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Kreiselsystem zur Orientierung hängender Lasten Die Erfindung betrifft
die Verwendung eines Kreiselsystems zur Einstellung einer an einem Seilzug um ihre
Hochachse drehbar hängenden Last hinsichtlich ihrer Winkellage um diese Hochachse.
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Jir besonderes Anwendungegebiet hat die Erfindung bei Containern,
Container werden, wenn möglich, mit Spezialkranen verladen, bei denen die die Container
aufnehmenden Containererfassungsrahmen, Spreader genannt, durch die Art der Ausbildung
des Seilsysteme zwischen Kranausleger und Spreader in ibrer winkellage um die Hochachse
festgelegt sind. Andererseits werden Container gelegentlich auch mit herkömmlichen
Hafenkranen verladen, welche nur einizgen Seilzug aufweisen, so daß der Container
an
diesem Seilzug hängend, in seiner Winkellage nicht definiert ist. Es ist deshalb
schwierig, den Container, der beim Aufsetzen und insbesondere beim Einsetzen in
eine Schiff3-luke eine bestimmte Orientierung um seine Hochachse habe muß, zu manövrieren.
VIill man dies von Hand tun, so sind mehrere Mann erforderlich, um den Container
um die Hochachse zu beschleunigen und bei erreichen der jeweils gewünschten Orientierung
wieder abzufangen.
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Mit der Erfindung soll deshalb die Aufgabe gelöst werden, Container,
die an einfachen Seilzügen ohne definierte Winkellage, bezogen auf ihre Hochachse,
aufgehängt sind, unter Vor meidung von Handarbeit orientieren ZU önen.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Last über
eine Drehverbindung mit parallel zur Hochachse liegender Drehachse mit einem Rahmen
verbunden; in diesem Rahmen ist ein Korb um eine zur Hochachse senkrechte Schwenkachse
schwenkbar gelagert; in dem Korb ist ein Kreisel um eine zur Schwenkachse senkrechte
Kreiselachse drehbar gelagert und mit einem Kreiselantrieb versehen; zvJischen der
Last und dem Rahmen schließlich ist ein Drehantrieb vorgesehen. Das Kreiselsystem
kann dabei so eingebaut sein, daß der Rahmen am unteren Ende des Seilzuges hängt
und über die Drehverbindung die Last tragt.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist die Last mit einem Rahmen betriebsmäßig
fest verbunden; in den Rahmen ist ein Korb um eine zur Hochachse senkrechte Schwenkachse
schwenkbar gelagert; in dem Korb ist ein Kreisel um eine zu der Schwenkachse senkrechte
Kreiselachse drehbar gelagert und mit einem Kreiselantrieb versehen; ein Hilfsantrieb
dient zur Verstellung des Korbes um die Schvzenkachwe. Bei dieser Ausführungsform
kann der Rahmen zwischen das untere Seilende und die Last zvzischengeschaltet sein.
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Wenn hier von "betriebsmäßig fest verbunden" die Rede ist, so ist
damit gemeint, daß die Last mit dem Rahmen unter Betriebsbedingungen unverdrehbar
verbunden ist. Eine solche Verbindung kann beispielsweise auch durch eine Mehrzahl
von Seilen hergestellt werden.
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Die beliegenden Figuren erläutern die Erfindung. Es stellen dar: Figur
1 eine 1. Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 eine 2. Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 eine giäfische Darstellung des Verlaufs der Drehgeschwindigkeit eines Containers
bei einer Orientierungskorrektur mit der 2. Ausführungsform gemäß Figur 2.
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in Figur 1 ist ein Spreader mit 10 bezeichnet. Der Spreader 10 ist
mit dem unteren Teil 12 eines Kugeldrehkranzes 14 verbunden, dessen oberer Teil
16 einen Rahmen 18 trägt. In dem Rahmen 18 ist ein Korb 20 um eine Achse X schwenkbar
gelagert, die senkrecht ZU der mit Z bezeichneten Hochachse des jeweiligen Containers
steht. In dem Korb 20 ist ein Kreisel 22 drehbar gelagert, der durch einen Antrieb
24 angetrieben ist. Der Rahmen 18 ist an einem Haken 26 eines Kranseiles 28 aufgehängt.
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Der obere Teil 16 des Kugeldrehkranzes 14 ist gegenüber dem unteren
mittels eines Hilfsaiitriebs 30 verdrehbar, dessen Ritzel 32 in einen Zahnkranz
34 des oberen Teils 16 eingreift.
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Wenn mittels des Hilfsantriebs 30 der obere Teil 16 des Kugeldrehkrallzes
14 gegenüber dem unteren Teil 12 verdreht wird, so wirkt einer solchen Verdrehung
bei laufendem Kreisel ein Widerstandsmoment entgegen, das als Reaktionsmoment ür
die Verdrehung des Containers gegenüber dem oberen Teil 16 des
Kugeldrehkranzes
14 und gegenüber dem Rahmen 18 benutzt werden kann. Dabei schwenkt der Korb 20 um
die Achse Da das System nicht mehr stabil ist, wenn die Ifreiselachse lotrecht steht,
ist das so weit beschriebene System nur bedingt brauchbar. Die Kreiseldrehzahl ist
in der Figur 1 mit #K bezeichnet, während die Drehzahl des Korbes um die X-Achse
mit #y X bezeichnet ist.
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In der Ausführungsform nach Figur 2 ist ein Spreader mit 110 bezeichnet.
An ihm hängt ein Container 112e Der Spreader 110 ist über ein Seilgehünge 114 mit
einem Rahmen 116 verbunden.
