EP0638510A1 - Arrangement for damping actively the oscillations of/and positioning suspended loads - Google Patents
Arrangement for damping actively the oscillations of/and positioning suspended loads Download PDFInfo
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- EP0638510A1 EP0638510A1 EP94112079A EP94112079A EP0638510A1 EP 0638510 A1 EP0638510 A1 EP 0638510A1 EP 94112079 A EP94112079 A EP 94112079A EP 94112079 A EP94112079 A EP 94112079A EP 0638510 A1 EP0638510 A1 EP 0638510A1
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- guide
- load
- damping
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/04—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
- B66C13/06—Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
Definitions
- the invention relates to a positioning and damping device for damping the pendulum movement of pendulum suspended loads during movement of the suspension point according to the preamble of the main claim.
- a device for preventing vibratory movements of a mounting part for a load, which is suspended from a crane by means of hoisting ropes is known.
- cable drums are running out Guide ropes provided.
- the rope drums have winding springs and friction brakes.
- the springs ensure that the guide cables are wound up when lifting, the friction brakes increase the cable force in the cable, which becomes longer during a pendulum process.
- the friction brakes are rendered ineffective by freewheels. Due to the diagonally positioned rope drums, damping in both pendulum vibration levels is achieved with four ropes.
- a disadvantage of the design is that the friction brakes do not allow any change in the force in the guide rope. The result is permanent pendulum deflections.
- a missing bearing in the hoist detects the weight load due to the attached load.
- the spring travel is converted into an increase in the pressing force of a friction clutch on the traction motor, so that the acceleration of the crane is automatically reduced at low loads.
- AS 12 07 578 describes a switching angle-dependent switching on and off of drive motors.
- the pendulum deflection is recorded with the aid of a pendulum angle measuring device and the traction motor is switched off at a certain moment while the brake is still ventilated. If the load is exactly perpendicular under the trolley during its subsequent vibration in the direction of travel, the drive motor is switched on again. This is said to be during the Ride a calm commute arise.
- the object of the present invention is to provide a device for damping the oscillation of loads suspended in an oscillating manner during movements of the suspension point, which the above-mentioned. Avoids disadvantages of the known solutions. In addition, the device should allow fine positioning of the load.
- the guide rope drums are located on a frame suspended from the crane or crane trolley. They are permanently loaded with a tensile force that always acts against the oscillation of the load and is regulated by a drive unit, the output force or torque of which is independent of the guide rope drum speed.
- the size of the maximum guide rope force or the tensile force loading the guide rope depends on the geometric conditions on the crane, such as: distance of the force generators and lifting height, the acceleration behavior of the crane drives and the mechanical load capacity of the trolley and can therefore be individually determined for each crane.
- the device acts in such a way that on the drive unit from which the load moves away, the tractive force is increased in a precisely defined manner. In the simplest case, the maximum tractive force is set during this movement phase.
- Improvements are achieved by taking into account several movement variables such as pendulum angle, pendulum speed and acceleration as well as a jerk-minimized force curve.
- pendulum angle By increasing the tensile force in one of the two guide ropes belonging to a vibration level, a force is transmitted to the oscillating load via the guide ropes, which counteracts the oscillation and thereby dampens it.
- the size of the pulling force in addition to the current rope length of the suspension ropes and the horizontal distance between the drive units on the pedestal under the cat, has a decisive influence on the size of the damping.
- With a large guide rope force there is a smaller maximum pendulum angle than with a small guide rope force. Accordingly, after a crane or trolley acceleration with a high pulling force in the guide ropes, there are fewer pendulum deflections until the pendulum is completely relaxed than with a small guide rope force.
- At least two guide ropes are required for each of the two levels of pendulum vibration (e.g. trolley and bridge travel direction). Even slight tolerance deviations when fastening the guide ropes, but also eccentric loads would cause torsional vibrations of the load. It is particularly advantageous if a total of four guide ropes run from the platform under the trolley to the load handler in one of the two pendulum vibration levels. This effectively prevents the load from rotating due to the above-mentioned forces. In addition, the reaction moment of a slewing gear arranged in the travery can be supported by different forces in the guide ropes of a common rope drum.
- a two-strand cable drive with a total of four cables resting on two drums can also be used to stabilize the rotational position for the other pendulum vibration level. With the same control forces, this corresponds to a doubling of the permissible external torque.
- a particular advantage of the invention is that this optimally adjusted setting can be used both to prevent the rotation of the load and to dampen the vibration of the load or to fine-position the load with respect to a transfer position even during the operation of the crane.
- the specifications therefore do not have to be made at the start of the movement, they can be adjusted as required during the operation of the crane. For example, only the minimum control force in the two double-stranded guide rope drives is increased during the turning operations during the actual rotation.
- an angle encoder is attached to measure the length of the guide rope.
- the pendulum angle of the load relative to the vertical can be determined by comparing the angles of rotation of two drums, the guide cables of which lie in a vibration plane. If these angles of rotation are constantly the same, the load hangs underneath the hoist without swinging. This applies regardless of whether the hoist is at rest or switched on. With the help of both rope lengths, the current lifting height can also be calculated. If the angles of rotation of the guide rope drums of a vibration level are not the same, then lies a pendulum deflection before and the tensile force in the guide ropes is set appropriately.
- the tensile force it is possible to set it to a calculable value and to keep it constant during a half-vibration. In this way, the load remains exactly perpendicular under the trolley if, when this position is reached, the pulling force is immediately reduced to the minimum value that is set in the other guide rope.
- the tensile forces required for this type of control in the guide ropes are always calculated with the current values for the parameters influencing the vibration. These parameters are essentially the length of the suspension cables, the pendulum angle at the beginning of the half-vibration and the bracing angle of the guide cables. In this case it is necessary that the actual pulling force corresponds very precisely with the calculated target value.
- the device according to the invention can be used in addition to the pendulum damping also for fine positioning of the load-carrying means relative to a fixed transfer position, such as a machine or a transfer place.
- the control of the Lead rope forces performed depending on the path difference between the target and actual position of the load handler.
- the path difference is detected, for example, by an encoder on the load suspension device, an encoder on the transfer station or by an image sensor system.
