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Vorrichtung zur Begrenzung des Lastmomentes von Kranen od. dgl. Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Begrenzung des Lastmomentes von
Kranen od. dgl., bei welcher das Lastmoment mittels einer zwischen Kranober- und
-unterwagen wirkenden Meßeinrichtung ermittelt wird, durch die beim Erreichen eines
bestimmten, von dem Ober- auf den Unterwagen wirkenden Kippmomentes selbsttätig
ein Sicherheitsschalter betätigt wird. Die Erfindung bezweckt,. eine Vorrichtung
dieser Art so zu gestalten, daß auch bei Veränderungen des zulässigen Lastmomentes,
die z. B. durch Verstellung von Stützarmen bedingt sind, gefahrlos die jeweils größtmögliche
Belastbarkeit des Kranes ausgenutzt wird. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß
zur Beeinflussung des Sicherheitsschalters zwei oder mehr Kurvenscheiben vorgesehen,
welche, wie an sich bekannt, so gestaltet sind, daß sie nach Maßgabe der der Auslegerseitenschwenkbewegung
entsprechenden Relativbewegung zwischen ihnen und dem Sicherheitsschalter die durch
das seitliche Schwenken des Auslegers bedingten Lageänderungen des Schnittpunktes
der senkrechten Auslegerebene mit der Kippkante berücksichtigen, wobei jede der
Kurvenscheiben einer anderen von zwei oder mehr verschiedenen Stützbasen des Kranes
entspricht, die z. B. durch Ein- und Ausschieben von Stützarmen gebildet werden,
und jeweils dann selbsttätig in Wirkungsverbindung mit dem Sicherheitsschalter oder
einem von mehreren Sicherheitsschaltern gebracht wird, wenn die zugehörige Stützbasis
verwirklicht ist. Es ist aber auch möglich, daß für den genannten Zweck in einer
an sich bekannten, zur Ermittlung des Lastmomentes dienenden Wheatstoneschen Brücke
zwei Widerstände zwei solchen zwischen dem Oberwagen und dem Unterwagen wirkenden
Kräften entsprechen, deren Verhältnis zueinander dem jeweiligen Lastmoment entspricht,
und daß ein weiterer in der Wheatstoneschen Brücke befindlicher Widerstand zur Berücksichtigung
der in Auslegerrichtung gemessenen Lagenänderung des Schnittpunktes der senkrechten
Auslegerebene mit der Kippkante des Unterwagens verstellt wird.
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Es ist an sich bekannt, daß man bei einem Kran mit veränderlicher
Ausladung durch eine selbsttätig wirkende Vorrichtung den Umstand berücksichtigt,
daß das zulässige Lastmoment mit wachsendem Schwenkwinkel abnimmt und dann, wenn
der Ausleger senkrecht zur Fahrtrichtung steht, seinen niedrigsten Wert erreicht.
Hierbei wird aber, abweichend von der Erfindung, nicht eine zwischen Kranober- und
-unterwagen wirkende Meßeinrichtung verwendet. Viehmehr werden drei Größen, nämlich
die am Ausleger hängende Last, der Neigungswinkel des Auslegers und die Seitenschwenkstellung
des Auslegers, ermittelt und zur Einstellung von drei Spannungsteilern verwendet,
von denen zwei in Reihe und einer in den Stromkreis der betreffenden Anzeigevorrichtung
geschaltet sind. Hierbei wird aber nicht jeder mögliche Fall der Änderung des zulässigen
Lastmomentes, insbesondere nicht der Einfluß der Verstellung von Stützrahmen, berücksichtigt.
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Bei einem Eisenbahnkran ist an sich die Anwendung einer Kurvenscheibe
zu dem Zweck bekannt, den Umstand zu berücksichtigen, daß das zulässige Lastmoment
bei einer Einstellung des Auslegers quer zur Fahrtrichtung kleiner ist als bei einer
Einstellung des Auslegers in Fahrtrichtung. Hierbei dient zur Ermittlung des jeweiligen
Lastmomentes ein Spannungsmesser, der zwischen einem hochragenden Teil des schwenkbaren
Kranoberbaues und einem an dem Ausleger angreifenden Hubseil angeordnet ist und
der beim Erreichen eines vorher bestimmten Lastmomentes einen Schalter in den Stromzuführungsleiiungen
zu den betreffenden Kranmotoren öffnet. Parallel zu diesem Schalter ist aber ein
weiterer Schalter angeordnet, der nur dann geöffnet wird, wenn sich der Kranausleger
in bestimmten Sektoren des Schwenkkreises befindet, die symmetrisch zu einer quer
zur Fahrtrichtung liegenden Achse sind. Dieser zweite Schalter wird betätigt mittels
einer Rolle, die an dem schwenkbaren Kranoberwagen gelagert ist und durch eine Feder
in Anlage an der Umfangsfläche der am Unterwagen festsitzenden Kurvenscheibe gehalten
wird. Bei dieser Vorrichtung liegt sonach die das Lastmoment ermittelnde Meßeinrichtung
nicht zwischen dem Ober- und dem Unterwagen, und die Vorrichtung
paßt
sich nicht selbsttätig an alle möglichen Änderungen der Stützbasis an, wie sie z.
