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Einrichtung zur selbsttätigen Begrenzung des Lastmomentes bei Auslegerkranen
mit hydraulischem Antrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen
Begrenzung des Lastmomentes bei Auslegerkranen, deren Hubwerk hydraulisch angetrieben
und deren Ausleger ebenfalls hydraulisch abgestützt wird.
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Für diese Kranbauart sind bereits Sicherheitseinrichtungen bekannt,
die den in den Stützpressen des Auslegers oder im Antriebsmotor des Hubwerks auftretenden
Flüssigkeitsdruck als eine und die Neigung des Auslegers als andere Größe zum Messen
des Lastmomentes und Stillsetzen des Auslegerantriebs benutzen. In einem Fall (deutsche
Patentschrift 1072 788) ist an die Druckmittelleitung zur Stützpresse ein in einem
Zylinder geführter, gegen die Kraft einer Feder verschiebbarer Kolben angeschlossen.
Die Vorspannung der Feder wird durch einen von einer Steuerkurve verschobenen, als
Widerlager für die Feder dienenden Stößel verändert. übersteigt der in der Stützpresse
auftretende Druck die Vorspannkraft der Feder, dann wird der Kolben verschoben und
schaltet dabei das Steuergerät so, daß die Zuleitung zur Stützpresse von der Druckmittelzu-
oder -abfuhr absperrt.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung (deutsche Patentschrift 1188
256) wird der Hub eines federbelasteten Meßkolbens auf einen Schiebekontakt übertragen,
der mit einer zusammen mit dem Ausleger bewegten stromführenden Kontaktkurve zusammenarbeitet
und bei Berühren einen im Stromkreis liegenden Steuerschieber für die Ausleger-Stützpresse
umschaltet.
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Der gemeinsame Nachteil beider Ausführungsarten ist darin zu erblicken,
daß die Steuerkurven und Stößel bzw. Gestänge, die zum Messen und übertragen der
Auslegerstellung notwendig sind, zum Teil mit sehr großen Kräften belastet und daher
einem starken Verschleiß unterworfen sind. Außerdem sind die Kosten für die mit
großer Präzision herzustellenden Steuerkurven und Gestängegelenke hoch, und trotz
regelmäßiger Wartung kann die Betriebssicherheit nicht als gut bezeichnet werden.
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Ähnlich ungünstige Verhältnisse liegen bei einer anderen bekannten
Einrichtung vor, bei der der Arbeitsdruck im hydraulischen Antrieb des Hubwerks
in einer Druckmeßvorrichtung gemessen wird und die Auslegerstellung sich über ein
Gestänge auf einen parallel zum Stellglied der Druckmeßdose verschiebbaren Schalter
überträgt (deutsche Patentschrift 1050 523). Bei Betätigung des Schalters durch
das Schaltglied des Meßkolbens wird der Antrieb des Hubwerks im Sinne von »Heben«
und der Antrieb des Wippwerks im Sinne von »Neigen« abgeschaltet. Die Einrichtung
arbeitet ordnungsgemäß in allen Betriebszuständen, bei denen der Meßkolben sich
in einer der angehängten Last entsprechenden Stellung befindet. Wird z. B. die Last
mit dem Hubwerk angehoben und der Ausleger anschließend abgesenkt, so erfolgt eine
Abschaltung bei derjenigen Neigung, bei der das zulässige Lastmoment erreicht ist.
Soll hingegen die Last einzig durch Aufrichten des Auslegers angehoben werden, so
ist keine Gewähr dafür gegeben, daß sich über das Hubseil und den Hubwerksantrieb
im Meßzylinder ein Druck in der maßgeblichen Höhe aufbaut. Es kann also unter Umständen
eine zu schwere Last angehoben werden, wodurch die Kippgrenze überschritten werden
kann.
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Auch von den beiden erstgenannten bekannten Sicherheitseinrichtungen
werden diejenigen Betriebszustände nicht erfaßt, bei denen sich in den Stützpressen
des Auslegers kein Druck aufbauen kann, wenn sich dessen Kolben in der tiefsten
Stellung möglicherweise auf dem Zylinderboden und nicht auf einem Hydraulikvolumen
abstützt. Wird z. B. in einer derartigen tiefsten Stellung des Auslegers eine Last
mit dem Hubseil angehoben, so kann deren Gewicht nicht erfaßt und der Hubvorgang
nicht unterbrochen werden, wenn das zulässige Lastmoment überschritten wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die in
allen Betriebszuständen einwandfrei und betriebssicher arbeitet und die teure und
verschleißgefährdete Teile weitgehend vermeidet. Dabei werden mechanische Übertragungsteile
zwischen dem Ober- und dem Unterwagen eines Kranfahrzeugs ganz durch hydraulische
oder elektrische ersetzt.