- the relevant guide ropes are then shortened or lengthened in such a way that the actual position comes as close to the target value as the resolution of the measuring systems used (displacement or rotary encoder) allow.
- the crane's trolley or bridge drives are therefore not used for fine positioning.
- the distance between the drive units for the guide cables should be large. As a result, short damping times and high positioning accuracy can be achieved with small control forces. It is envisaged that if there is insufficient space directly under the crane trolley, the support frame with the guide rope drums should be arranged below the bridge girders. It is particularly advantageous if the distance between the two guide rope drums can be adjusted to one another. It is then possible to avoid a reduction in approach dimension.
- the pendulum damping is not adversely affected by the one-sided retraction of the adjustment frame, that when approaching an edge of the hall predominantly lies the one behind in the direction of travel Guide rope is required for damping and the rope drum is in the rearmost position.
- the asymmetrical operating position of the frame is sketched in Fig. 1.
- the guide rope drums of the other vibration level can also be arranged on adjustment frames in order to be able to adapt their bracing angle to the requirements.
- Another concept variant is not to generate the horizontal forces required for the pendulum damping by means of additional guide ropes, but to deflect the lifting ropes directly at the level of the substructure. This can be done using linear drives of any type.
- the power transmission can e.g. by means of rollers in order to decouple the vertical movements of the cable drive from the horizontal force transmission to the pendulum damping when the hoist is switched on.
- the horizontal distance between two rollers corresponds to the diameter of the suspension cable, so that the displacement path of the rollers corresponds to an equally large displacement path of the suspension cable.
- the structure of the pendulum angle from the rest position corresponds to a movement of the corresponding displacement plate, the drive of which then builds up a force which counteracts this displacement.
- the direct detection of the pendulum angle is not necessary since the sliding plates, which support the roller arrangement, are equipped with a measuring device for the linear sliding path.
- this variant does not require any design changes or additions to the load suspension device or to a crossbar.
- the end position of the rollers is fixed by the construction dimensions of the hoist and the trolley. There is only a small travel distance.
- the travel range must be correspondingly larger.
- the size of the attached load can be calculated directly.
- a particular advantage of the device according to the invention is the possibility of active fine positioning of the load suspension device, which is decoupled from the crane or the trolley, or also a stable load suspension of eccentric loads within defined limits without any horizontal movement due to rope elasticities.
- the damping and positioning device has a movable crane trolley 1, connection carrier 2, a support frame 3 and adjustment frame 4a, b.
- the supporting frame 3 is attached to the supporting structure of the crane trolley 1 which can be moved on the crane bridge 9 by means of the connecting supports 2.
- the two linearly displaceable adjustment frames 4a, b are attached to the frame 3.
- the adjustment frame 4a is shown retracted, while the adjustment frame 4b is shown in the extended position.
- Each of these adjustment frames 4a, b carries two guide rope drums 5, which are mechanically coupled by a shaft 8.
- the control cables 6, which each run in pairs and in parallel from coupled cable drums 5, are guided to a cross member 7 and articulated there.
- control cables 6a-6d With the help of the control cables 6a-6d, the oscillation or fine positioning of the crossbeam 7 with the attached load is influenced in the direction of bridge travel, the control cables 6e-6h are used to influence the Pendulum or fine positioning in the direction of trolley travel.
- the drive motors of the cable drums 5 are not shown for simplification.
- FIGS. 2a-2c illustrate the spatial arrangement of the guide ropes 6.
- the choice of different cable distances and the arrangement of the articulation points 10 on the cross member 7 ensure that the guide ropes 6 do not touch one another.
- the frame 15 is suspended from a crane trolley 11, which drives on a trolley rail 12 of the crane bridge 13, by means of the connecting supports 14.
- the lifting cable 16 runs from a lifting cable drum 17 through the center of the frame 15.
- a lower displacement plate 18 supported in linear guides 17 is supported on the frame 15.
- the lower displacement drive 20 is used for their linear adjustment.
- On the lower sliding plate 19, an upper sliding plate 21 is also rotated by 90 ° and is mounted in linear guides 18.
- the upper displacement drive 22 is used to displace them.
- Shift rollers 23 and 24 serve to actively displace the suspension cable. They are set so that their horizontal distance corresponds to the cable diameter.
- a displacement of one or both displacement plates 19, 21 thus causes a horizontal displacement of the suspension cable in one or both directions.
- the design size of the respective adjustment path depends on the specific application. In one of the two directions, however, the adjustment path is fundamentally larger, since the hook migration must be compensated for by the cable drum due to the change in the run-off point of the suspension cable.
- Fig. 5 the operation of the positioning and damping device in the variant of the suspension cable displacement is shown in more detail.
- the pendulum angle is denoted by ⁇
- the pendulum angular velocity is denoted by ⁇ '.
- a horizontal force is preferably applied to the supporting rope via a roller arrangement constructed according to FIG. 3, 4 below the trolley or the lifting mechanism.
- the size of the force depends on the current size, direction and rate of change of the pendulum angle or the position deviation of the load at the target point.
- the pendulum movement of the load is dampened, or any positional deviation of the load remaining after the crane or trolley travel has been compensated.
- the adjustment path can be increased in one of the two vibration directions in order to allow the rope to move on the lifting drum without influencing the pendulum damping.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Positionier- und Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der Pendelbewegung von pendelnd aufgehängten Lasten bei Verfahrbewegungen des Aufhängepunktes gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a positioning and damping device for damping the pendulum movement of pendulum suspended loads during movement of the suspension point according to the preamble of the main claim.
