-
Anordnung zum Dämpfen von Pendelbewegungen einer an einem Seil eines
Kranes oder eines anderen Hebezeuges hängenden Last Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zum Dämpfen von Pendelbewegungen einer an einem Seil eines Kranes oder
eines anderen Hebezeuges hängenden Last, wobei das Seil in einem beweglich am Hebezeug
angeordneten Zwischenträger geführt ist, der bei Auslenkung aus seiner Ruhelage
durch ein Pendeln des Seils eine Dämpfung des Pendelns veranlaßt.
-
Beim Verschwenken, Verfahren und; oder beim Heben bzw. Senken von
Lasten an Kranen oder anderen Hebezeugen treten ebene oder räumliche Seilschwingungen
auf. Beim Transport des am Seil hängenden Gutes ist ein zu weites Ausschwingen des
Seils unerwünscht oder gar gefährlich. Es muß demnach zur Erhöhung der Umschlagleistung
und der Betriebssicherheit unter geringerer Beanspruchung des ganzen Hebezeugsystems
und bei einfacher Bedienung des Hebezeuges dafür Sorge getragen werden, daß Pendelschwingungen
des Seils und damit auch einer daran hängenden Last möglichst klein gehalten bzw.
schnell beseitigt werden.
-
Eine Verringerung von Pendelschwingungen könnte durch eine Fesselung
des Tragseils, z. B. durch eine bifilare oder drifilare Aufhängung, angestrebt werden,
jedoch ist diese Anordnung in der Praxis kaum brauchbar, weil sie keine Dämpfung
der Pendelschwingungen des Seils bewirkt und lediglich die Schwingungsdauer der
Pendelschwingungen ändert. Durch dieses Pendeln werden ein vorhandener Ausleger
und auch andere Teile des Kranes sowohl statisch als auch dynamisch in unerwünschter
Weise beansprucht. Zum Vermeiden einer unerwünscht großen Pendelung sind daher besondere
Vorsichtsmaßnahmen beim Bedienen der Hebezeuge notwendig, die jedoch meist ein schnelles
und einfaches Bedienen erschweren.
-
Bei einer bekannten Anordnung werden Pendelbewegungen einer an einem
Seil eines Hebezeuges hängenden Last dadurch gedämpft, daß das Seil an einer beweglich
am Hebezeug angeordneten Anordnung von Armen geführt ist. Diese Arme können in zwei
aufeinander senkrechten Ebenen durch das Seil ausgelenkt werden. Die Arme tragen
Schaltkontakte zur Steuerung elektrischer Antriebsmotoren, welche in Abhängigkeit
von der Richtung und Größe der Seilauslenkung das Hebezeug so steuern, daß durch
geeignete Gegenbewegungen eine Verringerung der Schwingungsamplitude erzielt wird.
Dabei ist jeder Arm mit einem Schaltkontakt versehen und über eine Feder mit einem
einen Gegenkontakt tragenden Schaltarm verbunden. Die Bewegung dieses Schaltarmes
wird durch einen <im lIebezeug angebrachten Zylinder mit Kolben gediiinprt. Ebenfalls
bekannt ist es bei Hebezeugen, die Last zusätzlich durch ein zum Tragseil in möglichst
stumpfem Winkel verlaufendes und durch Federkraft vorgespanntes Nebenseil zu führen.
