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Die Erfindung betrifft eine Ballastiervorrichtung umfassend wenigstens einen Ballastrahmen zur Montage an einem Kranoberwagen, insbesondere der Drehbühne eines Kranoberwagens, wobei die Ballastiervorrichtung weiterhin wenigstens zwei Hubzylinder zum Anheben des Ballastrahmens in die Montageposition aufweist.
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Ballastiervorrichtungen dienen zur Ballastierung eines Krans, insbesondere eines Mobilkrans. Die Ballastiervorrichtung besteht aus einem Ballastrahmen, mit entsprechenden Verbindungsstellen zur Verbolzung an der Krandrehbühne des Krans. Ferner können ein oder mehrere Grundplatten zur Aufnahme der Ballastplatten vorgesehen sein.
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Zur Einhaltung des zulässigen Transportgewichtes bzw. der räumlichen Abmessung des Krans während des Straßentransports werden derartige Ballastiervorrichtungen häufig vom Oberwagen demontiert und getrennt zur Baustelle verfahren. Die Montage am Zielort erfolgt mit Hilfe sogenannter Ballastierzylinder der Ballastiervorrichtung, die ein selbständiges Anheben des Ballastrahmens auf die gewünschte Verbolzposition am Kranoberwagen ermöglichen. Für die Montage wird die gesamte Ballastiervorrichtung auf dem Unterwagen des Krans abgesetzt und durch Ausfahren der Ballastierzylinder diese soweit angehoben, bis eine Verbolzung des Ballastrahmens mit der Drehbühne des Mobilkrans möglich ist.
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Bisher wurden Ballastiervorrichtungen mit zwei Ballastierzylindern ausgestattet. Um die Kippgefahr der Ballastiervorrichtung während des Hubprozesses soweit wie möglich zu reduzieren, muss der Schwerpunkt der Ballastiervorrichtung mittig auf der Verbindungslinie zwischen beiden Ballastierzylindern liegen.
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Die obige Bedingung lässt sich jedoch konstruktiv bedingt nicht für alle Ballastiervorrichtungen exakt erfüllen. Weitere Schwierigkeiten treten zudem bei verstellbaren Ballastiervorrichtungen auf, deren Schwerpunktlage durch die Verfahrbewegung der Ballastplatten variieren kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Ballastiervorrichtung mit verbesserter Hubvorrichtung für den Montageprozess aufzuzeigen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ballastiervorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Ballastiervorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
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Ausgehend von einer bekannten Ballastiervorrichtung gemäß dem Stand der Technik mit wenigstens zwei Hubzylindern zum Anheben des Ballastrahmens in die Montageposition wird erfindungsgemäß wenigstens ein von den Hubbewegungen des Hubzylinders mitgeführter Stützzylinder vorgesehen. Die Hubzylinder entsprechen den bisher bekannten Ballastierzylindern. Der zusätzliche Stützzylinder verleiht der angehobenen Ballastiervorrichtung zusätzliche Stabilität, so dass die Kippgefahr weitestgehend unabhängig von der spezifischen Konstruktion der Ballastiervorrichtung ausgeräumt werden kann. Auch flexible Verlagerungen des Ballastschwerpunktes lassen sich durch den wenigstens einen Stützzylinder kompensieren. Bisher waren bei Zwei-Zylindersystemen stets Fußplatten zur Verbesserung der Kippsicherheit notwendig, auf die Dank der vorliegenden Lösung verzichtet werden kann.
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Während des Hubvorgangs in die Montageposition steht der Ballastrahmen sozusagen auf einem aus Zylindereinheiten gebildeten stabilen Dreibein. Bei entsprechender Ansteuerung der Zylindereinheiten kann ein gleichmäßiges Anheben der Ballastiervorrichtung ohne Schief- bzw. Schräglage gewährleistet werden.
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Es ist vorstellbar, dass die wenigstens zwei Hubzylinder auf einer quer zur Mittelachse der Ballastiervorrichtung verlaufenden Achse liegen. Die Mittelachse kreuzt vorzugsweise mittig die Verbindungsachse zwischen den wenigstens zwei Hubzylindern, wobei in diesem Fall der wenigstens eine Stützzylinder vorzugsweise auf der Mittelachse und weiter vorzugsweise nach hinten versetzt zu den wenigstens zwei Hubzylindern angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein stabiles Dreibein in Form eines Dreiecks für die Hubarbeit der Ballastiervorrichtung.