Aus der AS 12 37 283 ist eine Vorrichtung zur Verhinderung von Schwingungsbewegungen eines Halterungsteiles für eine Last, das mittels Hubseilen an einem Kran aufgehängt ist, bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind neben den Tragseilen von Seiltrommeln ablaufende Führungsseile vorgesehen. Die Seiltrommeln weisen Aufwickelfedern und Reibbremsen auf. Die Federn gewährleisten das Aufwickeln der Führungsseile beim Heben, die Reibbremsen erhöhen die Seilkraft im jeweils während eines Pendelvorganges länger werdenden Seil. Die Reibbremsen werden bei kürzer werdendem Seil durch Freiläufe wirkungslos gemacht. Durch die schräg angestellten Seiltrommeln wird mit vier Seilen eine Dämpfung in beiden Pendelschwingungsebenen erreicht. Nachteilig bei der Konstruktion ist, daß die Reibbremsen keine Veränderung der Kraft im Führungsseil erlauben. Die Folge sind bleibende Pendelauslenkungen.From AS 12 37 283 a device for preventing vibratory movements of a mounting part for a load, which is suspended from a crane by means of hoisting ropes, is known. In this device, in addition to the supporting cables, cable drums are running out Guide ropes provided. The rope drums have winding springs and friction brakes. The springs ensure that the guide cables are wound up when lifting, the friction brakes increase the cable force in the cable, which becomes longer during a pendulum process. When the rope gets shorter, the friction brakes are rendered ineffective by freewheels. Due to the diagonally positioned rope drums, damping in both pendulum vibration levels is achieved with four ropes. A disadvantage of the design is that the friction brakes do not allow any change in the force in the guide rope. The result is permanent pendulum deflections.
Daneben ist aus der DE OS 15 06 534 ein System bestehend aus Schräg verspannten zusätzlichen Führungsseilen bekannt. Dabei laufen jeweils zwei Seile von Trommeln mit gemeinsamer Achse ab. Die Wellen dieser Trommeln sind über ein Differentialgetriebe und Freiläufe miteinander verbunden. Bei pendelnder Last wird mit Hilfe einer Bandbremse am Steg des Umlaufgetriebes die Pendelwirkung gedämpft. Der Steg wird genau dann aus der Ruhe gebracht, wenn die beiden anderen Wellen aufgrund der pendelbewegung ungleiche Drehzahlen aufweisen. Bei dieser Lösung ist es nachteilig, daß aufgrund der drehrichtungsabhängigen Einwegkupplungen die Dämpfungskraft über die Bremse nur bei länger werdendem Führungsseil erzeugt werden kann. Während der Hubbewegungen ist die Pendeldämpfung also eingeschränkt.In addition, a system consisting of obliquely braced additional guide ropes is known from DE OS 15 06 534. Two ropes each run from drums with a common axis. The shafts of these drums are connected to each other via a differential gear and freewheels. When the load is oscillating, the pendulum effect is dampened with the help of a band brake on the web of the planetary gear. The bridge is then brought out of motion when the other two shafts have uneven speeds due to the pendulum motion. In this solution, it is disadvantageous that, due to the one-way clutches which are dependent on the direction of rotation, the damping force can only be generated via the brake when the guide rope becomes longer. The pendulum damping is therefore limited during the lifting movements.
Es sind weitere Vorrichtungen bekannt, die das Pendeln einer an einem Kran aufgehängten Last vermeiden. Bei diesen Vorrichtungen handelt es sich meistens um feste Seilverspannungen. Diese zeichnen sich jedoch durch einen erheblichen mechanischen Aufwand aus. Sie besitzen zudem meist die Eigenart, daß ein Teil der Seile bei Erreichen bestimmter Horizontalbeschleunigungen schlaff wird. Dadurch ist die Dynamik beim Anfahren und Bremsen stark eingeschränkt. Gegenüber Windeinflüssen sind diese Seilverspannungen grundsätzlich im Rahmen der durch die Elastizität der Seile vorgegebenen Grenzen resistent. Derartige, mit festen Seilverspannungen arbeitende Einrichtungen sind z.B. aus der DE OS 19 25 849, der DE PS 55 82 63 oder der DE PS 29 17 588 bekannt.Other devices are known which avoid the swinging of a load suspended on a crane. These devices are mostly fixed rope tensions. However, these are characterized by considerable mechanical effort. They also usually have the peculiarity that some of the ropes become slack when certain horizontal accelerations are reached. This severely limits the dynamics when starting and braking. These rope tensions are generally resistant to the effects of wind within the limits set by the elasticity of the ropes. Such devices with fixed rope tension are known, for example, from DE OS 19 25 849, DE PS 55 82 63 or DE PS 29 17 588.
Weitere mechanische Lösungen zur Dämpfung der Pendelbewegung einer an einem Kran aufgehängten Last sind z.B. aus der AS 12 73 155 oder der AS 11 184 053 und der AS 12 07 578 bekannt. Die erstgenannte Schrift beschreibt die Möglichkeit der Pendelkompensation durch ein pendelwinkelabhängiges Ein- und Ausschalten eines Fahrantriebes. Durch das mit der Last pendelnde Tragseil werden Schalter betätigt, die den Fahrmotor ein- bzw. ausschalten. Beim Anfahren wird dadurch bei zu hoher Auslenkung der zunächst zurückbleibenden Last der Motor kurzzeitig ausgeschaltet oder sein Antriebsmoment reduziert. Beim Bremsen bewirkt die vorschwingende Last ein erneutes Einschalten des Fahrmotors. Die AS 1 184 053 beschreibt ein System, bei dem lediglich der maximale Pendelwinkel reduziert wird. In dem dort beschriebenen System wird durch ein fehlendes Lager im Hubwerk die Gewichtsbelastung durch die anhängende Last erfaßt. Der Federweg wird umgeformt in eine Erhöhung der Andrückkraft einer Reibungskupplung am Fahrmotor, so daß bei geringen Lasten selbsttätig die Beschleunigung des Kranes herabgesetzt wird. Die letztgenannte Schrift, die AS 12 07 578, beschreibt ein pendelwinkelabhängiges Ein- und Ausschalten von Antriebsmotoren. Beim Anfahren wird der Pendelausschlag mit Hilfe einer Pendelwinkelmeßeinrichtung erfaßt und der Fahrmotor in einem bestimmten Moment ausgeschaltet, währen die Bremse weiter belüftet wird. Befindet sich die Last bei ihrer anschließenden Schwingung in Fahrtrichtung genau lotrecht unter der Katze, wird der Fahrmotor wieder eingeschaltet. Dadurch soll während der Fahrt ein beruhigtes Pendeln entstehen.Further mechanical solutions for damping the pendulum movement of a load suspended from a crane are known, for example, from
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Dämpfung der Pendelung von pendelnd aufgehängten Lasten bei Verfahrbewegungen des Aufhängepunktes anzugeben, die die o.g. Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet. Darüberhinaus soll die Einrichtung eine Feinpositionierung der Last erlauben.The object of the present invention is to provide a device for damping the oscillation of loads suspended in an oscillating manner during movements of the suspension point, which the above-mentioned. Avoids disadvantages of the known solutions. In addition, the device should allow fine positioning of the load.
Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is achieved by the features specified in the main claim. The subclaims represent advantageous developments.
Der Grundgedanke der Erfindung beruht darauf, daß bei Beschleunigungsvorgängen z.B. eines Krans oder einer Hängebahn das Pendeln der Last grundsätzlich zugelassen wird- und durch zusätzlich an diesen ,( im folgenden werden die Vorgänge anhand eines Kranes beschrieben),z.B.einem Kran bzw.einer Katze ,angebrachte Führungsorgane gedämpft und die Last unabhängig von der genauen Position des Aufhängepunktes relativ zur Übergabeposition genau positioniert wird. Die Einrichtung weist mindestens zwei für jede Pendelschwingungsebene vorgesehene Führungsseile, die jeweils von einer Seiltrommel ablaufen und entweder am Kranhaken oder an einem angebauten Lastaufnahmemittel befestigt sind, auf.The basic idea of the invention is based on the fact that e.g. a crane or a monorail is generally permitted to swing the load - and by means of additional guiding elements attached to it (in the following the processes are described using a crane), e.g. a crane or a cat, the load is damped and the load is independent of the exact position of the suspension point is positioned exactly relative to the transfer position. The device has at least two guide cables provided for each pendulum vibration level, each of which runs from a cable drum and is attached either to the crane hook or to an attached load suspension device.
Die Führungsseiltrommeln befinden sich an einem am Kran bzw. an der Krankatze abgehängten Gestell. Sie sind permanent mit einer Zugkraft belastet, die stets gegen die Pendelung der Last wirkt und über ein Antriebsaggregat, dessen Abtriebskraft bzw. -moment unabhängig von der Führungsseiltrommeldrehzahl ist, geregelt ist. Die Größe der maximalen Führungsseilkraft bzw. der die Führungsseile belastenden Zugkraft hängt von den geometrischen Verhältnissen am Kran ab, wie: Abstand der Krafterzeuger und Hubhöhe, dem Beschleunigungsverhalten der Kranantriebe sowie der mechanischen Belastbarkeit der Katze und kann somit für jeden Kran individuell festgelegt werden. Die Einrichtung wirkt derart, daß an dem Antriebsaggregat, von dem sich die Last wegbewegt, die Zugkraft in genau definierter Weise vergrößert wird. Im einfachsten Fall wird während dieser Bewegungsphase die maximale Zugkraft eingestellt. Verbesserungen werden durch die Berücksichtigung mehrerer Bewegungsgrößen wie Pendelwinkel, Pendelgeschwindigkeit und -beschleunigung sowie durch einen ruckminimierten Kraftverlauf erreicht. Durch die Erhöhung der Zugkraft in einem der beiden zu einer Schwingungsebene gehörenden Führungsseile wird eine Kraft auf die pendelnde Last über die Führungsseile übertragen, die der Pendelung entgegenwirkt und diese dadurch dämpft. Die Größe der Zugkraft hat neben der momentanen Seillänge der Tragseile und dem horizontalen Abstand der Antriebsaggregate auf dem Podest unter der Katze einen entscheidenden Einfluß auf die Größe der Dämpfung. Bei einer großen Führungsseilkraft tritt ein geringerer maximaler Pendelwinkel als bei einer kleinen Führungsseilkraft auf. Dementsprechend gibt es nach einer Kran- bzw. Katzbeschleunigung bei einer hohen Zugkraft in den Führungsseilen weniger Pendelausschläge bis zur vollständigen Pendelberuhigung als bei einer kleinen Führungsseilkraft.The guide rope drums are located on a frame suspended from the crane or crane trolley. They are permanently loaded with a tensile force that always acts against the oscillation of the load and is regulated by a drive unit, the output force or torque of which is independent of the guide rope drum speed. The size of the maximum guide rope force or the tensile force loading the guide rope depends on the geometric conditions on the crane, such as: distance of the force generators and lifting height, the acceleration behavior of the crane drives and the mechanical load capacity of the trolley and can therefore be individually determined for each crane. The device acts in such a way that on the drive unit from which the load moves away, the tractive force is increased in a precisely defined manner. In the simplest case, the maximum tractive force is set during this movement phase. Improvements are achieved by taking into account several movement variables such as pendulum angle, pendulum speed and acceleration as well as a jerk-minimized force curve. By increasing the tensile force in one of the two guide ropes belonging to a vibration level, a force is transmitted to the oscillating load via the guide ropes, which counteracts the oscillation and thereby dampens it. The size of the pulling force, in addition to the current rope length of the suspension ropes and the horizontal distance between the drive units on the pedestal under the cat, has a decisive influence on the size of the damping. With a large guide rope force there is a smaller maximum pendulum angle than with a small guide rope force. Accordingly, after a crane or trolley acceleration with a high pulling force in the guide ropes, there are fewer pendulum deflections until the pendulum is completely relaxed than with a small guide rope force.
