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Vorrichtung zum Messen und Überwachen des Lastmomentes an Krananlagen
od. dgl. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Überwachen des Lastmomentes
an Krananlagen od. dgl., bei der die Auslegerkopfrolle an einem am Ausleger schwenkbar
angeordneten Hebel gelagert ist der durch eine mit dem Ausleger verbundene, eine
dem Lastmoment entsprechende Kraft aufnehmende Kraftmeßvorrichtung entgegen der
Wirkung der resultierenden Seilkraft abgestützt ist.
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Derartige Vorrichtungen haben die Aufgabe, die Sicherung solcher Krananlagen
gegen Überlastung vorzunehmen, deren Ausleger durch Verschwenken in einer vertikalen
Ebene unterschiedlich weit auskragen können und bei denen demgemäß die maximal zulässige
Last von der Auslegerstellung und damit von dem jederzeit wirksamen Lastmoment abhängen.
Die neueren Unfallverhütungsvorschriften stellen strenge Anforderungen an die Sicherheit,
Zuverlässigkeit und Robustheit derartiger Meß- und Überwachungsvorrichtungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lastmomentsicherung
der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die auf möglichst einfache und zuverlässige
Weise allen den außerordentlich unterschiedlichen Anforderungen genügt, die von
den vielen verschiedenen Krantypen an sie gestellt werden.
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Bei den bisher bekannten Vorrichtungen erfolgte die Anbringung der
Auslegerkopfrolle an dem einerseits am Ausleger, andererseits an einer Kraftmeßvorrichtung
abgestützten Hebel in einem Punkt zwischen den beiden Abstützungen. Bei dieser Anordnung
wird der Hebel in erheblichem Maße auf Biegung beansprucht und muß dementsprechend
schwer ausgebildet sein, was eine unerwünschte Erhöhung des Gewichtes am Auslegerkopf
mit sich bringt. Überdies muß eine solche Vorrichtung wegen der unübersichtlichen
Kräfteverhältnisse jedes Krantyps auf umständliche Weise angepaßt werden; und ihre
sichere Funktion wird durch die Vielzahl von reibungsbeeinflußten Lagerstellen erschwert.
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Demgegenüber ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die den Hebel abstützende
Kraftmeßvorrichtung unmittelbar an der Kopfrollenachse angreift. Durch die Zusammenlegung
der Kraftangriffspunkte am Lagerpunkt der Kopfrollenachse ergeben sich einerseits
besonders übersichtliche Kräfteverhältnisse, andererseits verringerte Reibungseinflüsse.
Die Vorrichtung ist darüber hinaus jedem Krantyp auf einfachste Weise anpaßbar,
denn es kann nicht nur die aus Stützhebel und Kraftmeßvorrichtung bestehende Anordnung
im ganzen relativ zu den angreifenden Seilkräften leicht verschwenkt werden, sondern
auch eine Relativverschwenkung zwischen Stützhebel und Kraftmeßvorrichtung ist ohne
Schwierigkeit - auch noch im Betrieb - möglich.
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Es empfiehlt sich, am Ausleger in der Nähe der Kopfrolle eine Umlenkrolle
für das Zugseil anzubringen, um dem Seilzug in jeder Auslegerstellung die gleiche
Richtung relativ zur Kraftmeßvorrichtung zu geben.
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Nach einer vorteilhaftenWeiterbildung der Erfindung sind auf jeder
Seite der Seilrollenachse der Kopfrolle ein gelenkig am Ausleger und derSeilrollenachsebefestigter
Hebel und eine in gleicher Weise doppelt gelenkig gelagerte, den Hebel abstützende
Kraftmeßvorrichtung vorgesehen. Erfolgt bei dieser Anordnung die Meßwertübertragung
auf hydraulischem Wege, so sind vorzugsweise die Rohrleitungen beider Kraftmeßvorrichtungen
miteinander und mit einem gemeinsamen Meßzylinder verbunden, der somit in Abhängigkeit
von einem Mittelwert der beiden Meßwerte die Meß-; Anzeige- und Regelvorgänge steuert.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigen Fig. la bis 1d einen Auslegerkran
in vier Auslegerstellungen, Fig. 2a bis 2d die Lage der Kraftmeßvorrichtung in bezug
auf die angreifenden Kräfte, den Stützhebel und die Umlenkrolle für die gleichen
Auslegerstellungen, Fig. 3 a bis 3 d Vektordiagramme für die gleichen Auslegerstellungen,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Befestigung der Kraftmeßvorrichtung am Ausleger, Fig.