Jedoch sind hierbei einmal keine ausgesprochenen Dämpfungsmittel vorhanden und zum
anderen wird durch das zusätzliche Nebenseil in vielen Anwendungen, z. B. beim Heben
aus einer Luke, der Einsatz des Hebezeuges behindert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfache Mittel mit
Sicherheit Seilpendelungen klein zu halten und schnell abzubauen. Dies wird bei
der eingangs genannten Anordnung nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der Zwischenträger
mit dem Hebezeug durch federnde und dämpfende Zwischenglieder (Federelemente, Dämpfungsmittel)
verbunden ist, die gegebenenfalls auftretende Pendelbewegungen des Seils durch Aufnahme
der Schwingungsenergie dämpfen. Der Schwingungsträger stellt in dem ganzen System
ein Schwingungsglied dar,. das im Gegensatz. zu der bekannten Ausführung, bei der
das Seil innerhalb einzelner, unabhängig voneinander auslenkbarer Arme geführt ist,
dauernd auf die Bewegung des Seils dämpfend einwirkt, also auch dann, wenn das ausgelenkte
Seil zu seiner Nullage hin zurückschwingt. Auf diese Weise kann eine gute Dämpfung
erzielt werden, so daß es nicht erforderlich ist, eine elektrische Steuerung der
Antriebsmotoren zur Verringerung der Seilschwingungen anzuwenden.
-
Zur Erläuterung der Erfindung sind einige Ausführungsbeispiele in
der Zeichnung schematisch dargestellt.
-
In F i g. 1 ist ein verfahrbarer Portalkran mit einem feststehenden
Ausleger 1 in schematischer Weise
angedeutet, der einen in
der Ebene der Fahrtrichtung beweglichen Zwischenträger 2 aufweist, der begrenzt
beweglich am Ausleger 1 angeordnet und durch Federelemente 4 und Dämpfungsmittel
5 nach beiden Seiten gefesselt ist. Ein eine Last 8 tragendes Seil 7 greift
am Zwischenträger 2 an. Das masselos gedachte Seil 7 hat vom Zwischenträger 2 aus
eine freie Länge L. Die Last 8 an seinem unteren Ende hat eine Masse mp.
In der gezeichneten Stellung ist das Seil 7 um einen Winkel 99 gegen seine senkrechte
Ruhelage ausgeschwenkt, und der Mittelpunkt des Zwischenträgers 2 ist um eine Strecke
e aus seiner bezüglich des Auslegers 1 geltenden Mittellage M verschoben, wobei
der Portalkran ebenfalls, bezogen auf den Ausleger 1, um eine Strecke x aus seiner
Anfangsstellung A verschoben ist. Die Last 8 am Ende des Seils 7 mit der Länge L
ist dann gegen die Mittellage M um die Summe der Strecken @ + e verschoben.
Für diesen Schwingungsverband gelten die Bewegungsgleichungen Für die Pendelbewegung
des Seils die an sich bekannte Formel
und für den Zwischenträger
In den vorgenannten und folgenden Gleichungen bedeuten x = Kranfahrweg (Entfernung
des Mittelpunktes M des Auslegers 1 von der Anfangslage
A),
z = Kranfahrgeschwindigkeit, z = Kranfahrbeschleunigung, = Entfernung
des Zwischenträgers 2 aus seiner Ruhelage, Verschiebegeschwindigkeit des Zwischenträgers
2, = Verschiebebeschleunigung des Zwischenträgers 2,
ml = Masse des Zwischenträgers
2, c = Federkonstante, D = Dämpfung, L = Seillänge, L = Seilgeschwindigkeit, L =
Seilbeschleunigung, mp = Masse der Last, g2 = Seilpendelwinkel, = Winkelgeschwindigkeit
der Seilauslenkung, qi = Winkelbeschleunigung der Seilauslenkung, r@ = Ausschlag
der Last 8 aus ihrer Ruhelage, il = Auslenkgeschwindigkeit der Last 8, ij = Auslenkbeschleunigung
der Last 8, g. = Erdbeschleunigung, bo = Abklingkonstante infolge Dämpfung, vo =
Eigenfrequenz des Zwischenträgers 2.
