-
Einrichtung zur Lastmomentbegrenzung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Einriclitung zur Lastmomentbegrenzung für einen Kran mit einem Teleskop-Ausleger
und einem an diesem angreifenden Wippwerk so zu gestalten, daß die erforderliche
Zuverlässigkeit und eine hohe Genauigkeit mit besonders gereinem Aufwand erzielt
wird. Das bereitet gegenüber Laßtrnomentbegrenzungen z. B. bei Kranen mit aus einzelnen
Stücken zusa.ninensetzbaren Auslegern, z. B. bei Gittermastkranen, besondere SChwierigkeiten,
weil bei einer Kran mit einem teleskopierbaren Ausleger auch die beliebigen Zwischenstellungen
der Teleskop-Teile zwischen den vollen Teleskop-Schüben berücksichtigt werden müssen,
damit der Teleskop-Ausleger-Kran gefahrlos bei allen Ausleger-Längen bis an die
Grenze des zulässigen ausgenutzt werden kann. Es wird also mit der Erfindung eine
gröf.,tmögliche Wirtschaftlichkeit eines Teleskopausleger-Kranes angestrebt.
-
Eine Einrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch: brei
Meßglieder zur Ermittlung der wirksamen Ausleger-Länge, des Neigungswinkels des
Auslegers gegenüber der Waagerechten sowie der von dem Wippwerk auf den Ausleger
wirkenden Kraft, @nen Speicher, welctier Kurven der auf den Ausleger @u@punkt bezogenen
zulässigen Momente über den Ausleger-Ausladungen für verschiedene, vollen Teleskop-Schüben
entsprechende Ausleger-Längen als Parameter enthält,
ein Gerät,
in welchem für die jeweils ermittelte Auslegerlänge eine bestimmte Kurve des Speichers
ausgewählt wird, ein Gerät, in welchem aus den jeweils ermittelten Werten der Ausleger-Länge
und des Ausleger-Ne igungswinke 15 die Ausleger-Ausladung gebildet wird ein Gerät,
das aus der ausgewählten Kurve und der gebildeten Ausleger-Ausladung jeweils das
zulässige, auf den Ausleger-Fußpunkt bezogene Moment bildet, ein Gerät, in dem aus
dem ermittelten Ausleger-Neigungswinkel der Hebelarm entwickelt wird, mit dem das
Wippwerk auf den Ausleger ein Moment mit Bezug auf den Ausleger-Fußpunkt ausübt,
ein Gerät, in denbaus dieser Kraft und aus dem entwickelten Hebelarm das vorhandene,
auf den Ausleger-Fußpunkt bezogene Moment aus dem Ausleger-Gewicht und der an dem
Ausleger hängenden Last gebildet wird, und ein Vergleichsgerät, in das einerseits
das zulässige Moment und andererseits das vorhandene moment eingegeben werden und
daß wann, wenn das vorhandene Moment gleich dem zulässigen Moment wird, eine Sicherheitseinrichtung
betätigt.
-
Vorzugsweise werden bei einer Einrichtung nach der Erfindung für Zwischenlängen
des Teleskop-Auslegers zwischen den vollen Teleskop-Schüben die Kurven der jeweils
größeren vollen Teleskop-Schübe ausgewählt.
-
Auf der Zeichnung ist zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des
Erfindungsgegenstandes in Fig. l ein Autokran mit einem Mehrfach-Teleskop-Ausleg,er
bei verschiedenen Einstellungen des Auslegers in Seitenansicht in Verbindung mit
Tragkraft-Kurven dargestellt.
-
Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab Fig. ) ist
ein Blockschaltbild, und Fig. 4 zeigt schematisch einen Autokran mit einem Teleskop-Ausleger
bei zwei verschiedenen Einstellungen in Seitenansicht Nach Fig. 1 ist auf dem Fahrzeugrahmen
1 des Autokranes mittels eines Drehkranzes 2, essen lotrechte Achse mit 3 bezeichnet
ist, der Oberbau 4 gelagert. Auf diesem ist in einem Bock mit Lagern,' deren waagerechte
Achse 5 gegenüber der Drehachse 3 zurückversetzt ist, der Grundausleger 6 in der
Höhenrichtung schwenkbar abgestützt.
