DE2703539A1

DE2703539A1 - Teleskopischer kranausleger

Info

Publication number: DE2703539A1
Application number: DE19772703539
Authority: DE
Inventors: William Jack; Robert James Lester
Original assignee: Coles Cranes Ltd
Current assignee: Coles Cranes Ltd
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1977-08-04
Also published as: IT1076309B; DE2703539C2; FR2339562A1; JPS52105451A; DE7702445U1; FR2339562B1; GB1564509A; FI770230A7; JPS5753489U; AU2142877A

Description

PATENTANWÄLTE Telefon(07321) 22487

ZIPSE + HABERSACK Telegramm. ATOMPATENT

Baden-Baden München _L..».n_e.tr_ee. ,_a

* D-7570 BADEN-BADEN

DlPU-INO. H.-J. HABERSACK DIPL.-PHYS. E. ZIPSE

Anmelderin: Coles Cranes Ltd.

Crown Works, Sunderland Tyne 6 Wear, Eng land

TeleskopI scher Kranausleger Priorität: Britische Patentanmeldung Nr. 3444/7S vom 29.1.1976

Die Erfindung betrifft einen teleskopischen Kranausleger und den Querschnitt eines derartigen Auslegers.

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Derartige te!eskopisehe Ausleger oder Arme bestehen im allgemeinen aus zwei oder mehreren "kastenförmigen" Querschnittsprofilen, welche gleitbar ineinander angeordnet und so aufgebaut sind, daß sie durch hydraulische Einrichtungen oder Ketten aus- und einziehbar sind, um die erforderliche Aus 1eger1änge zu erhalten, wobei die kastenförmigen Querschnitte gewöhnlich ineinander gleitbar angeordnet sind- zum Ausziehen und Zurückziehen des Auslegers, beispielsweise an einem Kran, der auf einem transportierbaren Träger angeordnet ist.

Bei einer bekannten Ausführungsform eines teleskopisehen Auslegers sind die Auslegerquerschnittsprofile im allgemeinen rechteckförmig. Bei einer gegebenen Quer sehnittsf1 Sehe (oder Gewicht pro Längeneinheit) können die Festigkeit und die gesamte Biegesteifigkeit durch Vergrößerung des Gesamtumfanges der Aus 1egerprofiIe verbessert werden, während gleichzeitig die Dicke der sie bildenden Platten vermindert wird. Vom Gesichtspunkt der Festigkeit aus betrachtet erreicht diese Optimierung durch die folgenden Hauptkriterien eine Grenze. Zunächst erzeugt infolge der Wirkung der Verschleißpolster am Gurtungsblech eines Auslegerquerschnittsprofils jede Vergrößerung der Breite dieses Gurtungsbleches größere lokale Verfοrmungen.dieses Bleches, woraus sich höhere Beanspruchungen um die Winkelverbindungen ergeben. Zum zweiten, wenn das Tiefen/Dickenverhältnis der den rech teckf örm igen Gehäusequerschnitt bildenden Blechplatten vergrößert wird, wird die Anfälligkeit für eine Knickung der genannten Blechplatten vergrößert, Während der Anfang einer örtlichen Knickung der Blechplatte nicht notwendigerweise einen Bruch anzeigt, vermindert er doch die Grenzbiegefestigkeit des Querschnittsprofils und eine Beanspruchung oder Kombination von Beanspruchungea ^etwas geringer als die Streck- (oder Prüf-) Beanspruchung wird der kritische Parameter. Zum dritten hat

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die algebraische Addition der Biege- und Druckbeanspruchungen ein Maximum der Beanspruchungen zur Folge, wobei Spannung und Druck an den Winkeln der rechteckförmigen Querschnittsprofile auftreten. Die Streckgrenze des Materials wird daher an diesen Winkeln des Querschnittsprofils erreicht, während der Rest des Querschnittsprofils sich noch in dem elastischen Bereich befindet.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, einen teleskopisehen Ausleger von kastenförmigem Querschnitt zu schaffen, bei welchem die Winkel dieses Typs und die räumliche Stellung nicht kennzeichnend sind für die Ermöglichung einer wirksameren Benutzung des ganzen Materials der Querschnittsfläche durch Mitwirkung zur Festigkeit des Auslegers. Somit wird eine beträchtliche Vergrößerung der Nutzlast -Belastungsfähigkeit des Auslegers ohne notwendige Vergrößerung des Auslegereigengewichts erreicht.