Bei einer Einrichtung zur selbsttätigen
Begrenzung des Lastmomentes bei Auslegerkranen mit über Steuergeräte gesteuertem,
hydraulisch angetriebenem Hubwerk und mittels hydraulischer Stützpressen abgestütztem
Ausleger durch Stillsetzen des Antriebs für dasjenige Arbeitsgerät, durch dessen
Bewegung der jeweils zulässige Höchstwert des Lastmomentes erreicht wird, wobei
der Druck in den Stützpressen des Auslegers auf das Stellglied einer Druckmeßvorrichtung
wirkt, das gegen die Kraft einer Feder verschiebbar ist und mit Schaltmitteln verbunden
ist, gelingt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß gemäß der Erfindung eine zweite
Druckmeßvorrichtung an den hydraulischen Kreislauf des Antriebs des Hubwerks angeschlossen
ist, deren Stellglied gegen die Kraft einer Feder verschiebbar und mit Schaltmitteln
versehen ist, welche mit den Schaltmitteln des anderen Stellgliedes zusammenarbeiten
und bei Erreichen der Lastmomentgrenze einen Impuls zum Stillsetzen der Antriebe
liefern. Mit den Druckmeßeinrichtungen werden die Arbeits- bzw. Reaktionsdrücke
in beiden hydraulischen Antrieben gemessen und in Beziehung zueinander gesetzt.
Das Lastmoment wird also aus der gewogenen Last und aus dem von ihr in der Stützpresse
erzeugten Druck festgestellt. Die Federkennlinien der Stellglieder sind hierbei
so aufeinander abgestimmt, daß der zu jeder Last gehörige Stellweg das eine Schaltmittel
in eine Position bringt, in der es vom Schaltmittel des anderen Stellgliedes betätigt
wird, wenn dessen Stellweg dem in der Stützpresse höchstzulässigen Druck entspricht.
Eine unmittelbare Berücksichtigung der Auslegerneigung ist also überflüssig, ebenso
ein kostspieliges, anfälliges und betriebsunsicheres Gestänge. Es werden auch die
bislang nicht erfaßten gefährlichen Bewegungsvorgänge begrenzt bzw. ganz unterbunden,
da das Anheben einer Last sowohl durch Aufrichten des Auslegers als auch mit dem
Hubseil bei aufsitzendem Kolben der Stützpresse jeweils mindestens eine Meßvorrichtung
zum Ansprechen veranlaßt, so daß deren Meßweg einen Abschaltimpuls zu liefern vermag.
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Es ist vorteilhaft, in Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die Druckmeßeinrichtungen
so zueinander anzuordnen, daß ihre Stellglieder längs paralleler Bahnen und bei
Beaufschlagung in der gleichen Richtung verschiebbar sind. Die Schaltmittel sind
dabei hintereinander angeordnet, und zwar liegt das vom Druck in dem Antrieb des
Hubwerks bewegte Schaltmittel weiter vorn. Dadurch stellt sich beim Heben einer
Last mit dem Hubseil dieses Schaltmittel unbeeinflußt durch die andere Druckmeßvorrichtung
ein und ist anschließend bereit, den Abschaltimpuls zu liefern, wenn beim Neigen
des Auslegers der zulässige Lastmomentbetrag erreicht wird, das andere Schaltmittel
also ebenfalls auf seinem Meßweg in diese Stellung verschoben wurde,- Wird der Ausleger
anschließend wieder aufgerichtet und damit aus dem gefährlichen Bereich herausgeführt,
so sinkt der Druck in der Stützpresse, und das Schaltmittel entfernt sich wieder
von dem anderen, derzeit feststehenden Schaltmittel.