-
Zum Schwenken dient ein hydraulisches ltippwerk, dessen linder 7 in
Lagern am vorderen Rand des Oberbaues 4 angelenkt ist, während die Kolbenstange
arn hinteren Ende des Grundauslegers 6 angreift. Der Fahrzeugrahmen 1 ist am hinteren
Ende sowie in der Nähe des vorderen Endes mit Stempeln j auf dem Boden abgestützt.
Die Kipp-Linie, die sich unter den außersten hinteren Stempeln quer zur Fahrtrichtung;
erstreckt, ist mit 9 bezeichnet.
-
Der ausleger ist dreifach teleskopierbar. Er weist sorbit drei verschiebbare
Teile 10, 11; 12 auf. Der Zustand, in den; alle Teleskop-Teile 10, 11, 12 so weit
wie möglich eingefahren sind, ist mit 0 bezeichnet. Mit I ist der Zustand bezeichnet,
in dem nur der Teil 10 so weit wie möglich ausgefahren ist. Im Zustand II sind die
Teile 10 und 11 völliG ausgefahren, während im Zustand III auch noch äer Teil 12
völlig ausgefahren ist. An diesen kann ein nichtdargestellter Hilfsausleger-Teil
schwenkbar angesetzt sein.
-
er Ausleger kann in den verschiedenen Zuständen O, I, II, III zwischen
den in Fig. 2 und 3 dargestellten äußersten Lagen mittels des Wippwerkes 7 geschwenkt
werden.
-
Fig. 1 und 2 zeigen ferner für jeden Zustand O, I, II, III des Auslegers
die Kurven To bis TIII der Tragkraft, d. -h. der jeweils h@chstzulässigen Last,
die am Ende des Auslegers angehängt werden darf, über der Ausladung' d, die als
Abszisse von der lotrechten Drehachse 3 &b - gemessen wird. Jede dieser Kurven
besteht aus drei Zweigen.
-
So hat die Kurve für den Ausleger-Zustand O in dem Bereich sehr kleiner
Ausladungen, z. B. bis zu 3 m, einen waagerechten Zweig T01. Dieser Zweig entspricht
dem Umstand, daß bei solchen kleinen Aus ladungen die Tragkraft in erster Linie
durch die Beanspruchung der Teleskopiermittel und des Auslegers in Längsrichtung
bestimmt wird.
-
Der anschließende Zweig T02 zeigt an, wie die Tragkraft in dem anschließenden
Ausladungs-Bereich etwa bis 4, m abnimmt, wobei die Biege beanspruchung des Auslegers
man gebend ist. Schließlich bezeichnet der nach einer Potentialfunktion steil abnehmende
Kurvenast TO3 in dem weiteren Auslegerbereich den Verlauf der Tragkraft, wobei die
Standsicherheit des Kranes mit i3ezug auf die Kipp-Linie maßgebend ist. Das Ende
des Kurvenastes To) liegt bei X.
-
In entsprechender Weise bestehen die Tragkraft-Kurven TI, -TII und
T111 für die drei anderen Zustände des Teleskop-Auslegers aus je drei Ästen, z.
13. Teil, TI2, TI3. Die beiden ersten Aste jeder dieser drei Tragkraftkurven liegen
tiefer als der, entsprechende Kurvenast für den jewe ils weniger weit ausgefahrenen
Ausleger.
-
Wenn in den Bereichen kleiner Ausladungen beispielsweise der Ausleger
vom Zustand O in den Zustand I überführt wird, wenn also der Teil 10 ausgefahren
wird, bewirkt die Lastmomentbegrenzungs-Einrichtung, da@ nicht mehr eie Kurvenäste
TO1 und T02 ma@gebend sind, sondern die tiefer l@e@enden Kurvenäste TI1 bzw. TI2.
Die Umschaltung erfol@t schlagartig, sobald der Teleskop-Teil 10 beginnt, aus dem
Grundausleger 6 auszufahren. Eine entsprechende Umstellung erfolgt, sobald die Ausleger-Teile
11 bzw. 12 - ausgehen@ vom Zustand I bzw. II - ausgefahren werden.
-
rille insbesondere Fig. 2 zeigt, überschneiden sich die.
-
Tragkraftkurven bei 3eginnW der dritten Kurvenäste.
