DE2741241A1

DE2741241A1 - Hebezeug

Info

Publication number: DE2741241A1
Application number: DE19772741241
Authority: DE
Inventors: Kenneth D Schreyer
Original assignee: Columbus McKinnon Corp
Current assignee: Columbus McKinnon Corp
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1978-03-16
Also published as: JPS5338049A; ZA775108B; ES462557A1; CA1066692A; FR2375134A1; AU508619B2; AU2835077A; US4165863A; GB1581239A; FR2364851A1

Description

Columbus McKinnon Corporation,
Tonawanda, New York/USA

Hebezeug

Motorisch angetriebene Ketten-Hebezeuge sind für Förderaufgaben in der Industrie weit verbreitet und zeichnen sich besonders durch vielseitige Anwendungsmöglichkeiten auf. Typische Anwendungen solcher Hebezeuge erfordern eine vergleichsweise kompakte und leichte Bauweise. Bei der Herstellung eines solchen Hebezeuges müssen verschiedene Einflußgrößen berücksichtigt werden. So muß beispielsweise die Kette selbst im Gewicht so leicht als von der vorgesehenen Nutzlast her noch möglich gehalten werden; der Elektromotor soll leicht und kompakt sein; auch die anderen Komponenten des Hebezeuges sollen möglichst kompakt und leicht gebaut sein. Darüberhinaus muß das Hebezeug die Last vergleichsweise schnell anheben und absenken können.

Diese grundsätzlichen Anforderungen führen zu bestimmten, untereinander abhängigen konstruktiven Beschränkungen oder Vorgabewerten für die Hebezeugkonstruktion. Wenn beispielsweise der Elektromotor kompakt und leichtgewichtig sein soll, so muß damit gerechnet werden, daß seine Leistung entsprechend gering ist. Daher muß der Antriebsmotor die Lastkette mit entsprechend hoher mechanischer Untersetzung antreiben, wenn die Belastbarkeit des Hebezeuges und die Absenk- und Anhebegeschwindigkeiten im gewünschten Rahmen liegen sollen. Dies führt zur Verwendung eines Kettensternes mit kleinem Durchmesser, der vergleichsweise schnell dreht.

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Je kleiner jedoch der Kettenstern oder die Kettennuß gehalten werden, umso ausgeprägter ist die Ungleichmäßigkeit der hierdurch beim Anheben und Absenken der Kette mitgeteilten Bewegung. Da die Kette ein flexibles Element mit gelenkig miteinander verbundenen Kettengliedern endlicher Länge ist, setzt sich die Vertikalbewegung der Kette beim Anheben oder Absenken einer Last aus zwei Bewegungskomponenten zusammen: Einmal aus der Vertikalbewegung mit konstanter Geschwindigkeit, welche eine Funktion der Winkelgeschwindigkeit des Kettensternes und dessen wirksamem Durchmesser ist, und aus einer diese Vertikalbewegung mit konstanter Geschwindigkeit überlagernden vertikalen Schwingbewegung, welche sich dadurch ergibt, daß die Kette nicht gleichförmig über dem Kettenstern läuft. Es ist unmöglich, mit einem Kettenstern einer Kette eine vollständig gleichförmige Antriebsbewegung zu erteilen. Darüberhinaus nimmt die Amplitude der oszillierenden Schwingbewegung der Kette mit der Verringerung der Größe des Kettensternes oder der Kettennuß entsprechend zu.

Diese überlagernde Schwingbewegung führt zu alternierenden Massenkräften und Spannungen im gesamten System, welche schvellend die konstante Ruhebelastung übersteigen. Da die Amplitude dieser Schwingbewegung mit der Abnahme des wirksamen Durchmessers des Kettensternes größer wird, steigen die durch die ungleichförmige Antriebsbewegung der Kette erzeugten zusätzlichen Spannungen durch das oben erläuterte Erfordernis eines möglichst kleinen Kettensternes mit hoher Drehzahl zusätzlich an.

Durch die überlagernde Schwingbewegung ergibt sich ein weiteres Problem, welches mit dem Umstand zusammenhängt, daß das gesamte Belastungssystem des Hebezeuges einschließlich seiner Abstützung und der angehobenen Last mit Rücksicht auf die diesem System eigenen Federkonstanten und in Abhängigkeit von der Masse der Last eine bestimmte Eigenfrequenz aufweist. Da die

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Federeigenschaften der Kette die Federkonstante des Systems beeinflussen und da die effektive Länge desjenigen Abschnittes der Kette, der tatsächlich unter dem Einfluß der angehobenen Last steht, bei der Hebe- und Senkbewegung kontinuierlich geändert wird, ändert sich im Zuge der Hebe- oder Absenkbewegung auch die Eigenfrequenz des Systems ständig. Wenn daher die Schwingungsanregung vom Kettenstern her bei einer bestimmten Länge der Kette zwischen der Lastabstützung und der Last im Betriebsbereich des Hebezeuges im Resonanzbereich des Hebesystems liegt, so kann die Amplitude der Schwingbewegung durch Resonanz sehr groß werden und entsprechend große Spannungen zusätzlich in das System einführen.

Selbst dann, wenn diese dadurch erzeugten erhöhten Spannungen nicht die Bruchspannung der Kette oder sonstiger Bauteile des Hebezeuges übersteigen, können sie doch groß genug werden, um die Dauerfestigkeit der Kette und/oder sonstiger Bauteile des Hebezeuges zu übersteigen bzw. zu beeinträchtigen.