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Wird eine Last mittels des Auslegers angehoben, ohne vorher »gewogen«
worden zu sein, so muß verhindert werden, daß beim späteren Neigen des Auslegers
mit dieser Last die Lastmomentgrenze überschritten wird. Da die ungünstigste Stellung
des Auslegers seine tiefste Stellung ist, muß die Abschaltung dann erfolgen, wenn
die Stützkraft der in dieser Stellung noch zulässigen Last entspricht. Den zugehörigen
Meßweg kann das Schaltmittel bis zur Abschaltung durchlaufen, weil sich das andere
Schaltmittel in Ruhestellung um diesen Betrag weiter vorn befindet. Das Stillsetzen
des Auslegers beim Neigen erfolgt also immer dann, wenn das maximal zulässige Lastmoment
erreicht ist; das ist bei einer großen Last bei einer steileren Stellung des Auslegers
der Fall als bei einer kleinen. Die Tragkraft des Kranes wird jedoch bei dieser
Betriebsart nicht voll ausgenutzt; die Bedienungsperson wird viehmehr im Normalfall
jede Last, nachdem der Lasthaken durch Absenkers und/oder Neigen des Auslegers in
die richtige Stellung gebracht wurde, zuerst mit dem Windwerk anheben und dann erst
auch horizontal durch Betätigen des Auslegers bewegen.
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Damit der einmal eingestellte Zustand der die Last wiegenden zweiten
Druckmeßvorrichtung auch erhalten bleibt, wenn der Arbeitsdruck infolge Wirkungsgradeinflüssen
oder durch schnelles Absenken des Auslegers sinkt, ist in Weiterausgestaltung der
Erfindung in der Zuleitung zur zweiten Druckmeßvorrichtung ein Rückschlagventil
angeordnet, das vom Stellglied der anderen Druckmeßvorrichtung erst entsperrt wird,
wenn diese entlastet, die Last also abgesetzt ist. Erst dann kehrt auch das erste
Stellglied in die Ruhelage zurück und ist zum Wiegen der nächsten Last betriebsbereit.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach
der Erfindung in Form eines Schaltschemas dargestellt.
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Auf einem Oberwagen 1, eines Kranes ist ein Ausleger 2 gelagert, der
mittels einer hydraulischen Stützpresse 3 verstellt werden kann. Ein Hubwerk 4 hat
als Antrieb 5 einen hydrostatischen Motor. Das Druckmittel wird von einer durch
einen Elektromotor 6 angetriebenen Pumpe 7 geliefert, die es aus einem Behälter
8 ansaugt und in eine Förderleitung 9 drückt. Von dieser Förderleitung 9 zweigt
eine Nebenleitung 10 ab, die zu einem überdruckventil 11 führt. Für die Steuerung
der Antriebe 3, 5 sind zwei mittels Handhebel 12,13 zu betätigende Steuerschieber
14,15 vorgesehen, die durch eine Druckmittelleitung 16 hydraulisch hintereinandergeschaltet
sind. Befinden sich beide Steuerschieber 14,15 in einer durch Rückholfedern 17,18
gewährleisteten Mittellage, dann kann das Druckmittel drucklos durch eine Rücklaufleitung
19 in den Behälter 8 abfließen. Der in Fließrichtung erste Steuerschieber 14 ist
durch eine Leitung 20 an die Stützpresse 3 des Auslegers 2 angeschlossen, wobei
ein in dieser Leitung 20 liegendes, steuerbares Rückschlagventil 21 bei Unterbrechung
der Druckmittelzufuhr den Ausleger 2 festhält und gleichzeitig den Steuerschieber
14 vom Reaktionsdruck entlastet. In Fließrichtung zur Stützpresse 3 hinter dem Rückschlagventil21
ist mittels einer Zweigleitung eine Druckmeßvorrichtung 22 bis 27 angeschlossen,
die im wesentlichen aus einem Meßkolben 22, einem an dessen Kolbenstange befestigten
Federteller 23, einer Druckfeder 24 und einem durch einen Gewindestift 25 verstellbaren
Widerlager 26 für die Druckfeder 24 besteht. Durch eine Ausnehmung im Gehäuse der
Meßdose ragt als Schaltmittel ein Schaltglied 27 nach außen, das einen an einem
Meßkolben 28 einer anderen Druckmeßvorrichtung 28, 29 als zweites Schaltmittel befestigten
Schalter 29 betätigt. Der
übrige Aufbau dieser Druckmeßvorrichtung
28, 29
ist gleich dem der vorher beschriebenen. Angeschlossen ist die zweite
Druckmeßvorrichtung 28, 29 an eine vom Steuerschieber 15 zum Antrieb 5 des Hubwerks
4 führende und beim Heben mit Druckmittel beaufschlagte Leitung 30. In eine von
der Leitung 30 abzweigende Zuleitung 31 sind hintereinander eine Drossel32
und ein Rückschlagventil 33 eingefügt, wobei das Rückschlagventil 33 in Richtung
zur Druckmeßvorrichtung 28, 29 hin freien Durchfluß gewährt, wogegen in der umgekehrten
Richtung Druckmittel nur abfließen kann, wenn der in Ausgangsstellung befindliche
Meßkolben 22 der ersten Druckmeßvorrichtung 22 bis 27 mit einem
rückwärts verlängerten Stift des Schaltgliedes 27 das Rückschlagventil33 entsperrt.
