EP4087810A1 - Turmkran mit verstellbarem gegenballast - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turmkran mit einer Drehbühne (1a), einem an der Drehbühne wippbar angelenkten Verstellausleger (2) sowie einem an der Drehbühne gelagerten Gegenballast (5), dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellmechanismus vorgesehen ist, der eine Positionsänderung des Gegenballastes unabhängig vom Wippwinkel des Verstellauslegers gestattet.

Description

Turmkran mit verstellbarem Gegenballast

Die Erfindung betrifft einen Turmkran mit einer Drehbühne, einem an der Drehbüh ne wippbar angelenkten Verstellausleger sowie an der Drehbühne gelagertem Ge genballast.

Bekannt sind Verstellauslegerkrane, bei denen der Gegenballast mit dem Ver stellausleger über eine festgelegte Kinematik gekoppelt ist. Mittels der Kinematik wird eine Bewegung des Verstellauslegers auf den Gegenballast übertragen, der demzufolge abhängig vom Auslegerwinkel an der Drehbühne verlagert wird. Ziel dieser Konstruktionen ist einerseits eine Reduzierung der erforderlichen Verstell werkleistung zur Auslegerbewegung. Anderseits wird versucht durch eine Ver schiebung des Gegenballastes die Belastung des Kranturms, insbesondere für ver schiedene Zustände und Lastfälle zu optimieren. Wesentliche Gemeinsamkeit der artiger Konstruktionen ist, dass die Entlastung des Auslegers sowie die Optimie rung der Turmbelastung ausschliesslich für einen fest vorgegebenen Krantyp durch die Verlagerung des Gegengewichtes in Abhängigkeit der Auslegerlänge erfolgen können.

Figur 1 zeigt beispielhaft den Verlauf des Eigengewichtmomentes, insbesondere der beweglichen Teile des Oberkrans (Linie 1, Linie 2), mit dem Ziel der Optimie rung des Oberkraneigengewichtmomentes ohne Nutzlast (Linie 4). Würde der Kran einen unverschieblichen Gegenballast besitzen, würde die Linie 4 parallel zur Linie 1 (Auslegereigengewichtsmoment) verlaufen. Mit einem verschieblichen Gegenbal last (Linie 2) ist es jedoch möglich, das Eigengewichtsmoment des Oberkrans (Linie 4) so einzustellen, dass es nahezu konstant ist. Mit der skizzierten Nutzlastkurve (Linie 0) ergibt sich für einen Auslegerwinkel von 15 Grad (maximale Ausladung) bis circa 50 Grad (Knickpunkt der Nutzlastkurve) ein ebenfalls nahezu konstantes Oberkranmoment (Linie 5), das mit seinem Betrag annähernd gleich groß ist wie das Eigengewichtsmoment des Oberkrans ohne Nutzlast (Linie 4).

Ändert sich jedoch etwas an der Krankonfiguration, bspw. Änderung der Länge des Verstellauslegers, so lässt sich dieses Optimum mit konstantem Oberkraneigenge wichtsmoment mittels der unveränderlichen mechanischen Kinematik nicht errei chen. Die Linie 4 bekommt eine Neigung in Abhängigkeit des Auslegerwinkels Al pha. Eine Veränderung des Gegengewichts bewirkt lediglich eine Parallelverschie bung der Linie 4.

Berücksichtigt man neben dieser Optimierungsaufgabe zusätzlich den Einfluss der Windbelastung auf den Oberkran sowie Kranturm für eine In- oder Außer-Betrieb- Stellung, so wird diese Aufgabe nochmals komplexer. Die beschriebene Optimie rungslösung wurde in der Vergangenheit auch deshalb als ausreichend angesehen, weil die Außer-Betriebs-Windbelastung (Sturm außer Betrieb) weltweit nahezu ein heitlich war. Mit der kürzlich erfolgten Einführung von Windzonen verbunden mit der Forderung einer Anpassung der Außer-Betriebs-Windbelastung an den Einsatzort des Krans hat sich die Optimierungsaufgabe weiter verkompliziert. Dazu hat sich in der Vergangenheit aber immer schon die Maßgeblichkeit der In-Betriebs-Belastung zu den Außer-Betriebs-Belastungen mit zunehmender Krangröße von den Außer- Betriebs-Lastfällen zu den In-Betriebs-Lastfällen verschoben. Umgekehrt, je kleiner der Kran, desto maßgeblicher werden die Außer-Betriebs-Lastfälle für den Kran turm.