Das Hubwerk und die Kette werden normalerweise so ausgelegt, daß ohne Resonanzerscheinungen die Dauerfestigkeit von Kette und Hubwerk nicht überschritten wird, in der Regel sogar beim Auftreten von erheblichen Überlastungen wie etwa 150% der Nennlast. Theoretisch kann es daher nicht zu einem Bruch des Hebezeuges kommen, da dieses eine unendliche Anzahl von Lastwechseln ohne Ermüdung aushalten kann. Jedoch können die durch die erläuterten Resonanzerscheinungen erzeugten erhöhten Spannungen durchaus die Dauerfestigkeit der Kette und/oder von Bauteilen des Hubwerkes überschreiten, so daß Ermüdungsbrüche nach einer endlichen Anzahl von Lastwechseln auftreten können.

Um dieses Problem zu lösen ist versucht worden, Hebezeuge zu schaffen, bei denen die aktive, belastete Länge der Kette, bei der Resonanzerscheinungen auftreten, außerhalb des Betriebsbereiches des Hebewerkes liegen, oder daß die Belastungslänge der Kette vorgeschrieben wurde, außerhalb der ein Betrieb des Hebe-

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zeuges untersagt wurde. Alternativ kann auch die Arbeitsgeschwindigkeit des Hebewerkes vermindert werden, um Resonanzerscheinungen zu vermeiden. Diese Lösungsansätze sind jedoch nicht zufriedenstellend, da jeder dieser Lösungsversuche die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten des Hebezeuges beeinträchtigt.

Ein weiterer Versuch besteht darin, in Reihe mit der Kette und der Last eine Federvorrichtung einzusetzen, um den Eigenschwingungsbereich des Systemes beim Anheben und Absenken abzusenken, wobei die niedrigeren Eigenfrequenzen so liegen, daß Resonanzerscheinungen außerhalb des Betriebsbereichs des Hebewerkes fallen. Diese Lösung ist für bestimmte Anwendungsfälle akzeptabel und wurde dadurch verwirklicht, daß ein Tellerfederpaket in den Lasthaken des Hebezeuges eingesetzt wurde. Das Tellerfederpaket stellt ein weiches Federelement des Systems dar, so daß sich so kurze Belastungslängen der Kette für Resonanzerscheinungen ergeben, daß diese außerhalb des Betriebsbereiches des Hebewerkes liegen. Ein unerwünschter Nebeneffekt dieses Lösungsversuches besteht jedoch darin, daß die vergleichsweise weiche oder schwache Feder im Lasthaken zu erheblichen Schwingungen der Last beim Anheben oder Absenken und zu anhaltenden Ausschwingerscheinungen beim Abstoppen der Last führt. Dies ist aus verschiedenen Gründen unerwünscht. Vor allem wird dadurch eine exakte Positionierung der Last mit dem Hebezeug erschwert. Darüberhinaus erzeugt eine merkliche Schwingung der Last das Gefühl der Unsicherheit der Lastaufhängung, obwohl die Last tatsächlich sicher aufgehängt ist, und erzeugt bei Personen im Förderbereich der Lst unangenehme Gefährdungsgefühle. Bei empfindlichen oder zerbrechlichen Lasten ist darüberhinaus möglich, daß die auftretenden Schwingungen schädlich sind und nicht Inkauf genommen werden können.

Eine wesentliche Zielsetzung der Erfindung besteht daher darin, ein Hebezeug zu schaffen, bei dem die erläuterten Resonanz-

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und Ausschwingerscheinungen wesentlich vermindert oder vermieden sind.

Im Prinzip wird erfindungsgemäß hierzu eine Sicherungseinrichtung verwendet, welche bei den auftretenden Schwingbewegungen eine einstellbare ReIativbewegungsamplitude in der Sicherungseinrichtung ergibt und die eine Dämpfungskraft in Abhängigkeit von der einstellbaren Amplitude erzeugt, welche übermäßige Schwingbewegung und Schwingkräfte wesentlich vermindert, die sonst bei Resonanz auftreten würden.

Auf diese Weise kann das Hebezeug eine maximale Vielfältigkeit der Anwendungsmöglichkeiten im Betrieb ohne Berücksichtigung von Resonanzerscheinungen aufrecht erhalten, und dient einfach die Sicherungseinrichtung zur Vermeidung der Probleme, die sonst bei auftretenden Resonanzen zu beachten sind. Die Sicherungseinrichtung wird daher normalerweise verwendet, um die Schwingbewegung und die Schwingkräfte bei Resonanz beispielsweise derart abzusenken, daß die Ermüdungsfestigkeit oder Dauerfestigkeit der Kette und der übrigen Bauteile des Hebezeuges nicht überschritten wird. Auf diese Weise können die Kette und die Komponenten des Hebezeuges einer unendlichen Anzahl von Lastwechseln ohne Ermtidungsbruch ausgesetzt werden.

Es kann sich weiterhin als notwendig oder wünschenswert erweisen, die Sicherungseinrichtung so auszulegen, daß gut erkennbare Schwingbewegungen der Last vermieden sind oder daß Ausschwingvorgänge schnell auf nicht mehr erkennbare Amplituden abklingen.