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Der Rahmen 116 ist an einem Haken 118 eines Kranseiles 120 aufgehängt.
In dem Rahmen 116 ist ein Korb 122 drehbar um eine Achse X gelagert. In dem Korb
122 ist ein Kreisel 124 drehbar um eine Achse Y gelagert. Die Achse X steht senkrecht
zur Hochachse Z des Containers 122. Der Kreisel 124 ist mit der Kreisel drehzahl
#K angetrieben. An dem Rahmen 116 ist ein Zahnstangenantrieb 126 befestigt, der
mit einem Ritzel 128 zusammenwirkt.
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Das Ritzel 128 ist-drehfest mit dem Korb 122 verbunden, so daß dieser
durch den Zahnstangenantrieb 126 in Drehung um die Achse X versetzt werden kann.
Die Drehgeschwindigke'it des Korbes um die Achse X ist dabei mit #X bezeichnet,
während die laufende Winkelkoordinate des Korbes, bezogen auf diejenige Stellung,
in der die Achse Y horizontal ist, mit bezeichnet ist.
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Dadurch, daß der Korb 122 um die Achse X gedreht wird, wird bei umlaufendem
Kreisel ein Moment um die Z-Achse auf den Rahmen und damit über das Gehänge 114
auch auf den Spreader -ausgeübt.
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Die Größe des Moments errechnet sich aus der Formel
wobei OK das Trägheitsmoment des Kreisels, die die Drehzahl des
Kreisels, die Drehzahl des Korbes ist.
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Theoretisch ist der Winkelbereich#x - .1800 ausnützbar, um ein Moment
zu erzeugen. Da aber in den Horizontalstellungen der Y-Achse das System instabil
ist und da außerdem für das Beschleunigen und Verzögern der Drehbewegung des ILorbes
um die Achse ein gewisser Winkel bereitgestellt werden muß, steht nicht der volle
Winlrel von 1800 zur Vorfügung. Errechnet man für die Sicherheitsmarge und für die
Beschleunigung bzw. Verlangsamung des Korbes je einen Winkel von 40°, so bedeutet
dies, daß für die eigentliche Momentanlegung ein Winkel#x = 1000 zur Verfügung steht.
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Nimmt man weiter an, daß die Beschleunigungszeit und die Verzögerungszeit
des Containers, die notwendig ist, um den Container auf die Korrekturdrehgeschwindigkeit
um die Z--Achse zu bringen, t = 10 sec beträgt und berücksichtigt man weiter, daß
diese Zeit t zur verfügung steht, um den Winkel#x x = 1000 zu durchlaufen, so errechnet
sich die Winkelgeschwindigkeit des korbes nach der Formel
Bs seien nun folgende weitere Daten angenommen: Die Drehzahl des Kreisels = nK =
5000 U min Daraus ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit des Kreisels nach der Formel
Das Trägheitsmoment des Kreisels ergibt sich nach der Formel
wobei mK die Maße des Kreisels, rK der Radius des Kreisels, GK das Gewicht des Kreisels,
g die Erdbeschleunigung bedeuten Nimmt man nun weiter an, daß rK = 0,7 m und gK
= 60Kp ist, so ergibt sich nach der Formel (4) das Trägheitsmoment OK = 1/2'. 6.0,7
= 1,47 Kpms (5).
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Daraus läßt sich das verfügbare Moment errechnen wie folgt: M = 1,47.525
0,175 = 135 Kpm (6) it.r den Container seien folgende Annahmen gemacht: Gewicht
des Containers Gc = 40 000 Kp Länge des Containers 1 a 12 m Breite des Containers
b = 2,5 m.
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Danach ergibt sich das Trägheitsmoment des Containers
Zwischen dem Trägheitsmoment des Containers #c, der Winkelbeschleunigung des Containers
#c und dem von dem Kreiselsystem ausgeübten Moment M besteht die Beziehung
oder anders ausgedrückt, die Beziehung
Integriert man die Gleichung (9) über die Zeit, so erhält man
Die Winkeländerung des Containers während der Beschleunigungsphase und während der
Verzögerungsphase ergibt sich nach der Fornel #c = 2.1/2 #c.t = 2,7.10-1 (11) Umgerechnet
in Gradmaß erhält man einen Winkel c = 15,5°.
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Während der Beschleunigung und der Verzögerung wird also insgesamt
ein Winkel von 310 durchlaufen, d.h. es verbleibt ein Winkel von 59°, der mit der
vollen Geschwindigkeit durch laufen wird. I)ie hierfür erforderliche Zeit ergibt
sich nach der Beziehung
Demnach ist die zum Schwenken eines Containers um 900 erforderliche Gesamtzeit tsch
= 10 + 38 + 10 = 58 sec.
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In der Figur 3 ist auf der Abszissenachse die Zeit t und -auf der
Ordinatenachse die Drehgeschwindigkeit #c des Containers aufgetragen. Der ausgezogene
Kurvenverlauf stellt den vorstehend berechneten Geschwindigkeitsverlauf dar. Der
durch gestrichelte Linien korrigierte Kurvenverlauf entspricht denjenigen Verhältnissen,
die sich einstellen würden, wenn der Korb mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit
#x gedreht würde.
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Eine solche Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit #x hat aber wenig Sinn.
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Der strichpunktierte Kurvenverlauf schließlich entspricht denjenigen
Verhältnissen, die sich einstellen, wenn man mit einer höheren Kreiseldrehzahl nK
und/oder einem größeren Kreiselträgheitsmoment QK arbeitet.