Für jede der beiden Pendelschwingungsebenen(z.B.Katz- und Brückenfahrtrichtung) sind mindestens zwei Führungsseile notwendig. Selbst geringe Toleranzabweichungen bei der Befestigung der Führungsseile, aber auch exzentrische Lasten würden Drehschwingungen der Last hervorrufen. Es ist von besonderem Vorteil, wenn in einer der beiden Pendelschwingungsebenen insgesamt vier Führungsseile vom Podest unter der Katze zum Lastaufnahmemittel laufen. Dadurch wird wirksam eine Drehung der Last aufgrund der oben erwähnten Kräfte verhindert. Außerdem kann das Reaktionsmoment eines in der Traverie angeordneten Drehwerks durch unterschiedliche Kräfte in den Führungsseilen einer gemeinsamen Seiltrommel abgestützt werden. Bei erhöhten Anforderungen an die Drehlagenstabilisierung kann für die andere Pendelschwingungsebene ebenfalls ein zweisträngiger Seiltrieb mit insgesamt vier auf zwei Trommeln aufliegenden Seilen verwendet werden. Dies entspricht bei gleichen Steuerkräften einer Verdoppelung des zulässigen äußeren Drehmomentes. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt hierbei darin, daß diese optimal angepaßte Einstellung sowohl zur Verhinderung der Drehung der Last als auch zur Dämpfung der Schwingung der Last bzw. zur Feinpositionierung der Last gegenüber einer Übergabeposition auch während des Betriebes des Kranes erfolgen kann. Die Vorgaben müssen also nicht zu Beginn der Bewegung erfolgen, sie können bedarfsgerecht während des Betriebes des Kranes eingestellt werden. Zum Beispiel wird bei den Drehvorgängen während der eigentlichen Drehung nur die minimale Steuerkraft in den beiden doppelsträngigen Führungsseiltrieben erhöht. Da Drehvorgänge oft in die Hubzeit bzw. in die Zeit der konstanten Fahrtgeschwindigkeit gelegt werden können, kann eine Verschlechterung der Pendeldämpfung dadurch vermieden werden. Grundsätzlich bleibt stets eine minimale Zugkraft eingestellt, so daß bei der Aufwärtsbewegung des Kranhubwerkes Schlaffseil in den Führungsseilen verhindert wird, die Führungsseile also aufgewickelt werden.At least two guide ropes are required for each of the two levels of pendulum vibration (e.g. trolley and bridge travel direction). Even slight tolerance deviations when fastening the guide ropes, but also eccentric loads would cause torsional vibrations of the load. It is particularly advantageous if a total of four guide ropes run from the platform under the trolley to the load handler in one of the two pendulum vibration levels. This effectively prevents the load from rotating due to the above-mentioned forces. In addition, the reaction moment of a slewing gear arranged in the travery can be supported by different forces in the guide ropes of a common rope drum. With increased demands on the A two-strand cable drive with a total of four cables resting on two drums can also be used to stabilize the rotational position for the other pendulum vibration level. With the same control forces, this corresponds to a doubling of the permissible external torque. A particular advantage of the invention is that this optimally adjusted setting can be used both to prevent the rotation of the load and to dampen the vibration of the load or to fine-position the load with respect to a transfer position even during the operation of the crane. The specifications therefore do not have to be made at the start of the movement, they can be adjusted as required during the operation of the crane. For example, only the minimum control force in the two double-stranded guide rope drives is increased during the turning operations during the actual rotation. Since turning processes can often be placed in the stroke time or in the time of constant travel speed, a worsening of the pendulum damping can be avoided. Basically, a minimum pulling force always remains set, so that slack rope is prevented in the guide ropes when the crane hoist moves upwards, ie the guide ropes are wound up.
In jeder der Führungsseiltrommeln ist zur Messung der Länge des Führungsseils z.B. ein Drehwinkelgeber angebracht. Durch den Vergleich der Drehwinkel zweier Trommeln, deren Führungsseile in einer Schwingungsebene liegen, läßt sich der Pendelwinkel der Last relativ zur Vertikalen erfassen. Sind diese Drehwinkel konstant gleich, so hängt die Last ohne Pendelung unter dem Hubwerk. Dies gilt unabhängig davon, ob das Hubwerk in Ruhestellung oder eingeschaltet ist. Mit Hilfe beider Seillängen kann auch die momentane Hubhöhe berechnet werden. Sind die Drehwinkel der Führungsseiltrommeln einer Schwingungsebene ungleich, so liegt eine Pendelauslenkung vor und die Zugkraft in den Führungsseilen wird geeignet eingestellt.In each of the guide rope drums, for example, an angle encoder is attached to measure the length of the guide rope. The pendulum angle of the load relative to the vertical can be determined by comparing the angles of rotation of two drums, the guide cables of which lie in a vibration plane. If these angles of rotation are constantly the same, the load hangs underneath the hoist without swinging. This applies regardless of whether the hoist is at rest or switched on. With the help of both rope lengths, the current lifting height can also be calculated. If the angles of rotation of the guide rope drums of a vibration level are not the same, then lies a pendulum deflection before and the tensile force in the guide ropes is set appropriately.
Zur Steuerung der Zugkraft ist es nach Anspruch 5 möglich, diese auf einen berechenbaren Wert einzustellen und sie während einer Halbschwingung konstant zu halten. Auf diese Art und Weise bleibt die Last genau lotrecht unter der Katze stehen, wenn beim Erreichen dieser Stellung die Zugkraft sofort auf den Minimalwert reduziert wird, der im anderen Führungsseil eingestellt ist. Die Berechnung der für diese Steuerungsart notwendigen Zugkräfte in den Führungsseilen erfolgt stets mit den momentanen Werten für die die Schwingung beeinflussenden Parameter. Diese Parameter sind im wesentlichen die Länge der Tragseile, der Pendelwinkel zu Beginn der Halbschwingung und der Verspannwinkel der Führungsseile. In diesem Fall ist es notwendig, daß die tatsächliche Zugkraft sehr genau mit dem errechneten Sollwert übereinstimmt.To control the tensile force, it is possible to set it to a calculable value and to keep it constant during a half-vibration. In this way, the load remains exactly perpendicular under the trolley if, when this position is reached, the pulling force is immediately reduced to the minimum value that is set in the other guide rope. The tensile forces required for this type of control in the guide ropes are always calculated with the current values for the parameters influencing the vibration. These parameters are essentially the length of the suspension cables, the pendulum angle at the beginning of the half-vibration and the bracing angle of the guide cables. In this case it is necessary that the actual pulling force corresponds very precisely with the calculated target value.