Es hat sich für jeden Fall gezeigt, daß die Sicherungseinrichtung eine Kombination von Federkonstante und Dämpfungsfaktor aufweisen sollte, welche die gewünschte Verminderung übermäßiger Schwingbewegung und Schwingkräfte herbeiführt. Grundsätzlich müssen dabei die Federkonstante und der Dämpfungsfaktor

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der Sicherungseinrichtung aufeinander abgestimmt werden, um bei auftretenden Resonanzen eine kontrollierte Bewegungsamplitude zu ergeben, bei der der Dämpfungsfaktor ausreichende Energie vernichtet, um wenigstens die Spitzenspannungen in der Kette und den sonstigen Komponenten unterhalb der Ermüdungsfestigkeit der verwendeten Materialien zu halten und ein Abklingen von AusSchwingerscheinungen auf nicht mehr erkennbaren Amplituden in kurzer Zeit, beispielsweise in einer Sekunde, herbeizuführen.

Die Sicherungseinrichtung ist zweckmäßig als wenigstens ein Satz von Tellerfedern ausgebildet, wobei die Energievernichtung durch Wärmeerzeugung durch gegenseitige Reibung zwischen den Federtellern erfolgt. Der Reibungskoeffizient zwischen den Federtellern kann durch Schmierung, durch Überzug der Federteller usw. eingestellt werden.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Mehrzahl von Tellerfedersätzen in Reihenschaltung vorgesehen werden, wobei jeder Satz eine eigene Federkonstante mit zugehörigem Dämpfungsfaktor aufweist und jeder Satz auf möglicherweise auftretende unterschiedliche Resonanzfrequenzen einzeln eingestellt ist. Der weicheste Satz kann für ein Ansprechen auf Resonanzfrequenzen eingestellt werden, die beispielsweise bei 50% der Nennlast des Hebezeuges auftreten, während der am steifsten ausgebildete Satz so eingestellt werden kann, daß er hauptsächlich auf Resonanzfrequenzen anspricht, die bei 150% der Nennlast auftreten, wobei auch ein Satz von mittlerer Steifheit auf eine mittlere Belastung des Hebewerkes bei beispielsweise 100% Nennlast eingestellt werden kann. Resonanzen können für eine gegebene. Last auftreten, wenn die sich ändernde Eigenfrequenz mit einer Grundschwingung und/oder einer wesentlichen Oberschwingung der Er— regerfrequenz von dem Kettenantrieb durch den Kettenstern her zusammenfällt.

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Mit der Erfindung wird neben einer Verminderung der Schwingbewegung und der Schwingkräfte bei auftretenden Resonanzen auch die Schwingbewegung infolge einer Beschleunigung oder Verzögerung vermindert, also auch diejenige Schwingbewegung vermindert, die beim Abheben oder beim Abstoppen der Last, insbesondere im Zuge der Absenkbewegung, auftritt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den Ansprüchen.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung eines Hebezeuges zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ketten-Hebezeuges ,

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ketten-Hebezeuges,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Lasthaken,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine.abgewandelte Ausführungsform der Sicherungseinrichtung,

Fig. 6 eine Aufzeichnung der Spannung im Belastungsabschnitt der Kette beim Anheben einer Last,

Fig. 7 eine Fig. 6 analoge Aufzeichnung der Spannung im Belastungsahschnitt der Kette beim Absenken der Last,

Fig. 8 eine Fig. 6 entsprechende Aufzeichnung bei Anwendung der Erfindung,

Fig. 9 eine Fig. 7 entsprechende Aufzeichnung bei Anwendung der Erfindung und

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Fig. 10 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Zusammenhänge.

In Fig. 1 ist schematisch ein Lastsystem veranschaulicht, bei dem die Erfindung verwirklicht ist. Mit 10 ist eine geeignete obere Abstützung bezeichnet, an der das insgesamt mit 18 be-, zeichnete Hebezeug aufgehängt ist. Die Befestigung des Hebezeuges 18 an der Abstützung 10 ist insgesamt mit 12 bezeichnet, wobei diese Befestigung und/oder die Art der Abstützung 10 mit einer festen Federkonstante im Gesamtsystem zu berücksichtigen ist, wie dies bei 14 veranschaulicht ist, und ebenso mit irgendeiner zähen Dämpfung zu berücksichtigen ist, wie dies schematisch bei 16 veranschaulicht ist.

Das Hebezeug 18 weist ein geeignetes Gehäuse 19 auf, an dem ein geeigneter Antrieb 20, in der Regel ein Elektromotor, mit einer Antriebswelle 22 befestigt ist, welche den Kettenstern 24 oder ein sonstiges Antriebsrad trägt. Mit 26 ist die Kette veranschaulicht, die über dem Kettenstern 24 läuft und an der die anzuhebende oder abzusenkende Last 30 befestigt ist. Bei 28 ist schematisch die Federkonstante des belasteten Längenabschnittes der Kette veranschaulicht, also die Federsteifheit der Kettenlänge zwischen dem Kettenstern 24 und der Last 30, wobei der übliche Lasthaken bei 32 veranschaulicht ist, mit dem das untere Ende der Kette 26 an die Last 30 angeschlossen ist. Mit 34 ist die erfindungsgemäß vorgesehene Sicherungseinrichtung veranschaulicht. Wie Fig. 1 zeigt, weist die Sicherungseinrichtung eine Federung mit einer bei 36 veranschaulichten Federkonstante und, hierzu parallel geschaltet, eine Dämpfung mit einem bei 38 veranschaulichten Dämpfungsfaktor auf.