Die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kran derart zu modifizieren, sodass eine Optimierung der Position des Gegenbai- lastes auch abhängig vom Kranzustand, der Krankonfiguration sowie den Betriebs bedingungen möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kran gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen des Krans sind Gegenstand der abhängigen Ansprü che.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, für den Turmkran einen Verstellmechanis mus vorzusehen, der eine Positionsänderung des Gegenballastes unabhängig vom Wippwinkel des Verstellauslegers gestattet. Die bereits erwähnten Verstellmecha nismen sahen stets eine mechanische Kopplung zwischen Verstellausleger und Gegenballast vor, weshalb eine Positionsänderung des Gegenballastes nur durch eine Änderung des Wippwinkels des Verstellauslegers erreicht werden konnte. Von einer solchen Lösung wendet sich die vorliegende Anmeldung ab und schlägt statt- dessen einen unabhängigen Verstellmechanismus vor, um eine Positionsänderung des Gegenballastes unabhängig von einer Betätigung, d.h. Wippbewegung des Verstellauslegers vornehmen zu können.

Für den Grundgedanken der Erfindung ist es unerheblich, ob zwischen Verstellaus leger und Gegenballast eine kinematische Kopplung besteht. Erfindungswesentlich ist jedoch, dass die Position des Gegenballastes auch bei konstant bleibendem Wippwinkel veränderbar ist. Es widerspricht dem Erfindungsgedanken jedoch nicht, wenn auch eine Änderung des Wippwinkels des Verstellauslegers zu einer gekop pelten Änderung der Gegenballastposition führt.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante wird eine vollständige Ent kopplung des Gegenballastes und Verstellausleger vorgeschlagen, d.h. die Position des Gegenballastes bleibt bei einer Änderung des Wippwinkels konstant und lässt sich ausschliesslich durch den Verstellmechanismus variieren. Eine konkrete bei spielhafte Umsetzung des Verstellmechanismus kann ein verfahrbares Ballastauf nahmemittel zur Aufnahme des Gegenballastes sein. Idealerweise ist das Ballast- aufnahmemittel als Laufkatze ausgeführt, die relativ zur Krandrehbühne an dieser verfahrbar gelagert ist.

Bevorzugt ist eine Verfahrbewegung des Ballastaufnahmemittels bzw. der Laufkat ze in Horizontalrichtung, um die beim Verfahren auftretende Belastung des Lauf katzenantriebs sowie den damit verbundenen Energiebedarf so gering wie möglich zu halten. Möglich ist die Verwendung eines Seiltriebs oder eines Spindelantriebs zum Verfahren des Ballastaufnahmemittels bzw. der Laufkatze.

