscheiben können aber auch beispielsweise über Stößel oder Kurbeln auf die Abspannelemente oder einen Befestigungspunkt der Abspannelemente einwirken.
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In einer Ausführungsform des neuen Krans, die im Extremfall mit einem einzigen Aktuator auskommt, sind die Drehbewegungen der Kurvenscheiben, deren Drehstellungen sich auf die Spannungen der Abspannelemente auswirken, mechanisch gekoppelt. Diese Kopplung kann durch ein Getriebe gegeben sein. Im einfachsten Fall sind die Kurvenscheiben drehfest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Die Unabhängigkeit der Veränderbarkeit der Spannungen der einzelnen Abspannelemente beschränkt sich dabei auf unterschiedliche Drehstellungen der Kurvenscheiben und/oder unterschiedliche Ausbildungen der Kurvenscheiben und entsprechend unterschiedliche Phasen und Amplituden der Spannungsveränderungen der einzelnen Abspannelemente.
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Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Drehbewegungen der Kurvenscheiben, mit denen die Spannungen der Abspannelemente beeinflusst werden, mechanisch entkoppelt sind. Dann ist sinnvollerweise jeder Kurvenscheibe ein eigener Aktuator zugeordnet, mit dem die Spannung des jeweiligen Abspannelements völlig unabhängig von den Spannungen der anderen Abspannelemente verändert werden kann.
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Wie bereits angedeutet wurde, können die Kurvenscheiben, mit denen die Spannungen der Abspannelemente bei dem neuen Kran beeinflusst werden, unterschiedliche Formen und/oder Größen aufweisen, um beispielsweise über einen linearen Stellweg eines Aktuators, der an einer Kurvenscheibe angreift, einen bestimmten Verlauf der Spannung des jeweiligen Abspannelements einzustellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des neuen Krans sind zumindest einige der Kurvenscheiben an einer Kranspitze angeordnet, über die die Abspannelemente zwischen dem Gegengewicht und dem Ausleger gespannt sind. So kann der gewünschte Einfluss auf die Spannungen der Abspannelemente an einem zentralen Punkt ausgeübt werden.
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Konkret kann an mindestens einer der Kurvenscheiben das Ende eines der Abspannelemente festgelegt sein. Durch Betätigung des zugehörigen Aktuators wird das Abspannelement, wenn es ein Abspannseil ist, so mehr oder weniger stark auf die Kurvenscheibe aufgewickelt, ohne dass eine Gleitbewegung zwischen der Kurvenscheibe und dem Abspannseil auftritt. Betrachtet man ein zwischen dem Gegengewicht und dem Ausleger des Krans durchlaufendes Abspannseil, so ist dies bei der hier beschriebenen Ausführungsform des Krans an der Kranspitze zu teilen und jedes der dadurch entstehenden Enden ist an einer Kurvenscheibe zu befestigen, die dann mit einem oder zwei aufeinander abgestimmt angesteuerten Aktuatoren (in der Regel gegenläufig) zu verdrehen sind.
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Als Alternative zu einer Spannungsveränderung der Abspannelemente über Kurvenscheiben wird vorgeschlagen, an dem Ausleger oder dem Gegengewicht mindestens einen Schlitten zu lagern, an dem das Ende eines der Abspannelemente festgelegt ist und der in Langsrichtung des Auslegers oder Gegengewichts mit dem mindestens einen Aktuator verfahrbar ist. Sinnvollerweise ist dabei für jeden Schlitten an dem Ende eines der Abspannelemente ein eigener Aktuator vorgesehen.
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Die bei dem neuen Kran eingesetzten Aktuatoren können z. B. elektrische, pneumatische, hydraulische oder mechanische Aktuatoren sein. Die Auswahl der Aktuatoren wird in Regel davon abhängen, welche Energieform bei dem jeweiligen Krantyp zur Verfügung steht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 skizziert einen erfindungsgemäßen Kran.
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2 ist eine axiale Ansicht von zwei Kurvenscheiben des Krans gemäß 1.
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3 ist ein Axialschnitt längs einer Schnittlinie III-III in 2.
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4 skizziert die Festlegung eines Spannelements an einer Kurvenscheibe des Krans gemäß 1.