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Im Rahmen der Erfindung können auch 4 oder mehr Zylinder eingesetzt werden. Dann sollte die Anordnung der Zylinder vorzugsweise ein Viereck ergeben.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die wenigstens zwei Hubzylinder und der wenigstens eine Stützzylinder direkt miteinander hydraulisch gekoppelt sind. Die hydraulische Kopplung ermöglicht ein gleichmäßiges und synchronisiertes Ausfahren der jeweiligen Kolbenstangen und damit einhergehend ein gleichmäßiges Anheben des Ballastrahmens. Ein gleichmäßiges Anheben der Ballastiervorrichtung verhindert ein Kippen bzw. Neigen des Ballastrahmens zu einer Seite hin und verhindert dadurch zunehmende Biegebelastungen der aktiven Kolbenstangen der Zylindereinheiten.
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Durch eine geschickte hydraulische Kopplung und angepasste Dimensionierung der verbauten Zylinder ist eine automatische Parallelführung des Ballastrahmens ohne aufwendige Sensorik und/oder Regelung möglich. Beispielsweise kann eine geeignete hydraulische Kopplung dadurch erfolgen, dass das während der Hubbewegung verdrängte Volumen wenigstens eines, idealerweise beider oder aller Hubzylinder, zur Druckbeaufschlagung des wenigstens einen Stützzylinders dient. Sinnvoll ist es beispielsweise, wenn die Ringflächen der wenigstens zwei Hubzylinder mit der Kolbenfläche des wenigstens einen Stützzylinders verschaltet sind. Die Kolbenflächen der beiden Hubzylinder werden für die Hubbewegung unmittelbar von wenigstens einer Druckquelle mit Druck beaufschlagt.
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Durch geeignete Dimensionierung der verbauten Zylindereinheiten, insbesondere derart, dass die Summe der wenigstens zwei Ringflächen der Hubzylinder der Kolbenfläche des wenigstens einen Stützzylinders bzw. aller gekoppelter Stützzylinder entspricht, wird eine automatische Parallelführung des Ballastierrahmens ohne aufwendige Sensorik ermöglicht. Bei identischen Hubzylindern entspricht die Kolbenfläche des Stützzylinders der doppelten Ringfläche eines Hubzylinders.
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Die für die Hubbewegung aktiven Volumeneingänge der wenigstens zwei Hubzylinder sind vorzugsweise parallel verschaltet, insbesondere sind deren Kolbenflächen parallel geschaltet, und werden weiterhin bevorzugt durch eine gemeinsame Druckquelle mit hydraulischer Energie versorgt. Besonders bevorzugt ist die Einbindung eines Volumenstromteilers, um die wenigstens zwei Hubzylinder mit identischem Volumenstrom aus einer gemeinsamen Volumenstromquelle zu speisen. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die verwendeten wenigstens zwei Hubzylinder baugleich sind, d. h. zumindest gleiche Kolben- und/oder Ringflächen aufweisen.
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Es kann jedoch weiterhin vorgesehen sein, dass der Schwerpunkt des Ballastrahmens bzw. der Ballastiervorrichtung auf oder nahe der Verbindungslinie der wenigstens zwei Hubzylinder liegt. Insbesondere bei einer verstellbaren Ballastiervorrichtung mit ein oder mehreren schwenkbar an dem Ballastrahmen angeordneten Grundplatten zur Aufnahme der Ballastplatten ist es zielführend, eine geeignete Neutralstellung der Grundplatten für den Montagevorgang festzulegen, in der der Schwerpunkt der Vorrichtung möglichst gleichbleibend auf oder nahe der Verbindungslinie zwischen den beiden Hubzylindern liegt. Denkbar ist ebenso eine Schwerpunktlage innerhalb des durch die Zylinder aufgespannten Dreiecks.
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Neben der erfindungsgemäßen Ballastiervorrichtung umfasst die vorliegende Erfindung ebenfalls einen Kran, insbesondere einen Mobilkran, mit einer Ballastiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Kran zeichnet sich daher durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus, wie sie bereits voranstehend anhand der Ballastiervorrichtung aufgezeigt wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird folglich verzichtet.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1: eine perspektivische Draufsicht auf die Drehbühne eines Krans mit montierter erfindungsgemäßer Ballastiervorrichtung;
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2: eine Seitendarstellung der montierten Ballastiervorrichtung gemäß 1 und
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3: das Hydraulikschema zur Ansteuerung der verbauten Ballastierzylinder der erfindungsgemäßen Ballastiervorrichtung.