B. durch Ein- und Ausschieben von Stützarmen bewirkt werden.
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Eine Kurvenscheibe zur Berücksichtigung der je nach der Schwenkstellung
des Auslegers verschieden großen zulässigen Lastmomente ist auch bei einem Schwimmkran
angewendet worden. Diese Kurvenscheibe ist in der Glocke des Kranes gelagert und
wird durch ein Zahnrädergetriebe, das mit einem an der Kransäule sitzenden Schwenkkranz
im Eingriff ist, proportional dem Schwenkwinkel der Glocke gedreht. Gegen die Kurvenscheibe
stützt sich ein elektrischer Kontakt, der mit einem an einem Pendel hängenden Kontakt
einen Krängungsmesser bildet. Hierbei spricht also die Sicherheitsvorrichtung auf
den jeweils zulässigen Krängungswinkel des Schwimmkranes an.
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Eine Wheatstonesche Brücke wird bei einem bekannten Schwenkkran dazu
benutzt, das jeweilige Lastmoment aus der Last und dem Neigungswinkel des Auslegers
zu ermitteln. Nicht jedoch werden Änderungen des zulässigen Lastmomentes, z. B.
in Abhängigkeit von der Seitenschwenkung des Auslegers oder von der Verstellung
von Stützarmen, durch Zusammenwirken eines entsprechenden Widerstandes mit zwei
weiteren in der Wheatstoneschen Brücke befindlichen Widerständen berücksichtigt,
die zwei zwischen dem Oberwagen und dem Unterwagen wirkenden Kräften entsprechen.
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Ferner ist die Anwendung einer Kurvenscheibe bei einer Vorrichtung
zur Begrenzung des Lastmomentes eines Mobilkranes bekannt. Doch ist diese Scheibe
fest an dem Kranoberwagen angebracht, und sie dient zur Einstellung eines Ausladungszeigers,
der sich in einem an dem Kranausleger sitzenden Anzeigegerät befindet und mit einem
Lastzeiger zusammenwirkt. Bei diesem bekannten Mobilkran ist ferner vorgesehen,
daß zwei parallel nebeneinander fest angeordnete Kurvenscheiben mit einer umstellbaren,
die Verstellung des Ausladungszeigers bewirkenden Zahnstange so ungeordnet werden,
daß eine der Kurven-Scheiben bei unabgestütztem und die andere Kurvenscheibe bei
abgestütztem Kran Verwendung findet. Hierbei wird aber das Lastmoment nicht mittels
einer zwischen Kranober- und -unterwagen wirkenden Meßeinrichtung ermittelt, durch
die beim Erreichen eines bestimmten, von dem Oberwagen auf den Unterwagen wirkenden
Kippmomentes selbsttätig ein Sicherheitsschalter betätigt wird, und die Bewegung
der die Sicherheitseinrichtung beeinflussenden Rolle längs des Umfanges der Kurvenscheiben
erfolgt nicht nach Maßgabe der Seitenschwenkbewegung des Auslegers.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt; und zwar zeigt Fig. 1 einen Drehkran schematisch, in Fahrtrichtung
gesehen, Fig. 2 einen Rahmen zur Lagerung des Kranoberwagens in Draufsicht, Fig.
3 diesen Rahmen und einen Teil des Kranoberwagens in Seitenansicht, " Fig. 4 eine
Einrichtung zur Betätigung eines Endschalters in Draufsicht, Fig. 5 einen Kräfteplan
und Fig. 6 ein Schaltbild.
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Gemäß Fig. 1 ist der Oberwagen 70 in einem Gelenk 71 an dem oberen
Lagerring des Schwenkkranzes aasgelenkt. An der Spitze des Auslegers greift eine
Kraft Z an, die gleich der Kranlast zuzüglich des halben Auslegergewichtes ist und
die in Bezug auf den Punkt 71 einen Hebelarm y hat. Das Gewicht des Oberwagens 70
ist mit G1 bezeichnet und hat in Bezug auf den Punkt 71 den Hebelarm b. An der dem
Gelenk 71 diametral gegenüberliegenden Stelle wird die Reaktionskraft P zwischen
dem Oberwagen 70 und dem Unterwagen 72 gemessen. Ihr Hebelarm in Bezug auf den Punkt
71 ist mit c bezeichnet. Die Kraft B, die im Punkt 71 angreift und auf den Unterwagen
72 im Sinne einer Vergrößerung des Standmomentes einwirkt, kann nicht bei P gemessen
werden; sie ergibt sich aus der Kräftegleichung B = P-!-GI+Z.
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Eine zusätzliche Sicherheit erhält man, wenn man für B den kleinsten
Wert einsetzt, bei dem der Kran kippen könnte. Bei der Berechnung der Größe B kann
also für den Wert Z ein fester Mindestwert eingesetzt werden.
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Das Gewicht des Unterwagens ist mit G2 und sein Hebelarm in Bezug
auf den Stützpunkt 73 unter den Rädern auf der Seite der Ausladung mit e bezeichnet.