Wie ohne weiteres klar ist, weist der Elektromotor 20 ein flexibles elektrisches Steuerkabel 40 auf, welches an einem in der Hand der Bedienungsperson zu haltenden Steuerkasten 42 endet, mittels der die Bedienungsperson den Motor 20 zur An-

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hebung, Absenkung und Positionierung der Last 30 steuert. Der Bedienungskasten 42 weist eine Schalthandhabe 44 für AUF und eine Schalthandhabe 46 für AB auf, wobei klar ist, daß das Hebezeug 18 eine automatische Bremse besitzt, die angreift, venn keine der Bedienungshandhaben 44 und 46 betätigt wird und automatisch die Last 30 in derjenigen Stellung hält, an . der die Bewegung des Hebezeuges 18 aufgehört hat.

Das gesamte Lastsystem des aus Pig. 1 ersichtlichen Aufbaus weist ohne Berücksichtigung der Sicherungseinrichtung 34 eine spezielle Eigenfrequenz auf, welche eine Funktion der Federkonstanten 14 und 28, der unkontrollierten Dämpfung 16 und des Gewichtes der Last 30 ist. Die Federkonstante 28 ist eine Funktion der Länge des Belastungsabschnittes der Kette 26 zwischen dem Kettenstern 24 und der Last 30 und der Federeigenschaften der Kette. Wenn daher die Last 30 abgesenkt oder angehoben wird, so verlängert oder verkürzt sich die Belastungslänge der Kette und durchläuft das gesamte System in einer gewissen Bandbreite unterschiedliche Eigen- oder Resonanzfrequenzen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Kettenstern 24 eine von der Kreisform abweichende Ausbildung besitzt und überdies einen vergleichsweise geringen Durchmesser aufweist, also nach Art einer Kettennuß eine nur sehr geringe Anzahl von Zähnen oder Lagertaschen für die einzelnen Kettenglieder aufweist. Wenn daher der Antriebsmotor 20, von der Bedienungsperson gesteuert, mit konstanter Drehzahl umläuft, so wird der Last 30 eine Vertikalbewegung mitgeteilt. Diese Vertikalbewegung ist das Ergebnis zweier Teilbewegungen, von denen die eine Komponente sich aus der Winkelgeschwindigkeit des Kettensternes 24 und seinem wirksamen Durchmesser ergibt, während die andere Komponente infolge des sogenannten Polygoneffektes eine Schwingbewegung ist, die der vertikalen konstanten Bewegung überlagert ist.

Für ein bestimmtes Gewicht der Last 30 und eine bestimmte Länge

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des Belastungsabschnittes der Kette 26 zwischen dem Kettenstern 24 und der Last 30 kann daher eine Resonanz des Systemes auf die Schwingungsanregung infolge des Polygoneffektes beim Lauf der Kette 26 über dem Kettenstern 24 auftreten. Dies ist in Fig. 6 für eine Anhebebewegung der Last veranschaulicht. Bei 50 ist in Fig. 6 die Schwingungsantwort der Kette auf den Beschleunigungsstoß sichtbar, wenn die Last zur Einleitung der Bewegung beschleunigt wird. Die bei 52 veranschaulichte Schvingungsantwort zeigt eine Resonanz des Lastsystemes bei einem bestimmten Wert der Länge des Belastungsabschnittes der Kette, während bei 54 ein Schwingungsausschlag veranschaulicht ist, der auftritt, wenn die Last nach einer gewissen Hubstrecke abgestoppt wird.

Entsprechend ist in Fig. 7 die Schwingung bei einer Absenkbe— wegung der Last veranschaulicht. Eine geringe Schwingungsant— wort ist bei 56 veranschaulicht, die auftritt, wenn die Absenkbewegung der Last plötzlich beginnt. Die bei 58 veranschaulichte Resonanz entspricht im wesentlichen der Resonanz 52 bei der Hebebewegung, tritt jedoch bei einer geringfügig kleineren Länge des Belastungsabschnittes der Kette auf. Der Grund für diese geringfügige Verschiebung des Resonanzpunktes liegt darin, daß die Hebegeschwindigkeit der Last beim Ablauf gemäß Fig. 6 etwas geringer ist als die Sinkgeschwindigkeit der Last beim Ablauf gemäß Fig. 7.

Wie nun wiederum ein Blick auf Fig. 1 veranschaulicht, weist die Sicherungseinrichtung 34 in der bereits erläuterten Weise eine Federung 36 und parallel hierzu eine Dämpfung 38 auf. Erfindungsgemäß ist die Federkonstante K, der Federung 36 so gewählt, daß sich eine kontrollierte Schwingungsamplitude in der Sicherungseinrichtung 34 ergibt, die vom Dämpfungsfaktor C^ der Dämpfung 38 derart abhängt bzw. diesem derart zugeordnet ist, daß die bei den Resonanzen 52 und 58 gemäß Fig. 6 und 7 auftretende Energie vernichtet wird, wodurch die Amplituden der Spannungs-

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änderungen in der Kette und der Kräfteverlauf im gesamten Lastsystem einschließlich der Bauteile des Hubwerkes vermindert bzw. ausgeglichen werden. In Fig. 8 ist ein Fig. 6 entsprechender Verlauf der Spannungsänderungen in der Kette aufgezeichnet, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß im Falle der Fig. 8 die Sicherungseinrichtung 34 einge- setzt wurde.