-
Demzufolge liegt s. B. der Kurvenast TII3 höher als der Kurvenast
TI3, und der Kurvenast TIII3 liegt höher als der Ast TII3. Das liegt daran, daß
in den Bereichen größerer Ausladungen - wie es später anhand von Fig. 4 erläutert
wird - der Schwerpunkt des Ausleger-Gewichtes bei gleicher Ausladung des Auslegers
um so weiter von der Kipp-Linie 9 entfernt ist, je kürzer der Ausleger, d. h. je
kleiner der Neigungswinkel des Auslegers bei gegebener Ausladung ist.
-
So ist nach Fit; 2 bej einer Ausladung von 12 m nach dem Kurvenast
TI3 eine Tragkraft von 2,0 Mp zulässig, wenn also der Ausleger sich im Zustand eines
vollen Te leskop-Schubes befindet. Bei derselben Ausladung ist nach dem Kurvenast
TII3 bei zweifacher Teleskopierung aes Auslegers die zulässige Tragkraft gleich
2,4 Mp.
-
Nach dem Kurvenast TIII3 erhöht sich bei derselben Ausladung die zulässige
Tragkraft auf 0,8 Mp, wenn also der Ausleger sich in Zustand dreier voller Teleskop-Schübe
befindet.
-
für die Einrichtung zur Lastmoment-Begrenzung nach der Erfindung werden
die Tragkraft-Kurven nach Fig. 1 und 2 umgerechnet in Kurven der zulässigen Momente,
bezogen auf den Fußpunkt des Auslegers, der sich in der Achse 5 befindet, wobei
als Abszisse wieder die Ausladung d gewählt wird. Für die sich hieraus ergebende
Kurven-Schar wire als Parameter die unterschiedliche Länge des Auslegers gewählt,
und zwar für die verschiedenen Zustände 0, I, II, III. Die so gebildeten Momenten-Kurven
werden in einem Speicher 13 nach Fig. ) untergebracht, und zwar in der Form von
Kurvenscheiben oder von Band-Aufnahmen, Ferner sind drei Meßglieder vorhanden, mittels
deren die wirksame Ausleger-Länge 1, der Neigungswinkel des Auslegers gegenüber
der Waagerechten sowie die von dem
Wippwerk 7 auf den Ausleger wirkende
Kraft ermittelt werden. Zur Ermittlung dieser Kraft wird beispielsweise der Flüssigkeitsdruck
in dem Wipp-Zylinder 7 gemessen.
-
Es können fUr diesen Zweck aber auch Dehnungs-Meßstreifen verwendet
werden, die an einem Teil des Wi:ppwerkes oder an einem Teil des Grundauslegers
6 angebracht werden.
-
Falls das Wippwerk durch einen Seilzug gebildet wird, kann die auf
den Ausleger wirkende Kraft durch Messung der Zugbeanspruchung des Seiles bestimmt
werden. Die so ermittelten Werte werden in einen Geber 14 für die Ausleger-Länge
bzw. in einen Geber 15 für den Winkel CL bzw.
-
in einen Geber 16 für die von dem Wippwerk auf den Ausleger wirkende
Kraft P eingebracht.
-
In einem Gerät 17 wird von den in dem Speicher 13 befindlichen Kurven
diejenige ausgewählt, die der jeweiligen Ausleger-Länge 1 entspricht. Der betreffende
ert für die Ausleger-Länge wird aus dem Geber 14 in das Gerät eingespeist.
-
In einem weiteren Gerät 18 wird aus der von dem Geber 14 gelieferten
Auslegerlänge 1 und aus dem vom Geber 15 gelieferten Winkel α die Ausladung
nach der Formel d = 1 . cos α - e gebildet, wobei e der waagerechte Abstand
des FufSpunktes 5 des Auslegers von der lotrechten Drehachse ) ist.
-
In einem Gerät 19 wird aus der von dem Gerät l7-gelie ferten, ausgesuchten
Kurve und aus dem von dem Gebiet Gerät 18 gelieferten Wert der Ausladung d dasjenige
zuzulässige, auf den Ausleger-Fußpunkt 5 bezogene Moment Mzul ermittelt, daß bei
der betreffenden Ausleger-Länge und dem betreffenden Neigungswinkel α des
Auslegers maßgebend ist.