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5 skizziert die Festlegung eines Spannelements über einen Schlitten an dem Ausleger des Krans gemäß 1 und
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6 ist ein Querschnitt längs einer Schnittlinie V-V in 6.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Der in 1 gezeigte Kran 40 weist den allgemeinen Aufbau eines Turmdrehkrans auf, wobei jedoch auf die Darstellung eines Drehgestells, das die Drehbewegung des Krans 40 um eine vertikale Achse gegenüber dem Boden 39 erlaubt, verzichtet ist. Der Kran 40 weist einen vertikal ausgerichteten Hauptmast 1, einen an dem Hauptmast 1 gelagerten, im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Ausleger 2 und ein auf der dem Ausleger 2 gegenüberliegenden Seite des Hauptmasts 1 angeordnetes Gegengewicht 3 auf. An dem Ausleger 2 ist eine Laufkatze 4 gelagert. Die Laufkatze 4 ist längs des Auslegers 2 verfahrbar und stützt ein Lastseil 5 ab, an dessen unteres Ende eine Last 6 anhängbar ist, um sie anzuheben und durch Verfahren der Laufkatze 4 oder Verdrehen des Auslegers 2 umzusetzen. Abspannelemente 7 in Form von Abspannseilen oder Abspannstangen verlaufen zwischen dem Gegengewicht 3 und dem Ausleger 2 über eine Kranspitze B. An verschiedenen Stellen dieser Struktur des Krans 40 sind Signalgeber 10 bis 12, z. B. Beschleunigungssensoren, angeordnet, die das dynamische Verhalten der Struktur aufnehmen. Die Signale der Signalgeber 10 bis 12 werden einer Steuerung 13 zugeführt. Basierend auf den Signalen generiert die Steuerung 13 Stellgrößen, die Aktuatoren 15 bis 18 zugeführt werden, um diese zwecks Veränderung der Spannung der Abspannelemente 7 anzusteuern. Auf diese Weise ist die Struktur des Krans 40 zur Unterdrückung von Schwingungen der Struktur ansteuerbar. Dabei kann eine dynamische Ansteuerung zur gegenphasigen Auslöschung externen Anregungen erfolgen. Bevorzugt ist es jedoch, die Struktur 40 durch Veränderung der Spannungen der Abspannelemente 7 jeweils so abzustimmen, dass auftretende Anregungen keine ihrer Eigenfrequenzen treffen sondern durch die Struktur des Krans 40 selbst passiv gedämpft werden.
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Die 2 und 3 skizzieren eine Möglichkeit, um beispielsweise an der Kranspitze 8 gemäß 1 die Spannung von Abspannelementen 7 in Form von Abspannseilen zu beeinflussen. Hierzu sind Kurvenscheiben 21 von hier elliptischem Umfang vorgesehen, über die die Abspannseile geführt sind und die um eine gemeinsame Drehachse 20 drehbar auf einer gemeinsamen Lagerstange 22 gelagert sind. Die Kurvenscheiben 21 sind unabhängig voneinander verdrehbar, indem jeweils ein Aktuator an einer der mit ihnen drehfest verbundenen Hohlwellen 23 und 24 angreift. Dabei ist in 2 dargestellt, dass die Abspannelemente 7 als Abspannseile über die Kurvenscheiben 21 hinweg durchlaufen. Sie können aber auch mit einem Ende am Umfang der Kurvenscheibe festliegen.
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In 4 ist angedeutet, dass eine Abspannstange 26 als Abspannelement 7 an einer Kurvenscheibe 25, die so im Wesentlichen als Hebel mit der Hebelarmlänge r dient, über einen Bolzen 27 angelenkt ist. Durch Verdrehen der Kurvenscheibe 25 mit einem hier nicht dargestellten Aktuator wird die Spannung in der Abspannstange 26 variiert.
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In den 5 und 6 ist ein Aktuator 16 an einem Ende eines Abspannelements 7 skizziert, der so auch als Aktuator 15 oder 17 gemäß 1 zum Einsatz kommen kann. Der Aktuator 16 umfasst einen Schlitten 30, der längs des Auslegers 2 verfahrbar gelagert ist. Dabei ist zwischen dem Ausleger 2 und dem Schlitten 30 eine Führung 31 ausgebildet. Zum Verfahren des Schlittens 30, an dem das Ende des Abspannelements 7 befestigt ist, ist beispielsweise eine Zahnstange 32 vorgesehen, die mittels eines Getriebemotors 33 mit einem Ritzel 34 längs des Auslegers 2 verschiebbar ist. Zusätzlich kann ein Klemmmechanismus 35 vorgesehen sein, um den Schlitten 30 kraftschlüssig an der Führung 31 festzulegen, solange dieser nicht verfahren werden soll. Dadurch können die Belastungen auf das Ritzel 34 und den Getriebemotor 33 reduziert werden, solange keine Veränderung der Spannung des Abspannelements 7 erfolgen soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptmast
- 2
- Ausleger
- 3
- Gegengewicht
- 4
- Laufkatze
- 5
- Lastseil
- 6
- Last
- 7
- Abspannelement
- 8
- Kranspitze
- 10
- Signalgeber
- 11
- Signalgeber
- 12
- Signalgeber
- 13
- Steuerung
- 15
- Aktuator
- 16
- Aktuator
- 17
- Aktuator
- 18
- Aktuator
- 20
- Drehachse
- 21
- Kurvenscheibe
- 22
- Lagerstange
- 23
- Welle
- 24
- Welle
- 25
- Kurvenscheibe
- 26
- Abspannstange
- 27
- Bolzen
- 30
- Schlitten
- 31
- Führung
- 32
- Zahnstange
- 33
- Getriebemotor
- 34
- Ritzel
- 35
- Klemmmechanismus
- 39
- Boden
- 40
- Kran