In Fig. 10 ist zur weiteren Erläuterung ein Beispiel für typische Vibrations- oder Schwingungseigenschaften des Hebewerkes veranschaulicht. Dabei ist auf der Ordinate die Amplitude des Schwingungsteiles der Zugbelastung der Kette bei maximaler Resonanz aufgetragen, wie sie bei 52 oder 58 in Fig. 6 bzw. 7 veranschaulicht ist, während auf der Abszisse die Dämpfungszeitkonstante T, aufgetragen ist, die dem Verhältnis des Dämpfungsfaktors C, zur Federkonstante K. entspricht. Die Kurven A, B, C lind D zeigen die Schwingungsantworten für unterschiedliche Werte der Federkonstante K, .

Die Kurve A in Fig. 10 veranschaulicht die Änderung der Zugkraft in dem Belastungsabschnitt der Kette,wenn die Federkonstante K_fa zu hoch liegt. Die Kurve B veranschaulicht die Änderung der Spannungsamplitudenantwort für eine etwas weichere Federkonstante K, , während den Kurven C und D noch weichere Federkonstanten K. zugrundeliegen.

Wie daraus ohne weiteres ersichtlich ist, müssen die Werte für K, und C^₁ wenn bei Resonanz übermäßige schwellende Spannungen in der Kette und den Hebewerkbauteilen vermieden werden sollen, so gewählt werden, daß die Spannungsamplituden nicht die Dauerfestigkeit überschreiten, die durch die Linie E veranschaulicht ist. In dieser Hinsicht sind daher die Systeme, die durch die . Linien A und B veranschaulicht sind, unbrauchbar, während im Falle der Systeme gemäß Linien C und D eine ausreichend geringe Schwellspannung durch geeignete Wahl von T, erzielt werden kann.

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Somit wird nach der Erfindung eine Feder 36 mit einer speziellen Federkonstante K, verwendet, die auf den Wert des Dämpfungsfaktors C_b so abgestimmt ist, daß bei auftretenden Resonanzen die Dauerfestigkeit des so belasteten Materials nicht überschritten wird.

Weiterhin ist die Sicherungseinrichtung 34 vorteilhaft so ausgelegt, daß eine merkliche Schwingung der Last bei Resonanzen oder bei sonstigen Erregungen von kurzer Dauer nicht auftreten.

Durch die erfindungsgemäße Lehre können somit auch die Zugkraftamplituden, die beim Start ader Stop der Bewegung der Last auftreten, wesentliche vermindert werden, wie dies aus einem Vergleich der Fig. 8 und 9 mit den Fig. 6 und 7 ohne weiteres ersichtlich ist.

In Fig. 2 ist das Hebezeug gemäß Fig. 1 mit weiteren konstruktiven Einzelheiten veranschaulicht. Das Hebezeug 18 weist einen üblichen Aufhängehaken 60 und ein Gehäuse 62 auf, wobei ein Ende der Kette 26 bei 64 am Gehäuse befestigt ist und die Kette 26 im Inneren des Gehäuses in der gestrichelt veranschaulichten Weise über den Kettenstern 24 gelegt ist. Der Lasthaken 32 ist über die aus Fig. 1 schematisch ersichtliche Sicherungseinrichtung 34 an den Belastungsabschnitt der Kette 26 angeschlossen und in der aus Fig. 4 mit weiteren Einzelheiten ersichtlichen Weise ausgebildet. Wie Fig. 4 zeigt, weist die Sicherungseinrichtung 34 ein aus zwei Hälften 66 bestehendes Gehäuse auf, wobei die Hälften 66 durch eine Mehrzahl von Bolzen 68 od. dgl. zusammengehalten sind und in ihrem Innenraum einen in Fig. 4 veranschaulichten Hohlraum bilden. Der Hohlraum des Gehäuses nimmt ein halbes Rundglied 70 der Kette unverlierbar auf, wodurch die Kette 26 an das Gehäuse angeschlossen ist. Weiterhin weist der Innenraum des Gehäuses eine zylindrische Ausnehmung 71 auf, in der drei Sätze von Tellerfederpaketen 72, 74 und 76 angeordnet sind. Die Tellerfedern umgeben einen Schaft 78 des