Es gilt nun: q = L (für kleine
Winkel 99) (3)
(Masseverhältnis von Last 8 und Zwischenträger 2). Mit diesen Vereinfachungen
ergibt sich dann für die Darstellung der Pendelschwingung der Last 8 am Seil 7 und
des Zwischenträgers 2 das Differentialgleichungssystem
Die Aufgabe lautet nun, die Dämpfung D; die Federkonstante c und die Masse mi des
Zwischenträgers 2 so zu bestimmen, daß die Eigenpendelungen des Systems optimal
gedämpft werden. Betrachtet man zunächst die freien Schwingungen des Systems, in
dem man bei feststehendem Kran (x = 0, z = 10, z = 0) und bei zur Zeit t = 0 beliebigen
Anfangsbedingungen ri (0) = rlo, il (0) = 0, 5 (0) und ; (0) = 0 ausgeht,
so erhält man aus den Gleichungen (7) und (8) die Bewegungsgleichungen für die freien
Schwingungen, und zwar die Gleichungen
Für bestimmte maximale Werte für x und L ergeben sich zeitliche Beziehungen von
x, L, 11, 5 und + ji. Beim Verfahren des Kranes mit konstanter oder veränderbarer
Seillänge (Anheben bzw. Senken der Last) und beim Stillsetzen des Kranes werden
Schwingungen eingeleitet, die im ungedämpften System nur langsam abklingen und sich
beim Lastheben aufschaukeln. Beim erfindungsgemäß angeordneten Zwischenträger 2
hingegen klingt der Stoß schnell ab, Auch der Anfangsausschlag wird normalerweise
bei der erfindungsgemäß ausgeführten Anordnung geringer als beim ungedämpften System
sein. Selbst wenn aber beim Anfahren aus dem Stillstand der erste Schwingungsausschlag
größer als beim ungedämpften System sein sollte, so wird auch in diesem ungünstigen
Fall innerhalb einer kurzen Zeit die Schwingung auf einen ganz kleinen Wert gedämpft,
der nur einen Bruchteil des ungedämpften Wertes ausmacht.
-
Um eine Dämpfung des räumlich schwingenden Seiles zu erreichen, ist
vorgesehen, den Zwischenträger
in einer Führung anzuordnen, die
ihrerseits in einer im wesentlichen senkrecht zur Beweglichkeit des Zwischenträgers
stehenden Ebene federgefesselt und gedämpft beweglich am Kranausleger od. dgl. angeordnet
ist. Der Zwischenträger und/oder seine Führung können sowohl entweder geradlinig
verschiebbar oder drehbar angeordnet sein, oder es können beide Möglichkeiten kombiniert
angewendet werden.
-
Die Mittel zum Dämpfen sind in den F i g. 2 bis 7 für einige Ausführungsbeispiele
in schematischer Weise angedeutet, wobei die Anordnung nach F i g. 2 für eine Dämpfung
in einer Ebene vorgesehen ist, wie sie beispielsweise bei Portalkränen ausreicht.
Die Anordnung nach F i g. 2 kann im Zusammenhang mit F i g. 1 betrachtet werden,
wobei der Zwischenträger 2 als balkenartiger Körper am Ausleger 1 an einem Drehpunkt
3 schwenkbar gelagert und an seinem freien Ende mit einer Umlenkrolle 9 versehen
ist. Durch entsprechende, nicht näher gezeigte Begrenzungsteile ist er in seinem
Auslenkwinkel am Ausleger 1 festgelegt. Der Zwischenträger 2 ist am Ausleger 1 in
beiden Richtungen durch die Kombination von Federelementen 4 und Dämpfungsmitteln
5 so gefesselt daß er normalerweise eine Mittellage M bezüglich des Auslegers 1
einnimmt. Die Federkonstante c und die Dämpfung D kann durch Nebenschlüsse oder
Verstellorgane 6 in zum Teil nicht näher dargestellter Weise an die Größe der Last
8 angepaßt werden. Für die meisten Fälle der Praxis wird es jedoch genügen, diese
Größen auf mittlere Verhältnisse der Last 8 zu den Geschwindigkeiten einzustellen,
die den häufigsten Beanspruchungen entsprechen. Die Federkonstante c und die Dämpfung
D als bestimmende Größen für Eigenschwingung und Dämpfung des Systems können in
Abhängigkeit von der Last 8 bzw. zum mittleren Seilzug verändert und somit an die
optimalen Verhältnisse angepaßt werden. Diese Anpassung kann entweder von Hand oder
durch eine automatische Regeleinrichtung erfolgen.