Als alternative zu der vorgestellten Ausführungsvariante kann auch weiterhin eine mechanische kinematische Kopplung zwischen Verstellausleger und Gegenballast gegeben sein. Denkbar ist bspw. der Einsatz eines gelenkigen Gestänges zur Kopplung. Insbesondere ist eine 4-Gelenk-Kinematik vorstellbar, die eine Kopplung zwischen Gegenballast und Ausleger mittels Schwingen-Koppelstangen- Kombination vorsieht. Durch dieses Gestänge wird eine Wippwinkeländerung des Verstellauslegers auf den Gegenballast übertragen, wodurch eine Positionsverlage rung des Gegenballastes ausgelöst wird. Mit zunehmendem Wippwinkel des Ver stellauslegers reduziert sich der Abstand des Gegenballastes zum Kranturm. Art und Umfang der Positionsverlagerung des Gegenballastes hängt von der Kinematik des verwendeten Gestänges ab, insbesondere von der Lage der Anlenk- und Ge lenkpunkte als auch der Längenabmessungen einzelner Stangen. Vor diesem Hin tergrund wird vorgeschlagen, wenigstens eine dieser Koppelstangen mit dem erfin dungsgemäßen Verstellmechanismus auszustatten. Durch den Verstellmechanis mus lässt sich die axiale Länge der wenigstens einen Stange ändern, wodurch Ein fluss auf die Position des Gegenballastes genommen werden kann, und zwar auch ohne eine Änderung des Wippwinkels des Verstellauslegers.

Die Längenänderung wenigstens einer Stange des Gestänges kann mittels eines integralen Hydraulikzylinders oder alternativ mittels eines Spindelantriebes erfol gen. Vorstellbar ist ebenso, dass ein Verstellmechanismus, bspw. Hydraulikzylinder, zur Lageänderung wenigstens eines Anlenk- und/oder Gelenkpunktes des Gestänges vorgesehen ist.

Alternativ zur Verwendung eines gelenkigen Gestänges zur mechanischen Kopp lung zwischen Verstellausleger und Gegenballast kann ebenso vorgesehen sein, stattdessen auf ein Koppelseil zurückzugreifen, das in der Regel über ein oder mehrere Umlenkrollen eine mechanische Verbindung zwischen Verstellausleger und Gegenballast schafft. Auch hier führt eine Wippwinkeländerung des Ver stellauslegers zu einer Positionsverlagerung des Gegenballastes, wobei Art und Umfang der Positionsänderung maßgeblich von der Länge des Koppelseils als auch der Position der Umlenkrollen abhängt. In diesem Sinne wird vorgeschlagen, dass mittels des erfindungsgemäßen Verstellmechanismus eine Längenänderung des Koppelseils und/oder alternativ eine Positionsänderung wenigstens einer Um lenkrolle bewirkt wird. Durch diesen Eingriff in die Kinematik des Seilmechanismus kann ebenso eine Positionsänderung des Gegenballasts ohne Wippwinkeländerung des Verstellauslegers erreicht werden.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zei gen:

Figur 1: eine Diagrammdarstellung des Eigengewichtsverlaufs beweglicher Teile eines Oberkrans in Abhängigkeit des Auslegerwinkels,

Figur 2: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Krans mit 4- Gelenkkinematik,

Figur 3: ein zweites Ausführungsbeispiel des Krans mit Seilzugsystem,

Figur 4: ein drittes Ausführungsbeispiel des Turmkrans mit starrer Kopplung zwi schen Ausleger und Gegenausleger, Figur 5: ein leicht modifizierte Ausführung des Turmkrans gemäß Figur 4 und

Figur 6: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer vollständig va riablen Kopplung zwischen Ausleger und Gegenausleger.

Figur 2 zeigt einen Verstellauslegerkran. Der Turmkran umfasst einen Kranturm, an dessen Spitze mittels der Drehverbindungsauflage 11 und der Drehverbindung 10 eine Drehbühne 1a drehbar gelagert ist. An der Drehbühne 1a ist der Verstellausle ger um eine Florizontalachse wippbar gelagert. Der Wippwinkel a lässt sich mittels des Verstellwerkes 8 und des Verstellseils 9 einstellen. Für die Flubarbeit verläuft das Hubseil 7 ausgehend von einem an der Drehbühne 1a gelagerten Hubwerk 6 zur Auslegerspitze.