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Lasthakens 32, an dessen oberem Ende eine Kontermutter 80 aufgeschraubt ist, mit der die Hakenlast über eine ebene Zwischen— scheibe 82 auf das oberste Teilerfederpaket 84 des Satzes 72 aufgebracht wird. Das unterste Tellerfederpaket 86 setzt auf einem Laufring 88 eines Axiallagers 90, dessen anderer Laufring an dem unteren Ende der Gehäusehälften 66 aufliegt. Auf diese Weise kann der Lasthaken 32 frei gegenüber der Sicherungseinrichtung 34 verdreht werden.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist jeder Satz 72, 74 und 76 eine unterschiedliche Anzahl von Federtellern auf, wobei innerhalb jedes Satzes einige der Federtellern in einer Richtung und andere in der Gegenrichtung ausgerichtet sind, wie dies ohne weitere Erläuterungen aus Fig. 4 ohne weiteres ersichtlich ist, und wobei jeder Satz eine gegenüber den anderen Sätzen unterschiedliche Federkonstante aufweist. Eine solche Anordnung hat sich als im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft erwiesen, wobei im allgemeinen der Satz 72 mit der weichsten Federkonstante auf eine Energievernichtung eingestellt ist, die bei Resonanzfrequenzen im Bereich von 50% der Nennlast des Hebewerkes auftreten. Der steifeste Federsatz 76 ist in der Regel so eingestellt, daß die Energie vernichtet wird, die bei Resonanzen bei 150% der Nennlast am Lasthaken auftreten, während der mittlere Satz 74 so eingestellt ist, daß Energie primär bei solchen Resonanzfrequenzen vernichtet wird, wenn die Hakenlast etwa der Nennlast des Hebewerkes entspricht. Zwischen den gegensinnig ausgerichteten Federtellern des Satzes 72 ist eine Abstandsscheibe 92 eingesetzt, während eine Abstandsscheibe 94 zwischen die Federteller des Satzes 74 eingelegt ist, um eine schädliche vollständige DurchdrUckung der Federteller bei Überlastung des jeweiligen Satzes zu vermeiden.

Die Tellerfedern jedes Satzes ergeben eine Federkonstante, die durch die Anzahl der Federteller jedes Satzes bestimmt ist, wobei der Dämpfungsfaktor durch die Relativreibung der Federteller

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gegeneinander erzielt wird, so daß durch diese Reibungserscheinungen Energie in Wärme umgewandelt und so vernichtet wird.

Wie vorstehend erläutert ist, sind die verschiedenen Federsät— ze auf verschiedene Belastungsbedingungen und Resonanzen unter solchen Belastungsbedingungen eingestellt. Wie sich aus Fig. ergibt, welche die Resonanzantwort bei einer Last von 0,5 t veranschaulicht, kann die Zugkraftänderung Δ Ρ bei Resonanzbedingungen ziemlich groß werden, wie dies auch aus Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, welche Schwellwertspitzen im Bereich von +_ 50% der Last veranschaulichen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll mit der Einstellung der Federsätze erzielt werden, daß eine Änderung der spannungserzeugenden Kraft von nicht mehr als +10% der Last auftritt, wobei der Federwiderstand jedes Federsatzes wenigstens etwa 1/2 des Federwiderstandes des Belastungsabschnittes der Kette unter Resonanz— bedingungen sein sollte, jedoch nicht mehr als das Dreifache der Federkonstante der Kette. Darüberhinaus sollte, als Faustregel, der Wert von T, nicht geringer sein als ungefähr 0,006 Sekunden. Allgemein gesprochen sollte die Federkonstante eines eingestellten Federsatzes weich genug sein, um eine kontrollierte Amplitude der Relativbewegung"in der Sicherungseinrichtung zuzulassen, welche über dem Dämpfungsfaktor eine solche Energievernichtung ermöglicht, daß der Spitzenschwellwert ^P nicht mehr als +10% der Last beträgt.

Wie bereits erläutert ist, ist eine Mehrzahl von Federsätzen in Reihenschaltung wünschenswert, um eine ausgezeichnete Energieumwandlung und Energievernichtung über einen weiten Bereich von Lasten und Resonanzeigenschaften zu erzielen. Dabei ist jedoch zu beachten, daß keine Einstellung für Belastungen von weniger als 50% der Nennlast im Regelfall je erforderlich sein dürften, da bei solchen geringen Lasten selbst ausgeprägte Resonanzen nicht bis in den Bereich der Dauerfestigkeit der Kette

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oder anderer Bauteile kommen. Insoweit liegt selbstverständlich die größte Gefahr bei Resonanzen mit voller Last oder Überlast, so daß konstruktiv in jedem Falle eine Federeinstellung zur Beseitigung von Resonanzschwingungen bei Überlast von beispielsweise 150% der Nennlast vorgesehen sein sollten, wenn zu befürchten ist, daß das Hebewerk entgegen der Vorschrift in diesem Umfange überlastet werden könnte.

In Fig. 3 ist eine abgewandete Ausführungsform eines Hebewerkes 100 veranschaulicht, welches im Vergleich zum Hebewerk gemäß Fig. 2 für höhere Nennlasten dienen kann. In diesem Falle ist ein Kettenrad 102 wiederum mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Antrieb wie einen Elektromotor angetrieben, jedoch ist die Kette bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 zweifach umgelenkt und läuft über ein Kettenrad in einem Kettenblock 104 des Lasthakens 32 und ist mit ihrem hakenseitigen Ende am Gehäuse 106 mittels eines Ankerbolzens 108 befestigt. Bei einer solchen Anordnung kann die Sicherungseinrichtung mit Vorteil im Bereich des Befestigungsendes der Kette vorgesehen werden, wie dies aus Fig. 3 ohne weiteres ersichtlich ist, anstelle einer Anordnung der Sicherungseinrichtung im Bereich des Hakens 32, da die volle Erregeramplitude im Bereich dieser Befestigung auftritt und im Bereich des Kettenblockes 104 nur die Halbamplitude der Resonanzschwingungen wirksam wird. Entsprechend könnte die Sicherungseinrichtung bei einer Ausführungsform gemäß den Fig. 2 oder 3 auch zwischen dem Anhängehaken 60 und dem Hebewerk vorgesehen werden, da grundsätzlich nur erforderlich ist, daß die Sicherungseinrichtung im Lastsystem in Reihe eingeschaltet ist, um so die Energie zu vernichten, die sonst exzessive Bewegungen und Spannungen bei Resonanzen erzeugen würde.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Sicherungs— einrichtung dargestellt und diese besteht aus einem inneren Satz von Federringen 110 und einem äußeren Satz von Federrin-