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Die elektrische Ausrüstung der Sicherheitseinrichtung umfaßt außer
dem bereits erwähnten Schalter 29 und zwei Endschaltern 34, 35 für die höchste und
tiefste Stellung der Hakenflansche mehrere Haftmagnete 36, 37, 38 mit Spulenkernen
39, 40, 41, die am freien Ende den Handhebeln 12,13 der Steuerschieber
14,15 als Schwenklager dienen; zu diesem Zweck sind die Handhebel 12,13 am
Ende mit einer Kugel versehen. Die Betätigungskraft wird von den Handhebeln 12,
13 über Schub- und Koppelstangen 42, 43 bzw. 44, 45 auf die Steuerschieber 14, 15
übertragen. Der Haftmagnet 36, auf dessen Spulenkern 39 sich der Handhebel
13 beim Schwenken in Richtung S - Senken - abstützt, liegt elektrisch in
Reihe mit dem Endschalter 34, der das Senken des Hubseils begrenzt und dabei von
einem nicht dargestellten Seilführungsschuh betätigt wird und die Magnetspule 36
stromlos macht. Die für Heben des Hubseils und Neigen des Auslegers benötigten Haftmagnete
37, 38 sind parallel geschaltet und liegen in Reihe mit dem Schalter 29 der
Druckmeßvorrichtung 22 bis 27, 28, 29 und mit einem Endschalter
46, der von einem Anschlag 47 des Auslegers 2 in dessen tiefster Stellung
betätigt wird. Ebenfalls in Reihe liegt der Endschalter 35, der den Hub des
Hubseils nach oben begrenzt. Durch einen Hauptschalter 48
kann die Anlage
still- oder in Betrieb gesetzt werden.
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Wird eine Last gehoben, so wird zunächst Handhebel 13 in Richtung
H - Heben - verstellt, wodurch das rechts gezeichnete Fließschema H des Steuerschiebers
15 wirksam wird. Das bisher drucklos durch die Rücklaufleitung 19 abfließende
Druckmittel gelangt jetzt durch Leitung 30 in den hydrostatischen Antrieb
5 und steigert seinen Druck bis auf den zum Anheben der Last erforderlichen Betrag.
Der Druckanstieg pflanzt sich durch die Zuleitung 31, Drossel 32 und Rückschlagventil
33 zur Druckmeßvorrichtung 28, 29 fort und verschiebt deren Meßkolben 28 gegen die
Kraft der Feder nach rechts. Gleichzeitig baut sich in der Stützpresse 3 ein Reaktionsdruck
auf, der sich durch die Leitung 20 bis zur zweiten Druckmeßvorrichtung 22 bis 27
fortpflanzt und den Meßkolben 22 ebenfalls nach rechts verschiebt. Übersteigt
der Reaktionsdruck den für die Lastgröße zulässigen Wert, dann wird Schalter 29
vom Schaltglied 27 überholt und geöffnet, so daß die Spule des Haftmagnets 37 stromlos,
der Handhebel,13 »weich« und der Steuerschieber 15 mittels der Rückholfeder
18 in die Mittellage zurückgeschoben wird. Die Last kann, da sie für die
Auslegerstellung zu schwer ist, nicht angehoben werden. Erfolgte der Abschaltvorgang
nicht, dann kann die Last bis zur erforderlichen Höhe angehoben werden. Durch Rückstellen
des Steuerschiebers 15 in die Mittellage hört die Druckmittelzufuhr auf, und das
Rückschlagventil33, das vom Schaltglied 27 frei ist, schließt sich, so daß der Meßkolben
28 und mit ihm der Schalter 29 in der eingestellten Lage verbleiben.