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1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Ballastiervorrichtung 10 in ihrer Montageposition an der Drehbühne 40 eines Kranoberwagens. Die Ballastiervorrichtung 10 besteht aus dem Ballastrahmen 20 mit seitlich schwenkbar angelenkten Grundplatten 30. Die Grundplatten 30 sind jeweils über eine eigene Hebelkinematik mit den beiden Hebeln 32, 33 um zwei separate vertikale Schwenkachsen am Rahmen 20 gelagert, sodass sich die Grundplatten 30 von der in der 1 dargestellten seitlichen Position mit kleinerem Schwerpunktradius in eine Position hinter der Krandrehbühne 40 bzw. den Rahmen 20 verschwenken lassen. Während dieser Schwenkbewegung ist ebenfalls eine Drehbewegung der Grundplatten 30 um die eigene Achse möglich, so dass diese platzsparend hinter den Rahmen verschwenkbar sind. Dies hat den Vorteil, dass durch die Schwenkbewegung der Schwerpunktradius vergrößert wird, jedoch der Ballastradius vergleichsweise nur geringfügig zunimmt.
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Diese neuartige Konstruktion der Ballastiervorrichtung verlangt jedoch ebenfalls eine Modifikation eines bestehenden Hubsystems mit Ballastierzylindern für die Montage des Ballastrahmens an der Drehbühne 40 des Krans.
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Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß ein neuartiges System mit insgesamt drei Kolbenzylindereinheiten 21, 22 geschaffen, mittels derer der Ballastrahmen 20 inklusive den Grundplatten 30 in die Montageposition an der Drehbühne 40 angehoben werden soll. Die Kolbenzylindereinheit lassen sich in die beiden Hubzylinder 21 sowie den neuen Stützzylinder 22 unterteilen.
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Eine Ansicht auf die Verbindungsstelle zwischen Drehbühne 40 und Ballastrahmen 20 zeigt die 2. Die Verbindungsstelle ist hierbei mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Erkennbar ist die obere und untere Bolzenaufnahme 41, 41' der Drehbühne 40, die mit der entsprechenden oberen und unteren Gegenstelle 25, 25' des Rahmens 20 verbolzt werden soll. Für die Montage des Rahmens 20 an der Drehbühne 40 wird dieser zunächst auf dem Oberwagen des Krans abgesetzt. Nach entsprechender Herstellung der Hydraulikversorgung soll der Ballastrahmen 20 über die beiden Hubzylindern 21 und den zusätzlichen Stützzylinder 22 gleichmäßig angehoben werden, um die Verbindungsstellen 25, 25', 41, 41' in Position zu bringen.
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Erkennbar ist beispielsweise in der 1, dass die beiden Hubzylinder 21 seitlich versetzt zur Mittelachse M des Ballastrahmens 20 angeordnet sind. Die Verbindungslinie dieser beiden Hubzylinder 21 schneidet die Mittelachse des Rahmens 20 im rechten Winkel. Auf der Mittelachse M liegt der zusätzliche Stützzylinder 22 hinter den beiden Hubzylindern 21, wodurch ein stabiles Dreibein aus den Zylindereinheiten 21, 22 geschaffen wird.
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Über eine geschickte hydraulische Kopplung der Hubzylinder 21 mit dem Stützzylinder 22 sowie eine geschickte Dimensionierung der Zylinder 21, 22 selbst kann eine automatische Parallelführung des Ballastrahmens 20 ohne aufwendige Sensorik und Regelung erreicht werden. Das Hydraulikschema zur Verschaltung der Zylinder 21, 22 ist in 3 gezeigt. Das Prinzip zur Kraftaufteilung auf die drei Zylinder 21, 22 basiert dabei auf folgender Annahme. Die Kraft, die am Stützzylinder 22 anliegt, wird rückgekoppelt auf die beiden Hubzylinder 21. Dadurch müssen die beiden Hubzylinder 21 das Gesamtgewicht des Ballastrahmens 20 tragen. Ein erster Anteil der Gesamtlast für die Hubzylinder 21 beruht auf der statischen Last und der zweite Anteil auf der hydraulischen Last, die aus dem Druck auf die Ringfläche des Ringraumes 28 der beiden Hubzylinder 21 resultiert. Dieser Druck entsteht durch die statische Kraft auf den Stützzylinder 22.