Der Verstellausleger 2 ist über ein 4-Gelenk-Getriebe mechanisch mit dem Gegen ballast 5 gekoppelt, das aus der durch den Verstellausleger 2 gebildeten Schwinge, der Koppelstange 3, der Gegenballastschwinge 4 und dem Verbindungsmittel 13 besteht. Die beiden Schwingen 2, 4 sind über ihre Anlenkpunkte C, D an der Dreh bühne 1a bzw. am A-Bock 1b des Verstellwerks gelenkig angelenkt. Die Koppel stange 3 ist über Gelenkpunkte A, B gelenkig mit den Schwingen 2, 4 verbunden. Das Verbindungsmittel 13 kann ebenso gelenkig mit der Schwinge 4 sowie dem Ballast 5 verbunden sein.

Die Verschiebung des Gegenballasts 5 bei einer Änderung des Winkels a erfolgt in Abhängigkeit der Längen der beiden Schwingen 2, 4, der Länge der Koppelstange 3 und der Position der Lagerstellen C, D der beiden Schwingen 2, 4 an der Kran struktur 1a, 1b. Der Abstand des Gegenballasts 5 von der Krandrehachse 20 ist eine nichtlineare Funktion des Auslegerwinkels a, der durch das Verstellwerk 8 vorgegeben wird.

Das Eigengewichtsmoment des verschieblichen Gegenballasts 5 kann nun über eine Veränderung des Eigengewichts und über eine Veränderung der Parameter des 4-Gelenk-Getriebes erfolgen. Gemäß der Erfindung ist daher vorgesehen, dass ein Verstellmechanismus zur Veränderung der Länge der Koppelstange 3 ergänzt wird. Dies kann durch die Integration eines Hydraulikzylinders oder Spindelantriebs erfolgen, dessen Betätigung die Länge der Koppelstange 3 beeinflusst. Vorstellbar ist es ebenso, dass die Koppelstange 3 ähnlich einem Spannschloss aufgebaut ist, um die Länge der Koppelstange 3 manuell verändern zu können. Genauso gut kann die Koppelstange mit mehreren in Axialrichtung versetzten Lagerbohrungen versehen sein. Durch geeignete Wahl der Lagerbohrung zur Montage an den An- lenk- bzw. Gelenkpunkten A, B kann die wirkende Länge der Koppelstange verän dert werden.

Möglich ist auch ein Eingriff in die Kinematik durch eine Veränderung der Länge der beiden Schwingen 2, 4, z.B. durch eine Verschiebung der beiden Verbolzungspunk te A, B entlang den Strukturbauteilen der beiden Komponenten 2, 4 in Richtung der angedeuteten Pfeile.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Kran ist in Figur 3 ge zeigt. Identische Bauteile sind hier mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Gegenüber dem Kran aus Figur 2 ist hier die mechanische Kopplung zwischen Verstellausleger 2 und Gegenballast 5 anders realisiert. Zum Einsatz kommt hier eine Laufkatze 40, an der das Gegengewicht 5 befestigt ist und die mittels eines Seilzugsystems 30a auf einer schiefen Ebene verfahren wird. Die Verschiebung des Gegenballasts 5 erfolgt in Abhängigkeit der Länge der Ausleger-Schwinge 2, der Länge des Koppelseils 30a, der Neigung der Fahrbahn der Laufkatze 40 und der Position der Lagerstellen der Umlenkrollen 30b, 30c sowie der Position der Ausleger-Schwinge 2 am Gestell 1a. Der Abstand des Gegenballasts 5 von der Krandrehachse 20 ist eine nichtlineare Funktion des Auslegerwinkels a der durch das Verstellwerk 8 vorgegeben wird. Das Eigengewichtsmoment des verschieblichen Gegenballasts 5 kann über eine Veränderung des Eigengewichts und über eine Veränderung der Parameter des Seilzugsystems 30a erfolgen. Dies kann durch eine Veränderung der Länge des Koppelseils 30a erfolgen. Ein entsprechender Verstellmechanismus, bspw. ein Hydraulikzylinder kann die Seillänge im laufenden Kranbetrieb ändern.