Bei Einstellung des Handhebels 12 in Richtung N - Neigen - wird der Steuerschieber
14 nach links auf das Fließschema N verstellt, dabei wird das Rückschlagventi121
entsperrt. Steigt nun durch Neigen des Auslegers 2 der Druck in der Stützpresse
3 und in der zugehörigen Druckmeßvorrichtung 22 bis 27, dann verschiebt sich deren
Meßkolben 22 nach rechts, um bei Überschreitung der Lastmomentgrenze den
Schalter 29 zu betätigen. Dadurch wird die Spule des Haftmagnets 38 stromlos,
und der Handhebel 12 wird mittels der Rückholfeder 17 in die gestrichelt
gezeichnete Stellung gezogen. Die vorher wirksame, rechts gezeichnete Stellung N
des Steuerschiebers 14, bei der das Rückschlagventil21 entsperrt war und
Druckmittel aus der Stützpresse 3 durch die Druckmittelleitung 16 und die Rücklaufleitung
19 abfließen konnte, wird unwirksam, an ihre Stelle tritt wieder das in der Mitte
gezeichnete Fließschema des Steuerschiebers 14, welches Stillstand des Auslegers
2 bedeutet. Da auch die für Heben der Last notwendige Spule des Haftmagnets 37 stromlos
ist, können nur noch die Vorgänge »Last absenken« und »Ausleger aufrichten« durchgeführt
werden, die beide aus dem gefährlichen Lastmomentbereich herausführen. Nach dem
Absetzen der Last sinkt der Reaktionsdruck in der Stützpresse 3 auf Null, und der
Meßkolben 22 kehrt in die Ausgangsstellung zurück, in der er das Rückschlagventil
33 öffnet und dem in der anderen Druckmeßvorrichtung 28, 29 eingeschlossenen
Druckmittel den Abfluß in die Rücklaufleitung 19 ermöglicht. Der Meßkolben
28 kehrt also ebenfalls in die Ruhestellung zurück.
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Soll versehentlich die Last sofort mit dem Ausleger 2 angehoben werden,
so befindet sich der Meßkolben 28 noch in Ruhestellung, und die Last kann nur angehoben
werden, wenn der Weg des Schaltgliedes 27 kleiner bleibt als sein Abstand vom Schalter
29. Dieser Abstand ist so bemessen, daß er dem Meßweg des Meßkolbens 22 entspricht,
den dieser bei einer in tiefster Auslegerstellung noch zulässigen Last zurücklegt.
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Die komplette Meß- und Steuereinrichtung kann an beliebiger Stelle
im Unterwagen des Kranfahrzeugs untergebracht werden, beispielsweise im Führerhaus.
Ihre Funktion kann daher jederzeit leicht überprüft werden, und Beschädigungen an
ungeschützt liegenden Teilen sind ausgeschlossen. Die elektrischen und hydraulischen
Verbindungsleitungen zum Oberwagen 1 sind ohnehin vorhanden und bedürfen keiner
zusätzlichen Überwachung. Die Einrichtung nach der Erfindung bietet somit ein Höchstmaß
an Betriebssicherheit und erfüllt alle geltenden Vorschriften zur Unfallverhütung.
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Auch in demjenigen Fall arbeitet die Sicherheitseinrichtung ordnungsgemäß,
in dem bei unten aufsitzendem Kolben der Stützpresse 3 eine Last mit dem Hubseil
angehoben werden soll. Dieser Zustand kann eintreten, wenn der Kran längere Zeit
außer Betrieb ist und im Leitungssystem und in den Schaltorganen Leckölverluste
auftreten. Da aber in der tiefsten Stellung des Auslegers 2 der Anschlag 47 den
Schalter
46 öffnet und auch weiterhin offenhält, bleibt unter anderem die Spule des Haftmagnets
37 stromlos, und das Verschieben des Handhebels 13 in Richtung H - Heben - hat auf
den Steuerschieber 15 keine Wirkung, so daß die Last nicht gehoben werden kann.
Lediglich ein Aufrichten des Auslegers 2 ist möglich, wodurch aber die normale Arbeitsweise
der Einrichtung wiederhergestellt ist.