Nach Anspruch 6 ist es vorteilhaft, wenn auf die hohe Genauigkeit bei der Einstellung der Führungsseilkraft verzichtet wird. Dabei können außerdem zur Ruckminimierung relativ langsame Führungsseilkraftänderungen eingesetzt werden und, in Abhängigkeit von Pendelwinkel und Pendelgeschwindigkeit, die Seilkraft bis zum Erreichen der Sollposition der Last kontinuierlich nachgeregelt werden. Ungenauigkeiten in der Seilkrafteinstellung werden durch die Regelung selbst ausgeglichen und führen grundsätzlich nicht zu einer Restpendelung oder merkbarer Verlängerung der Dämpfungszeit.According to
Von besonderem Vorteil ist, daß die erfinderische Einrichtung außer zur Pendeldämpfung auch zur Feinpositionierung des Lastaufnahmemittels relativ zu einer raumfesten Übergabeposition, wie z.B. einer Maschine oder einem Übergabeplatz genutzt werden kann. Im Bereich des Zielortes wird die Steuerung der Führungsseilkräfte in Abhängigkeit von der Wegdifferenz zwischen der Soll- und Istposition des Lastaufnahmenmittels durchgeführt. Die Erfassung der Wegdifferenz erfolgt beispielsweise durch einen Geber am Lastaufnahmemittel, einen Geber am Übergabeplatz oder durch eine Bildsensorik. Der Abweichung vom Sollwert entsprechend werden dann die betreffenden Führungsseile so verkürzt bzw. verlängert, daß die Istposition dem Sollwert so nahe kommt, wie es die Auflösung der eingesetzten Meßsysteme (Weg- bzw. Drehgeber) erlauben. Die Katz- bzw. Brückenantriebe des Kranes werden daher zur Feinpositionierung nicht benutzt. Die Last hängt nach einem solchen Vorgang der absoluten Feinpositionierung nicht mehr vertikal zur Krankatze. Durch die unterschiedlichen Kräfte der aktivierten Führungsseile wird die Last im stabilen Gleichgewicht gehalten. Im Bereich des Zielortes wird die Steuerung durch ein durch einen Geber am Lastaufnahmemittel, einen Geber am Übergabeplatz oder durch eine Bildsensorik erzeugtes Signal über die Wegdifferenz zwischen Lastaufnahmemittel-Istposition und Lastaufnahmemittel-Sollposition durchgeführt.It is particularly advantageous that the device according to the invention can be used in addition to the pendulum damping also for fine positioning of the load-carrying means relative to a fixed transfer position, such as a machine or a transfer place. The control of the Lead rope forces performed depending on the path difference between the target and actual position of the load handler. The path difference is detected, for example, by an encoder on the load suspension device, an encoder on the transfer station or by an image sensor system. Corresponding to the deviation from the target value, the relevant guide ropes are then shortened or lengthened in such a way that the actual position comes as close to the target value as the resolution of the measuring systems used (displacement or rotary encoder) allow. The crane's trolley or bridge drives are therefore not used for fine positioning. After such a process of absolute fine positioning, the load no longer hangs vertically to the crane trolley. The different forces of the activated guide ropes keep the load in a stable balance. In the area of the destination, the control is carried out by a signal generated by an encoder on the load handler, a sensor at the transfer point or by an image sensor via the path difference between the actual position of the load handler and the target position of the load handler.
Um hohe Positioniergenauigkeit einerseits und hohe Dämpfung andererseits zu erreichen, sollte der Abstand zwischen den Antriebsaggregaten für die Führungsseile groß sein. Dadurch können bei kleinen Steuerkräften kurze Dämpfungszeiten und eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht werden. Es ist vorgesehen, daß, falls der Platz direkt unter der Krankatze nicht ausreicht, das Traggestell mit den Führungsseiltrommeln unterhalb der Brückenträger anzuordnen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Abstand der beiden Führungsseiltrommeln zueinander einstellbar ist. Somit ist es dann möglich, eine Anfahrmaßreduzierung zu vermeiden. Die Pendeldämpfung wird durch das einseitige Einfahren des Verstellrahmens nicht negativ beeinflußt, daß bei der Anfahrt an einen Hallenrand vorwiegend das in Fahrtrichtung hinten liegende Führungsseil zur Dämpfung benötigt wird und dessen Seiltrommel sich in hinterster Stellung befindet. Die asymmetrische Betriebsstellung des Gestells ist bei Fig. 1 skizziert.In order to achieve high positioning accuracy on the one hand and high damping on the other hand, the distance between the drive units for the guide cables should be large. As a result, short damping times and high positioning accuracy can be achieved with small control forces. It is envisaged that if there is insufficient space directly under the crane trolley, the support frame with the guide rope drums should be arranged below the bridge girders. It is particularly advantageous if the distance between the two guide rope drums can be adjusted to one another. It is then possible to avoid a reduction in approach dimension. The pendulum damping is not adversely affected by the one-sided retraction of the adjustment frame, that when approaching an edge of the hall predominantly lies the one behind in the direction of travel Guide rope is required for damping and the rope drum is in the rearmost position. The asymmetrical operating position of the frame is sketched in Fig. 1.
Die Führungsseiltrommeln der anderen Schwingungsebene können ebenfalls auf Verstellrahmen angeordnet werden, um auch deren Verspannwinkel den Erfordernissen anpassen zu können.The guide rope drums of the other vibration level can also be arranged on adjustment frames in order to be able to adapt their bracing angle to the requirements.
Eine weitere Konzeptvariante liegt darin, die zur Pendeldämpfung erforderlichen Horizontalkräfte nicht durch zusätzliche Führungsseile zu erzeugen, sondern auf der Höhe des untergebauten Podestes die Tragseile des Hubwerks direkt auszulenken. Dies kann durch Linearantriebe beliebiger Bauart erfolgen. Die Kraftübertragung kann z.B. mittels Rollen erfolgen, um die Vertikalbewegungen des Seiltriebs bei eingeschaltetem Hubwerk von der horizontalen Krafteinleitung zur Pendeldämpfung zu entkoppeln.Another concept variant is not to generate the horizontal forces required for the pendulum damping by means of additional guide ropes, but to deflect the lifting ropes directly at the level of the substructure. This can be done using linear drives of any type. The power transmission can e.g. by means of rollers in order to decouple the vertical movements of the cable drive from the horizontal force transmission to the pendulum damping when the hoist is switched on.
Die Erzeugung der Horizontalkraft geschieht dabei über 2 um 90° versetzte Rollenpaare, die auf Linearführungen gelagert sind und mittels beliebiger Krafterzeuger horizontal bewegt werden können.The horizontal force is generated via 2 pairs of rollers offset by 90 °, which are mounted on linear guides and can be moved horizontally using any force generator.