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gen 112, die zwischen oberen und unteren Krafteinleitungsplat— ten 114 und 116 angeordnet sind. Die Innenflächen sämtlicher äußeren Federringe 112 sind in der veranschaulichten Weise keilförmig ausgeführt, während die inneren Federringe an ihrer Außenfläche entsprechend doppelkeilförmig ausgeführt sind, mit Ausnahme des obersten und untersten Elementes, das nur als Halbelement ausgeführt ist; die Einzelheiten dieses Aufbaues ergeben sich ohne weiteres aus Fig. 5, so daß sich weitere Erläuterungen hierzu erübrigen. Wenn durch Belastung die Platten 115 und 116 zusammengedrückt werden, so werden die äußeren Federringe 112 gedehnt, während die inneren Federringe 112 komprimiert verden und sich so die gewünschte Federkonstante ergibt, wobei durch die relative Gleitbewegung zwischen den Federringen die Dämpfung bzw. Energievernichtung erfolgt.

Selbstverständlich kann bei jeder Ausführungsform der Sicherungseinrichtung im einzelnen der Reibungskoeffizient, der zur Energievernichtung dient, so eingestellt werden, daß sich ein ruckfreier Betrieb ergibt. So können beispielsweise die einzelnen Federsitze gemäß Fig. 4 mit einem Schmiermittel versehen werden, um die Haftreibung bei Belastung zu vermindern und um Dämpfungs— kräfte zu erzeugen, die der relativen Gleitgeschwindigkeit der Dämpfungselemente proportional sind; weiterhin kann Reibstoff zwischen die einzelnen Federteller eingelegt werden, können die einzelnen Federteller mit einem gewünschten Reibstoff überzogen werden, usw.

Im Rahmen der vorstehenden Beschreibung ist als Dimension der Federkonstante das Verhältnis von Kraft und Weg, als Dimension des Dämpfungsfaktors das Verhältnis von Kraft zu Weg und Zeit und als Federwiderstand, der auch als Federnachgiebigkeit bezeichnet werden könnte, der Kehrwert der Federkonstante zu verstehen.

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Claims

PATENTANWÄLTE Or. rer. net DIETER LOUIS DipL-Phy*. CLAUS KJHLAV

DlpL-h* FRANZ LOHRENTZ <> 7 A 1 O A

• 500 NORNBERg *^HUHI

KESSLCSPLATZ 1

Columbus McKinnon Corporation, 17 993/4 60/ko

Tonawanda, New York/USA

Patent- (Schutz)- Ansprüche

Hebezeug mit einem Hebewerk, einer Aufhängeeinrichtung für das Hebewerk, einer am Hebewerk angreifenden Kette, und einer Einrichtung zur Befestigung einer Last an der Kette, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebewerk einen an der Kette angreifenden Kettenstern aufweist, der motorisch angetrieben ist und unter Verkürzung des belasteten Kettenabschnittes ein Anheben und Absenken der Last herbeiführt, wobei der Antrieb der Kette durch das Kettenrad infolge des sogenannten Polygoneffektes eine vertikale Schwingbewegung erzeugt, die der konstanten Vertikalbewegung der Kette überlagert ist, wobei die Veränderung der Länge des belasteten Kettenabschnittes zu einer dauernden kontinuierlichen Änderung der Eigenfrequenz des durch das Hebewerk gegebenen Schwingsystemes führt und die Schwingerregung eine Resonanz im Hebezeug erzeugt, wenn die Eigenfrequenz mit der Grundschwingung oder einer wesentlichen Oberschwingung der Anregung zusammenfällt, so daß übermäßige Kraft- und Bewegungsausschlage im System auftreten, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinrichtung (34) im Schwingsystem zur Erzeugung einer kontrollierten Amplitude der Relativbewegung innerhalb der Sicherungseinrichtung bei Erregung durch die Schwingbewegung und zur Erzeugung einer der kontrollierten Amplitude zugeordneten Dämpfungskraft zur wesentlichen Verminderung übermäßiger Bewegungs- und Kraftausschläge.
2. Hebezeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung (34) wenigstens einen Satz (72 bzv. bzw. 76) von Tellerfedern aufweist.