5 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 4, Fig.6 eine Vorderansicht, auf die
Auslegerspitze gesehen, der Anordnung nach Fig. 4.
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Die schematische Darstellung von vier möglichen Auslegerstellungen
in den Fig. 1 a bis 1 d, die in den
Fig. 2a bis 2d gezeigte jeweilige
Lage der Kraftmeßvorrichtung in bezug auf die Angriffslinie der Last und die in
Fig. 3 a bis 3 d gezeigten Kräfte sollen für die nachfolgende Erläuterung des der
Erfindung zugrundeliegenden Prinzips herangezogen werden.
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Ganz allgemein betrachtet greifen im Angriffspunkt der Last Q, d.
h. an der für die Erläuterung als punktförmig angenommenen Seilrolle mit Seilrollenachse,
folgende Kräfte an: a) die Last Q, b) der Seilzug S, c) die von der Zugstange aufgebrachte
Zugkraft Z und d) die von der Meßvorrichtung aufgebrachte Federkraft F.
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Dabei wirkt Q lotrecht nach unten (im Normalfall, d. h. ohne Schrägzug),
S vom Angriffspunkt nach rechts, Z vom Angriffspunkt nach links und F in Richtung
auf den Angriffspunkt.
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Das Kippmoment oder Lastmoment ist ML =Q-l-cosqq, wobei
l die Auslegerlänge und p der Winkel ist, den die Last Q in der normierten
Darstellung, die hier verwendet werden soll, mit der Lotrechten bildet. In dieser
normierten Darstellung ist die Richtung der Kräfte S und Z immer in die Waagerechte
gedreht, während die Federkraft F (in dem hier angenommenen Beispiel mit unmittelbar
am Angriffspunkt angreifender Last Q) einen konstanten Winkel von a
= 50° gegen die Waagerechte bildet. Wählt man die Auslegerlänge l = 1, so
erhält man für ein konstantes Lastmoment, das nicht überschritten werden darf, die
Beziehung MLmax=K=Q-coscp.
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Aus der Ausgangsdarstellung Fig. 1 a bis 3 a erkennt man, daß sich
die Kraft F zur Last Q verhält wie
Daraus erhält man die Federkraft F zu
und für a = const = 50°,
Für das maximale Lastmoment MLmax
= const soll auch die Federkraft unabhängig
von der Auslegerstellung, d. h. unabhängig vom Winkel (p stets gleich groß sein,
d. h. für
Damit diese Bedingung erfüllt ist, kann und muß Q mit wachsendem Winkel (p zunehmen,
und zwar proportional
d. h. für Fmax und ML ",., beträgt die zulässige Last
für alle Winkel zwischen 0 und 90°. Setzt man ferner die in der untersten Auslegerstellung,
die in dem hier beschriebenen Beispiel bei dem Winkel 0° liegt, die jedoch auch
bei einem Winkel von 10 oder 20° liegen kann, die an dem Ausleger angreifende maximale
Last Qm.ax, die das maximale Lastmoment MLmax und die maximale Federbelastung Fm..