-
Das gleichzeitig vorhandene, auf den Ausleger-Fußpunkt 5 bezogene
Moment M vor h wird in einem Gerät 20 ermittelt. Zu diesem Zweck werden in das Gerät
20 aus dem
Geber 16 die Kraft P und aus einem weiteren Gerät 21
der Hebelarm h, mit dem die Kraft P auf den Ausleger wirkt, eingespeist. Der Hebelarm
h wird in dem Gerät 21 aus dem von dem Geber 15 gelieferten Winkel α gebildet.
-
Das jeweils zulässige Moment M zul und das gleichzeitig vorhandene
Moment M vorh werden in einem Vergleichsgerät 22 miteinander verglichen. Von diesem
Gerät geht dann, wenn M vorh,gleich M zul wird, ein Impuls aus, durch den eine Anzeige
bewirkt wird oder die betreffenden Kran-Antriebe abgeschaltet werde-n.
-
Dadurch, daß die betreffenden Moment auf den FulJpunkt 5 des Auslegers
bezogen werden, ergibt sich eine beträchtliche konstruktive Vereinfachung.
-
wenn in den Bereichen großer Aus ladungen d der Ausleger Zwisehenlängen
hat, die nicht den vollen Teleskop-Schüben entsprechend den Zuständen 0, I, II,
III entsprechen -also in den Gebieten, die in Fig. 2 durch senkrechte Schraffur
hervorgehoben sind -, müßte eigentlich jeweils derjenige Kurvenast, z. B. TII3 für
die Lastmoment-Begrenzung maßgebend sein, der die betreffende schraffierte Fläche
nach unten begrenzt. Vorzugsweise wird hingegen bei einer Eirnichtung nach der Erfindung
der die obere Begrenzung der betreffenden Fläche bildende Kurvenast, also z. B.
-
TIII3, als maßgebend veredet, um den Kran besser auszunutzen. Das
ist praktisch ohne Gefahr, was sich aus der folgenden Betrachtung anhand von Fig.
4 ergibt.
-
Es ist zunächst angenommen, daß der Ausleger sich im Zustand II mit
zwei vollen Teleskop-Ausschben befindet.
-
Er hat somit die wirksame Länge 111 Ferner soll der Ausleger mit der
Waagerechten einen Winkel αII bilden.
-
Den entspricht die auf die Drehachse ) des Oberoaues 4 bezogene Ausladung
d. Für die Länge lII wird in dem Gerät 17 aus dem Speicher 13 eine bestimmtew Kurve
Mzul II=fII (d)
ausgesucht. (Diese Kurve entspricht der Kurve TII
in Fig. 1 und 2). Für die Ausladung d, die in dem Gerät lu aus den ermittelten werten
lII und α II bildet wird, greift das Gerät 19 aus der ausgesuchten Kurve das
für diese Einstellung des Auslegers zulässige Moment M II heraus das auf den Fußpunkt
5 des Auslegers bezogen ist. Dieses Moment ist für den Bereich der größeren Aus
ladungen entsprechend dem Kurvenabschnitt TII3: Mzul II = GA # (cII + co) + QII
(a + co).
-
Hierbei ist; GA das Gewicht des Auslegers, c der waagerechte Abstand
des Schwerpunktes SAII des Auslegers von der Kippkante im Fuläpunkt 9 der Stütze
8, co der waagerechte Abstand des Stützen-Fußpunktes 9 von dem Fußpunkt 5 des Auslegers,
QII dei bei dieser Einstellung des Auslegers zulässige Last, a der waagerechte Abstand
der Wirkungslinie der Last QII von dem Stützen-Fußpunkt 9.
-
Es soll nun der äußere Teleskop-Teil des Auslegers einFezogen werden,
so daß dieser sich irn Zustand I mit einem vollen Teleskop-Ausschub befindet. Die
wirksame Ausleger-Länge ist dann lI. Ferner soll der Ausleger so weit abgesenkt
werden, da sich wieder die Ausladung d ergibt.
-
Der Neigungswinkel ist dann αI. Dabei vergrößert sich der waagerechte
Abstand des Schwerpunktes SAI von dem Stützen-Fußpunkt 9 auf cI.
-
Es soll nun für den ganzen Bereich der Absenkung des Auslegers von
α II bis α I die für den Ausleger-Zustand II ausgewählte Kurve Mzul
II = fII (d) maßgebend bleiben.