Der horizontale Abstand zwischen jeweils 2 Rollen entspricht dem Durchmesser des Tragseils, so daß dem Verschiebeweg der Rollen ein gleichgroßer Verschiebeweg des Tragseils entspricht.The horizontal distance between two rollers corresponds to the diameter of the suspension cable, so that the displacement path of the rollers corresponds to an equally large displacement path of the suspension cable.
Die Beaufschlagung des Tragseils mit einer Horizontalkraft erfolgt nach den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie die Einstellung der Zugkräfte in den schrägen Führungsseilen der weiter oben beschriebenen Einrichtung. Dementsprechend wird die Horizontalkraft stets so eingestellt, daß ihre Wirkrichtung gegen die Richtung der Pendelwinkelgeschwindigkeit gerichtet ist.A horizontal force is applied to the suspension cable according to the same principles as the setting of the tensile forces in the inclined guide cables of the device described above. Accordingly, the horizontal force is always set so that its direction of action is directed against the direction of the pendulum angular velocity.
Der Aufbau des Pendelwinkels aus der Ruhelage heraus entspricht einer Bewegung der entsprechenden Verschiebeplatte, deren Antrieb sodann eine Kraft aufbaut, die dieser Verschiebung entgegenwirkt.The structure of the pendulum angle from the rest position corresponds to a movement of the corresponding displacement plate, the drive of which then builds up a force which counteracts this displacement.
Die direkte Erfassung des Pendelwinkels ist nicht erforderlich, da die Verschiebeplatten, die die Rollenanordnung tragen, mit einer Meßeinrichtung für den linearen Verschiebeweg ausgerüstet werden.The direct detection of the pendulum angle is not necessary since the sliding plates, which support the roller arrangement, are equipped with a measuring device for the linear sliding path.
Im Unterschied zur Schrägseilanordnung sind bei dieser Variante keine konstruktiven Änderungen bzw. Ergänzungen am Lastaufnahmemittel bzw. an einer Traverse notwendig.In contrast to the stay cable arrangement, this variant does not require any design changes or additions to the load suspension device or to a crossbar.
Genauso wie bei der Einrichtung mit schrägen Führungsseilen kann auch bei der Variante der Tragseilverschiebung beim Stillstand der Fahrantriebe des Krans eine Positionskorrektur als Feinpositionierung durchgeführt werden. Es entsteht dabei eine bleibende Tragseilverschiebung bzw. eine statische Horizontalkraft, die das Tragseil in einer festen Horizontalauslenkung hält.Just as with the device with inclined guide ropes, a position correction can be carried out as fine positioning in the variant of the suspension cable displacement when the travel drives of the crane are at a standstill. This creates a permanent suspension cable displacement or a static horizontal force, which keeps the suspension cable in a fixed horizontal deflection.
Während der Fahrt gilt es, den Pendelwinkel Null zu erzeugen. Dies geschieht durch die Horizontalkräfte, bis keine Veränderung der Rollenposition mehr erfolgt und gleichzeitig die Horizontalkraft verschwindet. Die Positionskorrektur erfolgt derart, daß die jeweilige Position der Verschiebeplatte genau um die Größe des zugehörigen anfänglichen Positionsfehlers verschoben wird und sich die Horizontalkraft nach Abschluß des Feinpositionierens nicht mehr ändert.When driving, it is important to generate the pendulum angle zero. This happens through the horizontal forces until there is no change in the roll position and at the same time the horizontal force disappears. The position correction is carried out in such a way that the respective position of the displacement plate is shifted exactly by the size of the associated initial position error and the horizontal force no longer changes after the fine positioning has been completed.
In einer der beiden Schwingungsebenen ist die Endposition der Rollen fest vorgegeben durch die Konstruktionsmaße des Hubwerks und der Katze. Dabei ergibt sich nur ein geringer Stellweg.In one of the two vibration levels, the end position of the rollers is fixed by the construction dimensions of the hoist and the trolley. There is only a small travel distance.
In der anderen Ebene bewirkt die Seilwanderung auf der Hubtrommel eine Veränderung der Verschiebeplattenposition. Der Stellweg muß dementsprechend größer sein.On the other level, the rope migration on the lifting drum changes the position of the sliding plate. The travel range must be correspondingly larger.
Aus der Kenntnis der stationären, nach der Positionskorrektur wirkenden horizontalen Haltekraft und dem Verschiebeweg während des Korrekturvorgangs kann direkt die Größe der anhängenden Last berechnet werden.From the knowledge of the stationary, horizontal holding force after the position correction and the displacement during the correction process, the size of the attached load can be calculated directly.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann nahezu jeder Kran, vorzugsweise in Brücken- oder Portalbauweise nachträglich ausgerüstet werden. Die Möglichkeiten der aktiven, vom Kran bzw. der Katze entkoppelten Feinpositionierung des Lastaufnahmemittels oder auch einer stabilen Lastaufnahme von in definierten Grenzen exzentrischen Lasten ohne jegliche Horizontalbewegung aufgrund von Seilelastizitäten ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung.With the device according to the invention, almost any crane, preferably in a bridge or portal construction, can be retrofitted. A particular advantage of the device according to the invention is the possibility of active fine positioning of the load suspension device, which is decoupled from the crane or the trolley, or also a stable load suspension of eccentric loads within defined limits without any horizontal movement due to rope elasticities.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1:
- Eine perspektivische Darstellung der Positionier- und Dämpfungseinrichtung;
- Fig. 2a:
- Draufsicht auf die räumliche Anordnung der Führungsseile
- Fig. 2b:
- Ansicht der Darstellung der Fig. 2a in Brückenfahrtrichtung;
- Fig. 2c:
- Ansicht der Darstellung der Fig. 2a in Katzfahrtrichtung;
- Fig. 3:
- Seitenansicht einer Variante der Tragseilverschiebung;
- Fig. 4:
- Draufsicht auf die Darstellung der Fig. 3;
- Fig. 5:
- Darstellung der Wirkungsweise der Tragseilverschiebung.