-
Eine weitere Variante für einen nur in einer Ebene beweglich geführten
Zwischenträger für Toppen und Fieren eines Auslegers ist in F i g. 3 gezeigt, bei
der ein Zwischenträger 10 um die Achse der Umlenkrolle 9 schwenkbar angeordnet und
an einen Träger 11 für die Umlenkrolle 9 mittels Dämpfungsmittel 5 und Federelemente
4 gefesselt ist. Dieser Träger 11 ist seinerseits mit dem Ausleger verbunden, der
als Parallelogrammführung zwei parallele Stützen 12,13 aufweist, die nach
oben oder unten verschwenkt werden können. Hierbei ist eine in der Zeichenebene
liegende Pendelung möglich, die durch den angelenkten Zwischenträger 10 auf Grund
der vorgesehenen Federfesselung und Dämpfung schnell abgebaut wird.
-
Im allgemeinen wird das Seil 7 räumliche Pendelungen ausführen. Für
deren Dämpfung dient eine in F i g. 4 gezeigte Anordnung, wobei der Ausleger der
Einfachheit halber weggelassen ist und nur die Verbindung einer Führung
14 für einen Zwischenträger 15
mit dem Ausleger durch eine Feder 17
und ein Dämpfungsglied 18 gezeigt ist. Dabei ist die Führung 14 am Ausleger um einen
Drehpunkt 16 schwenkbar und trägt geradlinig verschiebbar den Zwischenträger 15
für die Umlenkrolle 9 für das Seil 7.
-
Eine andere Möglichkeit für die Dämpfung räumlicher Pendelungen ist
in F i g. 5 und 6 angedeutet, bei der ein Zwischenträger 20 um die Achse der Umlenkrolle
9 schwenkbar gelagert ist und diese Umlenkrolle 9 ihrerseits an einer um einen Drehpunkt
23 dazu in senkrechter Ebene verschwenkbaren Führung 21 befestigt ist, die an einem
Ausleger 22 aufliegt und deren seitliche Ausschläge durch nicht näher dargestellte
Begrenzungsteile des Auslegers 22 begrenzt sind, wobei wiederum sowohl der Zwischenträger
20 als auch die Führung 21 untereinander mit dem Ausleger 22 durch Federglieder
4 bzw. 17 und Dämpfungsmittel 5 bzw. 18 verbunden sind.
-
In Fortbildung einer Anordnung zur Dämpfung räumlicher Pendelungen
zeigt die F i g. 7 eine Anordnung einer kardanischen Aufhängung an einem Ausleger
26 in Verbindung mit einer Parallelogrammführung 25. Hierbei ist mit der Parallelogrammführung
25 und dem Ausleger 26 ein äußerer ringförmiger Träger 27 verbunden, an dem kardanisch
ein zweiter ringförmiger Körper 28 gedämpft gefesselt angeordnet ist, der in dazu
senkrechter Richtung einen entsprechenden Zwischenträger 29 für die Umlenkrolle
9 für das Seil 7 ebenfalls gedämpft und daher gefesselt trägt, so daß sich eine
kardanische Aufhängung üblicher Art ergibt. Hierbei werden insbesondere Drehflügeldämpfer
30 und Drehstabfedern 31 benutzt. Der Zwischenträger 29 ist um eine Achse senkrecht
zur Drehachse des Körpers 28 drehbar gelagert und durch die Drehstabfeder 31 und
den Drehflügeldämpfer 30 mit dem Körper 28 verbunden. Ebenfalls ist der Körper 28,
der mittels einer Achse am Träger 27 drehbar gelagert ist, durch die andere Drehstabfeder
31 und den Drehflügeldämpfer 30 mit dem Träger 27 verbunden.