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Die beiden Kolbenflächen 27 der Hubzylinder 21 werden aus einer gemeinsamen Volumenstrom mit dem Druck P über den Volumenstromteiler 50 gespeist. Der Volumenstromteiler ist dabei so konfiguriert, dass der Volumenstrom der Quelle P in zwei gleichgrolle Teilströme A, B auf die beiden Hubzylinder 21 aufgeteilt wird. Die beiden Teilströme A, B gelangen zu den Kolbenflächen 27. Durch das Verdrängen des Volumens in den Ringflächen 28 beider Hubzylinder 21 entstehen zwei weitere Volumenströme C, D, die zusammengeführt und zur Kolbenfläche 29 des Stützzylinders 22 strömen. Folglich wird bei der Ansteuerung der beiden Hubzylinder 21 und der resultierenden Hubbewegung des Rahmens 20 Volumen verdrängt, das gleichzeitig dem Stützzylinder 22 zugeführt wird, wodurch dessen Hubbewegung derjenigen der Hubzylinder 21 mitgeführt wird.
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Zu erwähnen ist, dass das Ölvolumen bei P3 stets eingesperrt ist und nicht ausgetauscht wird. Es wird lediglich hin- und her verschoben.
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Die Summe der beiden Ringflächen 28 entspricht dabei der Kolbenfläche 29 des Stützzylinders 22. Werden mehrere Stützzylinder 22 eingesetzt, so müsste die Summe der Kolbenflächen 29 der Stützzylinder 22 der Summe der Ringflächen 28 der Hubzylinder 21 entsprechen.
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Das Prinzip soll im Folgenden nochmals mathematisch belegt werden. VRingfl.Hubzyl.1 + VRingfl.Hubzyl.2 = VKolbenfl.Stützzyl.
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Das verdrängte Volumen VRingfl.Hubzyl.1, VRingfl.Hubzyl.2 an den Ringflächen 28 der Hubzylinder 21 entspricht dem Volumen VKolbenfl.Stützzyl. an der Kolbenfläche 29 des Stützzylinders. ARingfl.Hubzyl.1·h1 + ARingfl.Hubzyl.2·h2 = AKolbenfl.Stützzyl.·h3
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Durch die Tatsache, dass ARingfl.Hubzyl.1 und ARingfl.Hubzyl.2 gleich groß sind (identische Hubzylinder 21) ergibt sich ebenfalls h1 = h2, da die Volumenströme A, B aufgrund des Volumenteilers 50 ebenfalls identisch sind. Da h3 ebenfalls h1 und h2 entsprechend soll, ergibt sich folgende Vereinfachung der Gleichung: AKolbenfl.Stützzyl. = 2·ARingfl.Hubzyl.1 = 2·ARingfl.Hubzyl.2
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Demzufolge werden alle drei Zylinder 21, 22 zeitgleich ausfahren, wenn die Ringflächen 28 der Hubzylinder 21 halb so groß sind wie die Kolbenfläche 29 des Stützzylinders 22. Bei entsprechender Dimensionierung der Flächenverhältnisse wird also ein paralleles Anheben des Gegengewichtsrahmens 20 in Bezug zur Startposition sichergestellt. Dadurch lassen sich die resultierenden Biegemomente auf die einzelnen Kolbenstangen der Zylinder 21, 22 soweit wie möglich reduzieren.
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Zuletzt soll der Funktionsbetrieb anhand eines konkreten Zahlenbeispiels mit 200 Tonnen Ballast nochmals veranschaulicht werden. Aus der Schwerpunktlage ergeben sich folgende Belastungen für die einzelnen Zylinder 21, 22. Der Stützzylinder 22 wird mit einer Kraft F3 von 841 kN belastet, der linke Haupthubzylinder 21 mit einer Kraft F1 von 553 kN und der rechte Haupthubzylinder 21 mit einer Kraft F2 von 553 kN.
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Wie zuvor erwähnt wird nun bei der gewählten Verschaltung die Kraft des hinteren Stützzylinders 22 auf die beiden Haupthubzylinder 21 aufgeteilt. Der hintere Stützzylinder 22 erzeugt durch die Gewichtskraft an seiner Kolbenflache 29 einen Druck P3 von 267 bar, der direkt auf die Ringflachen 28 der Haupthubzylinder 21 übertragen wird. Da nun die beiden Ringflächen 28 der Haupthubzylinder 21 genau halb so groß sind wie die Kolbenfläche 29 des Stützzylinders 22, wird die Druckkraft jeweils genau zur Hälfte an die Haupthubzylinder 21 übertragen. Diese Druckbelastung P3 der Ringflächen 28 muss zusätzlich zu der statisch bestimmten Gewichtskraft F1, F2, die an dem jeweiligen Haupthubzylinder 21 anliegt, überwunden werden. Um die Einheit nun anzuheben muss mindestens an dem Volumenstromteiler 50 der Druck P = 310 bar anliegen. In Summe entwickeln die Haupthubzylinder 21 somit eine Hubkraft von 1962 kN, was der Gesamtgewichtskraft der Einheit entspricht.