- Fig. 1:
- A perspective view of the positioning and damping device;
- Fig. 2a:
- Top view of the spatial arrangement of the guide ropes
- Fig. 2b:
- 2a in the direction of bridge travel;
- Fig. 2c:
- View of the representation of Figure 2a in trolley travel direction.
- Fig. 3:
- Side view of a variant of the suspension cable displacement;
- Fig. 4:
- Top view of the representation of Fig. 3;
- Fig. 5:
- Presentation of the mode of operation of the suspension cable displacement.
Fig. 1 zeigt eine Übersicht über den konstruktiven Aufbau der Dämpfungs- und Positioniereinrichtung. Die Standardkomponenten eines Brückenkrans, wie z.B. Hubwerk und Tragseile, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.Fig. 1 shows an overview of the structural design of the damping and positioning device. The standard components of a gantry crane, e.g. Hoist and suspension cables are not shown for reasons of clarity.
Die Dämpfungs- und Positioniereinrichtung weist eine verfahrbare Krankatze 1, Anschlußträger 2, ein Traggestell 3 und Verstellrahmen 4a,b auf. Das Traggestell 3 ist mittels der Anschlußträger 2 am Tragwerk der auf der Kranbrücke 9 verfahrbaren Krankatze 1 angehängt. Die zwei linear verschiebbaren Verstellrahmen 4a,b sind an dem Gestell 3 befestigt. Der Verstellrahmen 4a ist eingefahren dargestellt, während der Verstellrahmen 4b in der ausgefahrenen Lage gezeigt ist. Jeder dieser Verstellrahmen 4a,b trägt zwei Führungsseiltrommeln 5, die durch eine Welle 8 mechanisch gekoppelt sind. Auf dem Traggestell 3 befinden sich vier weitere Führungsseiltrommeln 5, die um 90° versetzt angeordnet sind. Die Steuerseile 6, die von miteinander gekoppelten Seiltrommeln 5 jeweils paarweise und parallel ablaufen, werden zu einer Traverse 7 geführt und dort angelenkt. Mit Hilfe der Steuerungsseile 6a-6d wird die Pendelung bzw. Feinpositionierung der Traverse 7 mit der anhängenden Last in Brückenfahrtrichtung beeinflußt, die Steuerseile 6e-6h dienen der Beeinflussung der Pendelung bzw. Feinpositionierung in Katzfahrtrichtung. Die Antriebsmotoren der Seiltrommeln 5 sind zur Vereinfachung nicht dargestellt.The damping and positioning device has a movable crane trolley 1,
Die Figuren 2a-2c verdeutlichen die räumliche Anordnung der Führungsseile 6. Durch die Wahl verschiedener Seilabstände und durch die Anordnung der Anlenkungspunkte 10 auf der Traverse 7 wird erreicht, daß die Führungsseile 6 sich untereinander nicht berühren.FIGS. 2a-2c illustrate the spatial arrangement of the
In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführungsvariante der Tragseilverschiebung dargestellt.Bei dieser Variante wird von einer Krankatze 11, die auf einer Katzschiene 12 der Kranbrücke 13 fährt, mittels der Verbindungsstützen 14 das Gestell 15 abgehängt. Durch die Mitte des Gestells 15 läuft das Hubseil 16 von einer Hubseiltrommel 17 ab. Auf dem Gestell 15 stützt sich eine in Linearführungen 17 gelagerte untere Verschiebeplatte 18 ab. Der untere Verschiebeantrieb 20 dient zu ihrer Linearverstellung. Auf der unteren Verschiebeplatte 19 ist eine obere Verschiebeplatte 21 um 90° verdreht ebenfalls in Linearführungen 18 gelagert. Zu ihrer Verschiebung dient der oberer Verschiebeantrieb 22. Verschieberollen 23 und 24 dienen zur aktiven Verschiebung des Tragseils. Sie sind so eingestellt, daß ihr horizontaler Abstand jeweils dem Tragseildurchmesser entspricht. Somit ruft eine Verschiebung einer bzw. beider Verschiebeplatten 19,21 eine horizontale Verschiebung des Tragseiles in einer oder beiden Richtungen hervor. Die konstruktive Größe des jeweiligen Verstellweges hängt vom speziellen Anwendungsfall ab. In einer der beiden Richtungen ist jedoch der Verstellweg grundsätzlich größer, da die Hakenwanderung aufgrund der Veränderung des Ablaufpunktes des Tragseils von der Seiltrommel ausgeglichen werden muß.3 and 4, an embodiment variant of the suspension cable displacement is shown. In this variant, the
In Fig. 5 ist die Wirkungsweise der Positionier- und Dämpfungseinrichtung in der Variante der Tragseilverschiebung näher dargestellt. Der Pendelwinkel ist mit φ, die Pendelwinkelgeschwindigkeit ist mit φ' bezeichnet. Auf das Tragseil wird vorzugsweise über eine gemäß Fig. 3,4 aufgebaute Rollenanordnung unterhalb der Katze bzw. des Hubwerks eine Horizontalkraft aufgebracht. Die Größe der Kraft hängt von der momentanen Größe, Richtung und Änderungsgeschwindigkeit des Pendelwinkels bzw. der Positionsabweichung der Last am Zielpunkt ab. Die Pendelbewegung der Last wird gedämpft, bzw. eine nach Beendigung der Kran- bzw. Katzfahrt noch verbliebene Positionsabweichung der Last ausgeglichen. Dabei kann in einer der beiden Schwingungsrichtungen der Verstellweg vergrößert werden, um die Seilwanderung auf der Hubtrommel ohne die Beeinflussung der Pendeldämpfung zu ermöglichen.In Fig. 5, the operation of the positioning and damping device in the variant of the suspension cable displacement is shown in more detail. The pendulum angle is denoted by φ, the pendulum angular velocity is denoted by φ '. A horizontal force is preferably applied to the supporting rope via a roller arrangement constructed according to FIG. 3, 4 below the trolley or the lifting mechanism. The size of the force depends on the current size, direction and rate of change of the pendulum angle or the position deviation of the load at the target point. The pendulum movement of the load is dampened, or any positional deviation of the load remaining after the crane or trolley travel has been compensated. The adjustment path can be increased in one of the two vibration directions in order to allow the rope to move on the lifting drum without influencing the pendulum damping.
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