-
Dann gilt für den Grenzfall, daß der Ausleger bis auf den Winkel αI
abgesenkt ist, bei gleichbleibender Ausladung d: Mzul II - GA (CI + co) + QI (a
+ c0).
-
Hierbei ist QI die Last, die für diesen Fall von der Lastmomentobegrenzung
noch zugelassen wird. Diese errechnet sich aus GA (cII + co) + QII (a + co) = GA
(cI + co) + QI (a + co) zu: QI = QII - CA cI - cII a+c 0 Da cI größer als cII ist,
ergibt sich, daß QI kleiner als QII ist. Das beruht darauf, daß im Zustand I das
von dem Ausleger-Gewicht GA herrührende Kippmoment wegen des größeren Abstandes
cI des Schwerpunktes SAI von dem Stützen-Fußpunkt 9 größer ist als im Zustand II
und folglich von dem unveränderten Moment Mzul II weniger f\1r- für-das Kipprnoment
aus der Last QI übrigbleibt.
-
Der so ermittelte Wert QI ist an sich irn Hinblick auf die Standsicherheit
des Kranes zu groß, wenn man einen bestimmten Standsicherheits-Faktor SII nicht
überschreiten will, der im Falle II vorausgesetzt war.
-
Dieser Faktor errechnet sich zu: G . b SII = GA . cII + QII . a Hierbei
ist: G das Gewicht des Kranes ohne den Ausleger und b der Abstand des Schwerpunktes,
in dem dieses Gewicht angreift, von dem Stützen-Fußpunkt 9.
-
Im Falle I ist der Standsicherheits-Faktor G . b SI = GA . cI + QI*
. a Hierbei ist QI* diejenige Last, die noch zulässig ist, wenn der Standsicherheits-Faktor
im Falle I gleich dem im Falle II ist. Setzt man demgemäß SI = SII, so errechnet
sich QI* zu Q* = Q - G cI - cII I = QII - GA I II a Vergleicht man dies mit der
oben ermittelten Gleichung
so wird hiermit zunächst bestätigt, daß Q größer ist als QI, da c1 - cII positiv
ist. Der Unterschied ist aber nicht erheblich, da bei großen Aus ladungen der Abstand
a erheblich größer ist als co, dieses also nahezu vernachlässigt werden kann und
da bei mittleren Ausladungen
der Unterschied zwischen cI und cII
sehr lZlein ist und die Last QII so grobe Werte annimmt, daß denigeg;enüber das
Auslegergewicht GA eine geringere Rolle spielt.
-
Bei kleinen Ausladungen schlieklich ist wie erwähnt nicht mehr die
Standsicherheit für die Bemessung der Last malS-gebende sondern die Beanspruchbarkeit
des Auslegers und der Teleskop-Verstellmittel.
-
Sonach gilt für den Bereich, in dem für die Begrenzung der Last die
Standsicherheit mabgebend ist, daß es ungefährlich ist, wenn für die Zwischenlängen
des Teleskop-Auslegers zwischen den vollen Teleskop-Schüben diejeni gen Kurven Mzul
= f (d) ausgewählt werden, die den jeweils größeren vollen Teleskop-Schüben entsprechen.
Bei den praktisch in Betracht kommenden Bemessungen der Krane ergibt sich, daß im
äußersten Fall der selbsttätig beschränkte, zulässige Wert der Last nur ganz geringfügig
größer ist als der sich bei unveränderter Standsicherheit ergebende Wert. Beispielsweise
liegt bei einem ausge führten Autokran - wenn der Ausleger ausgehend vom Zustand
mit drei vollen Teleskop-Schüben abgesenkt wird, bis bei unveränderter Ausladung
der Zustand zweier voller Teleskop-Schübe erreicht ist - der selbsttätig beschränkte
zuzulässige quert der Last weniger als 1 lirozent höher als derjenige Wert der Last,
der bei unverändertem Standsicherheits-Faktor noch zulässig wäre. Diese Abweichung
liegt aber innerhalb des Toleranzbereiches für die Standsicherheit. Andererseits
wird durch diese Art der Lastmomentbegrenzung die Tragfähigkeit des Kranes im Bereich
mittlerer und großer Ausladungen bis zum äußersten ausgenutzt, so daß größte Wirtschaftlichkeit
erreicht wird.