Ein Eingriff in die Kinematik und damit eine Änderung der Gegenballastposition kann aber auch durch eine Verschiebung des Verbolzungspunkts A des Kop pelseils 30 mit der Ausleger-Schwinge 2 entlang den Strukturbauteilen des Ausle gers 2 in Richtung der angedeuteten Pfeile erfolgen. Auch dies könnte automatisiert mittels eines geeigneten Verstellmechanismus erfolgen.

Vorstellbar ist auch eine Verschiebung der Position der Umlenkrolle 30b entlang den Strukturbauteilen des A-Bocks 1b in Richtung der angedeuteten Pfeile oder eine Verschiebung der Position der Umlenkrolle 30c entlang den Strukturbauteilen der Drehbühne 1a. Auch die Verlagerung der Umlenkrollen kann mittels eines ge eigneten Verstellmechanismus umgesetzt werden, bspw. mittels eines Hydraulikzy linders.

Eine dritte Ausführungsform ist der Figur 4 zu entnehmen. Bei diesem Kran wird ein Verstellzylinder 8a zur Änderung des Winkels a des Verstellauslegers 2 eingesetzt. Der Verstellausleger 2 ist nicht an der Drehbühne 1a, sondern stattdessen am A- Bock 1b gelagert. Bei dieser Lösung wird zudem eine starre Kopplung zwischen Gegenballast 5 und Ausleger 2 eingesetzt. Verwendet wird eine bewegliche Schwinge 4, an der das Gegengewicht 5 befestigt ist und die mittels einer Koppel stange 3 verstellt werden kann. Der Drehpunkt der Schwinge 4 ist das Gelenk A. Die Gelenkpunkte der Koppelstange 3 sind mit B, C bezeichnet. Die Bewegung er folgt relativ zum Ausleger 2 (nicht zum Gestell (1b)). Der Abstand des Gegenbal lasts 5 von der Krandrehachse 20 ist eine Funktion des Auslegerwinkels a, der durch den Hub des Verstellzylinders 8a vorgegeben wird. Das Eigengewichtsmoment des verschieblichen Gegenballasts 5 kann über eine Veränderung des Eigengewichts und über eine Veränderung der Länge der Kop pelstange 3 erfolgen, ähnlich wie dies in der Lösung der Figur 2 vorgeschlagen wird. Konkret lässt sich die Länge der Koppelstange 3 mittels eines integralen Hyd raulikzylinders oder Spindelantriebs einstellen. Denkbar ist auch eine manuelle Än derung der Koppelstangenlänge, wenn diese ähnlich einem Spannschloss ausge führt oder mit mehreren in Axialrichtung versetzten Lagerbohrungen versehen ist.

Gerade bei dem in Figur 4 gezeigten Kranaufbau ist es sinnvoll die Länge der Kop pelstange 3 beim Wechsel in den Außer-Betriebszustand zu verändern. Bei Ver stellauslegerkranen wird der Ausleger 2 bei der Außer-Betriebnahme in eine ver hältnismäßig steile Position gebracht (a = ca. 70°). Dadurch rückt bei dieser Lösung der Gegenballast 5 relativ nahe an die Krandrehachse 20 heran und er kann damit kein allzu großes Eigengewichtsmoment mehr entwickeln. Dies wäre jedoch hilf reich, um der Außer-Betriebs-Windbelastung bei einer Anströmung von hinten ein Moment entgegen setzen zu können.

Eine Variation dieser Lösung ist in Figur 5 gezeigt. Bei dieser Variante ist die Kop pelstange 3 in zwei Teilkomponenten 3a, 3b geteilt. Die Kopplung und entspre chende Bewegung des Gegenballastes 5 wird mittels eines Getriebes 3c in einem geeigneten Verhältnis an die Bewegung des Auslegers 2 angepasst. Um die not wendige Relativbewegung zu erhalten, ist die Koppelstange 3a nicht mehr mit dem Ausleger 2 sondern mit dem Gestell 1b verbunden. Der Gelenkpunkt der Schwin gen 2, 4 ist mit A bezeichnet. Der Gelenkpunkt der Koppelstange 3a mit B und der Gelenkpunkt der Koppelstange 3b mit C. Die Gelenkpunkte C, D stellen ebenso die Gelenkpunkte des Verstellzylinders 8a dar.