zur Folge hat, mit der Einheit 1, beispielsweise 1 t, an, so kann man sofort die
maximale Last Qmax für jede beliebige Auslegerstellung berechnen. Diese Belastungen
sind wie folgt:
| ip 1°l I Q Ltl |
| 0 1 |
| 10 1,015 |
| 20 1,07 |
| 30 1,155 |
| 40 1,305 |
| 50 1,54 |
| 60 2,00 |
| 70 2,93 |
| 80 5,78 |
Die Größe der am Angriffspunkt der Last angreifenden Kräfte kann dann in einfacher
Weise zeichnerisch (oder rechnerisch) ermittelt werden. Für die in Fig. 1 bis 3
dargestellten vier Auslegerstellungen sind diese Werte in der folgenden Tabelle,
wiederum auf die Länge 1= 1 und die Lasteinheit 1 t reduziert, zusammengestellt:
| 1°l I Q [kg] I S [kg] I
Z [kg] I F [kg] |
| 0 1000 1000 180 1300 |
| 20 1070 1070 580 1300 |
| 40 1300 1300 1300 1300 |
| 60 2000 2000 2870 1300 |
Man sieht aus dieser Tabelle, daß z. B. in der Auslegerstellung 60° eine Last von
2000 kg angehängt werden kann, bis das zulässige Lastmoment MLmax erreicht wird.
Man erkennt weiterhin, daß es dabei auf die Lage und Richtung der Kraft Z und der
Seilkraft
S in bezug auf die Größe und Richtung der Last
Q
und die
Federkraft F ankommt.
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Die neue Vorrichtung eignet sich zunächst in dieser einfachsten Ausführungsform
tatsächlich nur zum Feststellen und Überwachen des Last- oder Kippmomentes von Krananlagen.
Selbstverständlich kann bei geeigneter Auslegung der Skala und der Meßwertübertragung,
beispielsweise unter Zwischenschaltung von Kurvenscheiben oder ähnlichen Vorrichtungen,
auch über den ganzen Belastungsbereich eine Anzeige für die jeweilige Last gewonnen
werden.
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Die neue Vorrichtung zum Messen und Überwachen des Lastmomentes soll
im folgenden an einer beispielsweisen Ausführungsform, die in den Fig. 1 bis 6 rein
schematisch gezeigt ist, erläutert werden. An einem Kern 1 ist an dessen Ausleger
2 eine Seilrolle 3 auf einer Achse 4 befestigt. Diese Seilrolle kann an der Auslegerspitze
oder aber auch an einem anderen Punkt zwischen Auslegerspitze und Auslegerlager
angebracht sein. Das vom Kran ausgehende Zugseil 5 wird kurz vor Erreichen der Seilrolle
3 durch eine Umlenkrolle 6 abgefangen, die auf einer Achse 7 läuft. An der Seilrollenachse
4 ist eine Kraftmeßvorrichtung 8 gelenkig angebracht, die mit ihrem anderen Ende
an einem entsprechenden Lager 9
gelenkig gelagert ist. Wie man insbesondere
aus den Fig. 4 bis 6 erkennt, greifen an dem Achslager noch zwei Stützhebel 11 an,
die mit Hilfe von Bolzen 13 an zwei Montageplatten 14 befestigt sind. Die
Stützhebel 11 sind somit ebenfalls an ihren beiden Enden gelenkig gelagert. Bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein symmetrischer Aufbau bevorzugt,
bei dem auf beiden Seiten der Achse je eine Kraftmeßvorrichtung und je ein Stützhebel
angeordnet sind. Zwischen den Montageplatten und den Kraftmeßvorrichtungen 8 liegen
Abstandsringe 10, während zwischen den Stützhebeln 11 und den Montageplatten 14
Abstandsringe 12 eingeschoben sind. Die Seilrollenachse 4 liegt dabei in einer Bohrung
oder einem Lager 15, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser der
Achse, wie dies im Zusammenhang mit der Wirkungsweise der neuen Vorrichtung noch
näher erläutert wird. Zwischen der Montageplatte und den Stützhebeln sitzen ebenfalls
noch Unterlegscheiben 16. Alle beweglich gelagerten Teile, d. h. die Seilrolle mit
Seilrollenachse, die an beiden Enden gelenkig gelagerten Kraftmeßvorrichtungen 8
und die an beiden Enden gelenkig gelagerten Stützhebel 11, sind gegen Herausfallen
beispielsweise durch Splinte 17 gesichert.