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3. Hebezeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federteller des Satzes (72 bzw. 74 bzw. 76) in gegensinnigen Einbaulagen vorgesehen sind.
4. Hebezeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Federteller zur Erzeugung einer Federnachgiebigkeit von wenigstens i/2 der Federnachgiebigkeit der Kette (26) bei Resonanz gewählt ist, und daß die Federteller einen Dämpfungsfaktor (C_b) ergeben, der bei Division durch den Wert der Federkonstante (Kv₁) der Federteller wenigstens den Wert von 0,006 Sekunden ergibt.
5. Hebezeug mit einem Kettenstern, einem Antrieb für den Kettenstern in konstanter Geschwindigkeit, und einer über dem Kettenstern gelegten Kette zur Aufhängung einer Last, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit der die Last (30) tragenden Kette (26) zusammenarbeitende Sicherungseinrichtung (34), welche eine solche Energie vernichtet oder abführt, daß jede Schwingamplitude der Last unterhalb desjenigen Wertes bleibt, bei dem die Dauerfestigkeit der Kette und der sonstigen Bauteile des Hebewerkes überschritten würde.
6. Hebezeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung (34) die Schwingamplitude unterhalb desjenigen Wertes hält, der in die Kette (26) oberhalb von etwa 110?£ der Last (30) liegende Kräfte einleiten würde,
7. Hebezeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung (34) wenigstens eine Feder (72 bzw. bzw. 76; 110, 112) mit einer Federnachgiebigkeit von wenigstens 1/2 der Federnachgiebigkeit der Kette (26) bei Resonanz aufweist und einen inneren Dämpfungsfaktor (C^) besitzt, der bei Division durch die Federkonstante (K_fe) der Feder wenigstens 0,006 Sekunden ergibt.

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8. Hebezeug mit einem Kettenstern, einem Antriebsmotor zum Antrieb des Kettensternes mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit, und einer über dem Kettenstern geführten Kette zur Aufhängung einer Last, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, mit der die Last (30) tragenden Kette (26) zusammenar- beitende Federsätze (72, 74 bzw. 74, 76) vorgesehen sind, wobei einer der Federsätze hinsichtlich Federkonstante und Dämpfungsfaktor so eingestellt ist, daß wenigstens ein wesentlicher Teil der bei Resonanz für einen Wert der angreifenden Last (30) auftretenden Energie vernichtet oder abgeführt wird, während der andere Federsatz hinsichtlich Federkonstante und Dämpfungsfaktor so eingestellt ist, daß er wenigstens einen wesentlichen Teil der bei Resonanz für einen anderen Wert der anhängenden Last auftretenden Energie vernichtet oder abführt.
9. Hebezeug mit einem Kettenstern, einer über dem Kettenstern gelegten Kette zur Aufhängung einer Last, und mit einem Antrieb zur Drehung des Kettensternes mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit zur Herbeiführung einer vertikalen Bewegung der Last, wobei das Schwingsystem im Bewegungsbereich der Last durch eine oder mehrere Resonanzen läuft, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinrichtung (34), welche auf die Resonanzen zur Vernichtung oder Abführung eines wesentlichen Teiles der Resonanzenergie eingestellt ist.
10. Hebezeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung (34) wenigstens einen Federsatz (72 bzw. 74 bzw. 76; 110, 112) mit vorbestimmter Federkonstante und parallel wirksamer Dämpfung aufweist.
11. Hebezeug mit einem Hebewerk, einer Einrichtung zur Abstützung einer Last, einer an dem Hebewerk angreifenden Kette, einer Einrichtung zur Befestigung der Kette an einer Last, wobei das Hebewerk einen Kettenstern zum Antrieb der Kette aufweist, und

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mit einem Antrieb für den Kettenstern, wobei beim Anheben und Absenken die Kette ungleichförmig über den Kettenstern läuft und eine die Vertikalbewegung der Last überlagernde Schwingbewegung erzeugt, welche zu einer Resonanz im System des Hebezeuges führt, wenn die belastete Länge der Kette in den Bereich eines Wertes gelangt, der eine Eigenfrequenz des Systems ergibt, die der Grundschwingung oder einer wesentlichen Oberschwingung der Schwingbewegung zugeordnet ist, so daß sich wesentliche Schwingungen des Systems hinsichtlich Bewegung und Spannungen ergeben, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinrichtung (34) im System zur Erzeugung einer kontrollierten Amplitude der Relativbewegung in der Sicherungseinrichtung (34) und zur Erzeugung einer der kontrollierten Amplitude zugeordneten Dämpfungskraft, welche die Schwingbewegung und die Schwingspannungen bzw. Schwingkräfte wesentlich vermindert.
12. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung (34) wenigstens eine Federscheibe (84, 86) und eine Reibungsoberfläche aufweist, gegen welche die Federscheibe bei Verformung durch wechselnde Kraftbeaufschlagung reibt.
13. Hebezeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Federnachgiebigkeit der Sicherungseinrichtung (34) im Bereich des 1/2-fachen bis zum 3-fachen der Federnachgiebigkeit des Belastungsabschnittes der Kette (26) bei Resonanz des Systemes liegt.

14· Hebewerk mit einem Kettenstern, einem Antriebsmotor zur Drehung des Kettensternes mit im wesentlichen konstanter Winkelgeschwindigkeit, und mit einer über dem Kettenstern zur Aufhängung der Last geführten Kette, gekennzeichnet durch venigstens zwei Federanordnungen (72 bzw. 74 bzw. 76), die in Reihe angeordnet und durch die an der Kette (26) hängende Last (30) belastet sind, wobei eine der Federanordnungen eine Federkonstante und

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einen Dämpfungsfaktor aufweist, die wenigstens einen wesentlichen Teil der bei Resonanz für einen Wert der angehängten Last auftretenden Energie vernichten bzw. abführen, während die andere Federanordnung eine Federkonstante und einen Dämpfungsfaktor aufweist, die wenigstens einen wesentlichen Teil der Energie bei Resonanz für einen anderen Wert der angehängten Last vernichten bzw. abführen.

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