Die vorhergehenden Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass die Bewegung des Gegenballastes 5 mechanisch an die Bewegung des Auslegers 2 gekoppelt ist. So fern auf die Entlastung des Verstellantriebs verzichtet werden kann, kann der Ge genballast 5 gemäß einer Ausführung der Erfindung auch direkt durch einen sepa raten antriebsbasierten Verstellmechanismus verschoben werden. Die Optimie- rungsaufgabe wird dadurch ausschließlich auf die Minimierung der Turmbelastung beschränkt.

Um die Belastung für diesen Antrieb und den damit verbundenen Energiebedarf gering zu halten, sollte das Gegengewicht 5 möglichst horizontal bewegt werden. Dies lässt sich mit einer angetriebenen Laufkatze 40 (s. Figur 6) realisieren, an der das Gegengewicht 5 befestigt ist und die z.B. mittels eines Seiltriebs umfassend das Seil 41 d sowie die benötigten Rollen 41a, 41b, 41c verfahren wird. Alternativ könnte auch ein Spindelantrieb zum Einsatz kommen. Mittels des Seiltriebs lässt sich die Laufkatze 40 und damit das Gegengewicht 5 horizontal an der Drehbühne 1a verlagern, wodurch der Abstand des Gegenballastes 5 zur Krandrehachse 20 vollkommen unabhängig vom Winkel a eingestellt werden kann.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Position des Gegenballasts 5 im Zustand „Kran in Betrieb“ von der Position in der „Außer-Betriebs-Stellung“ unabhängig wäre, die Position des Gegenballastes 5 im Zustand „Kran in Betrieb“ in einem beliebigen Verhältnis zum Auslegerwinkel a einstellbar wäre und die Position des Gegenballastes 5 optimal und individuell an jede Ausle gerlänge angepasst werden könnte.

Claims

Patentansprüche

1. Turmkran mit einer Drehbühne, einem an der Drehbühne wippbar angelenk ten Verstellausleger sowie einem an der Drehbühne gelagerten Gegenballast, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellmechanismus vorgesehen ist, der eine Positionsänderung des Gegenballastes unabhängig vom Wippwinkel des Verstellauslegers ge stattet.

2. Turmkran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellme chanismus eine den Gegenballast aufnehmende Laufkatze vorgesehen ist, die relativ zur Drehbühne verfahrbar an dieser gelagert ist.

3. Turmkran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufkatze in Horizontalrichtung relativ zur Drehbühne verfahrbar ist.

4. Turmkran nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauf katze mittels Seiltrieb oder einem Spindelantrieb verfahrbar ist.

5. Turmkran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenballast mittels eines gelenkigen Gestänges mit dem Verstellausleger gekoppelt ist und mittels des Verstellmechanismus die Länge wenigstens einer der Stangen des Gestänges und/oder die Position wenigstens eines Gelenkpunktes des Gestänges veränderlich ist.

6. Turmkran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der we nigstens einen Stange bzw. die Lage eines Gelenkpunktes mittels eines integ ralen Hydraulikzylinders oder eines Spindelantriebs einstellbar ist.

7. Turmkran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenballast mittels eines Koppelseils mit dem Verstellausleger gekoppelt ist, wobei mittels des Verstellmechanismus die Länge des Koppelseils und/oder die Position wenigstens einer der Umlenkrollen für das Koppelseil änderbar ist.

8. Turmkran nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstellme chanismus ein Hydraulikzylinder zur Seillängenänderung oder Positionsände rung einer Umlenkrolle vorgesehen ist.