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Im Ruhezustand, d. h. ohne Belastung, wird die Seilrollenachse mit
Seilrolle und darüberlaufendem Zugseil durch die Kraftmeßvorrichtung in einer bestimmten,
in Fig. 4 gezeigten Stellung gehalten. Das Innere der Kraftmeßvorrichtungen, die
hier mit hydraulischer Meßwertübertragung ausgestattet sind, obgleich die Meßwertabnahme
an den Meßvorrichtungen auch mit Hilfe von elektrischen oder elektromechanischen
Vorrichtungen durchgeführt werden kann, ist dabei mit einer geeigneten Meßflüssigkeit
gefüllt.
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Bei Belastung wirkt, wie dies schematisch beispielsweise aus Fig.
2a zu ersehen ist, die Last Q auf die Seilrolle und Seilrollenachse am Ausleger
ein. Der Durchmesser des Seilrollenlagers ist so groß gewählt, daß bei maximaler
Belastung die Kraftmeßvorrichtungen noch ungehindert ausgelenkt werden können. Da
die Seilrollenachse mit Hilfe der gelenkig gelagerten, im übrigen aber als starr
anzunehmenden Stützhebel 11 und durch die begrenzt zusammendrückbaren Meßvorrichtungen
8 abgestützt ist, wird bei wachsender Belastung der Punkt 4, d. h. die Seilrollenachse,
einen kleinen Kreisbogen um den Befestigungspunkt der Stützhebel 11 mit dem
Radius der Stützhebel beschreiben. Werden die Kraftmeßvorrichtungen belastet, dann
wird die Meßflüssigkeit aus den beiden Kraftmeßvorrichtungen proportional zur Last
herausgedrückt und löst über zwei Leitungen 31a und 31b,
die an einem
nicht dargestellten Punkt zur Bildung eines Mittelwertes der Meßwerte miteinander
verbunden sind, bei Erreichen der maximal zulässigen Belastung, d. h. bei Erreichen
des maximal zulässigen Last- oder Kippmomentes, die gewünschten oder geforderten
Schaltvorgänge bzw. hörbare oder sichtbare Signale aus.
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Für den Fall, daß die Last nicht unmittelbar an einer Seilrolle, sondern
über einen Mehrfach-Flaschenzug angreift, ändert sich die Richtung, in der die Kraftmeßvorrichtung
8 in bezug auf die Richtung der angreifenden Last und die Richtung der Seilkraft
bzw. die Richtung des Stützhebels angebracht sein muß. In diesem Falle ist es zweckmäßig,
die Montageplatten 14 nach unten (nicht dargestellt) etwas zu verlängern und noch
eine Anzahl von Bohrungen, d. h. zusätzliche Befestigungsmöglichkeiten für die Kraftmeßvorrichtung
zu schaffen, wobei der Winkel zwischen der Federkraft F und der Seilkraft S, der
im vorliegenden Beispiel zu 50° gewählt worden war, entsprechend der Anzahl der
verwendeten Rollen im Flaschenzug größer wird.
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Die Erfindung wurde zwar an Hand einer rein schematisch gezeigten
beispielsweisen Ausführungsform beschrieben. Es leuchtet dem Fachmann jedoch ohne
weiteres ein, daß die Erfindung im Rahmen der Ansprüche noch abgewandelt werden
kann. Ferner muß darauf verwiesen werden, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
praktisch für alle beliebigen Arten von Auslegerkrananlagen eignet und ohne große
Mühe nachträglich in jeden Kran eingebaut werden kann. In diesem Falle ist es lediglich
erforderlich, daß neben einer Umlenkrolle für das Zugseil, die sowohl oberhalb als
auch unterhalb des Zugseils angebracht werden kann, die Stützhebel 11 und
die Kraftmeßvorrichtungen 8 angebracht werden und daß der Durchmesser der Lager
für die Seilrollenachse entsprechend der maximalen Auslenkung der Kraftmeßvorrichtung
bemessen werden.