Bezeichnet man noch den waagerechten Abstand der Wirkungslinie der Kraft
B von dem Punkt 73 mit a
und von der Wirkungslinie der Kraft G., mit
d, so ergibt sich in Bezug auf den Punkt 71- die folgende Momentengleichung: P.c-Gl.b
- Z.y. Hieraus folgt: P = Zylc -- G1 blc. Die Momentengleichung
in Bezug auf den Punkt 73 ist: G1 (a +b) -a- G., (a +d)
= Z (y -a) .
Hieraus folgt: Zy = G1 (a-b) +- G2 (a+d) + Za.
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Hieraus ergibt sich in Verbindung mit der Gleichung P = Zylc
-- G1 blc: P = G1 (a+b)lc + G, (a+d)lc + Zalc - G1 blc,
P = (GI +G,+Z)alc+G,dlc.
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Setzt man nun für Z einen Wert A, welcher der Last für das zulässige
Lastmoment bei größter Ausladung entspricht, so erhält man: P = (G1 +G,+A)
- alc --- G.., - dlc .
Setzt man nun hc (G1 +G, +A) =
U und G:, - d1c = V,
so erhält man P = U-a+V.
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Wenn man den Wert P z. B. mit Federn mißt, kann man sonach einen Endschalter
in Abhängigkeit von dem Wert a verstellen.
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Eine Ausführungsform für eine Kippsicherung nach dem erwähnten Prinzip
zeigen die Fig. 2 bis 4. Danach stützt sich eine Plattform 74 des Oberwagens mittels
zweier zylindrischer Tatzen 75 auf einen biegesteifen Rahmen 76, der starr mit dem
oberen Laufring eines Kugelschwenkkranzes verbunden ist. Die Tatzen 75 ruhen auf
Wälzkörpern 77, die sich in Mulden 78 des Rahmens 76 befinden. An dem diametral
gegenüberliegenden Ende des Rahmens 76 ist die
Plattform 74 durch
Zugschrauben 79 und Tellerfedern 80 mit dem Rahmen 76 derart vebunden, daß beim
Kippen der Plattform 74 in dem Gelenk 75, 77, 78 die Tellerfedern 80 zusammengedrückt
werden. Dabei kann in bekannter Weise die Relativbewegung zwischen den Teilen 74
und 76 unmittelbar zur Betätigung eines Sicherheitsschalters verwendet werden, wenn
der Wert a bzw. e gleichbleibt. Zu diesem Zweck dient ein an dem Rahmen 76 sitzender
Stift 81, der über einen Bowdenzug 82 auf einen Endschalter 83 wirkt.
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Der Endschalter 83 wird jeweils durch eine von zwei Kurvenscheiben
84, 85 beeinflußt, von denen die eine bei eingeschobenen Kranstützen und die andere
bei ausgeschobenen Kranstützen in axialer Richtung in diejenige Stellung geschoben
wird, in der sie den Endschalter 83 beeinflußt. Die Kurvenscheiben werden über ein
Schneckengetriebe 86 von dem Krandrehwerk 87 derart angetrieben, daß jeder Drehstellung
des Kranoberwagens eine bestimmte Stellung der Kurvenscheiben zugeordnet ist. Die
Scheiben sind entsprechend dem Wert a nach der Gleichung P = U-a+ V geformt.
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Im vorliegenden Fall ist der Endschalter 83 so eingerichtet, daß beim
Abschalten der Arbeitskontakt unterbrochen wird. Man kann aber die Wirkung des Endschalters
auch umkehren und mit Ruhekontakten Arbeiten. Das Drehwerk ist dann nicht an der
Plattform 74, sondern am Rahmen 76 befestigt und erhält seinen Antrieb z. B. über
Kardangelenke.
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Besonders genau wird die Messung, wenn man nach Fig. 5 an beiden Auflagerstellen
des Oberwagens die Kräfte P und B mißt. Dadurch läßt sich die Resultierende E nach
Lage und Größe bestimmen. Der Hebelarm z der Kraft E in bezug auf den Stützpunkt,
in dem die Kraft B wirkt, kann positiv oder negativ sein. Er wird beim Abschalten
größer sein als a, da dann ja dem Moment aus der Kraft E noch das Moment G,
(d -i- a) entgegenwirkt.
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Die Kräfte P und B lassen sich z. B. mittels elektrischer Widerstands-Druckdosen
messen, wobei die Relativbewegung zwischen Ober- und Unterwagen in kleinsten Grenzen
gehalten wird. Gemäß Fig. 6 werden die den Kräften P und B entsprechenden Widerstände
RP bzw. RB der betreffenden Druckdosen in eine Wheatstonesche Brücke geschaltet,
wobei der Widerstand Ro konstant bleibt und der Widerstand R, durch die Kurvenscheibe
84, 85 entsprechend dem Wert a verändert wird. Der Brückenstrom gibt dann den Impuls
zum Betätigen des Sicherheitsschalters 83, wobei aber noch außer dem Verhältnis
BIP die Größe einer dieser beiden Kräfte berücksichtigt werden muß.