Die vorhergehenden Betrachtungen sind speziell, aber nicht ausschließlich, im Hinblick auf die seitlichen Biegemomente mit Rücksicht auf die Schwenkbewegungen unter Belastung,ebenso wie die Betrachtung über die Materia 1festigkeit zur Vermeidung einer Schiagabbiegung bei der Benutzung ,von Bedeutung.

Es wird vorgeschlagen, eine Reihe von räumlich getrennten Gelenkstucken zu verwenden, um den Scherkraftbeanspruchungen entgegenzuwirken und die Wirkungen der lokalen Knickung durch Verminderung der Grenzbiegefestigkeit eines Auslegerquerschnittsprofils auszugleichen, und in Kombination mit diesem Hilfsmittel wird auch vorgeschlagen, den traditionalen rechteckförmigen Querschnitt der Auslegerform trapezförmig in der Form eines abgestumpften Dreieckes zu verändern.

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Das realisierbare Festigkeits/Gewichtsverhä1tnis vergrößert sich progressiv von einem Ausleger von quadratischem Querschnitt, der aus zwei U-formigen Abschnittsteilen hergestellt ist, zu einem rechteckförmigen Querschnittsprofil, welches aus vier Platten zu einem breiteren Vierplattenquerschnitt mit Stehblechaussteifungen hergestellt ist, wobei es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung "ist, einen te 1eskopisehen Auslegerarm vorzusehen, welcher ein Festigkeits/Gewichtsverhä1tnis aufweist, welches in vorteilhafter Weise vergleichbar ist mit den besten von diesen, ohne die Notwendigkeit der Sicherung des zusätzlichen Materials, welches in einer Reihe von Stehblechaussteifungen einbegriffen ist und vollständiger die Eigenschaften des Materials, gewöhnlich Stahl, fur die Stahlbleche nutzbar zu machen.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Querschnittsprofil für einen te 1 eskopisehen Kranausleger vor, welches einen achteckigen Querschnitt aufweist. Die Erfindung sieht ebenfalls einen Kranausleger vor, der zwei oder mehrere derartige Querschnittsprofile aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Auslegerquerschnitts besteht aus einer Kopfplatte und einer Bodenplatte und einem Paar von Seitenflächen, wobei jede Seitenfläche einen mittleren Teil aufweist, der senkrecht zu der genannten Kopf- und Bodenplatte verlauft und oberhalb und unterhalb geneigte Teile aufweist, welche den mittleren Teil mit der genannten Kopfplatte und der Bodenplatte verbinden.

Die oberen und unteren Teile der genannten Seitenflächen liegen sich in einem Winkel im Bereich von etwa 1^8° bis 16**° zum mittleren Seitenflächenteil gegenüber, was die zusammenarbeitende Stellung für den Verbindungsspielraum zwischen den teleskop!-

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sehen Abschnitten und die Anordnung von Betriebseinrichtungen darin, wie z. B. Ketten und/oder hydraulische Druckkolben, in zwei zu sechs wechselseitig angrenzenden Auslegerquerschnitts'

ermög1 i cht. profilen/ Uie kastenförmigen Querschnittsprofile sollten die Querschnittsflächen der Ausleger umgeben und sind im allgemeinen geschlossen.

Der obere und der untere Flansch bestehen aus getrennten Blechplatten, die, beispielsweise durch Schweißen,entsprechend mit den oberen und unteren Seitenflächen befestigt sind. Die mittleren Teile der Seitenflächen liegen im Bereich von 20 % zu 50 % der Höhe des Auslegers und vorzugsweise im Bereich von 30 % bis 47 %, beispielsweise 3k - k5 %■

Die seitlichen Flächen können aus etwas dünneren Platten als die Flansche bestehen. Sie können aus einzelnen Platten, beispielsweise durch Walzen oder Pressen, geformt werden. Der dem oberen Flächenteil gegenüberliegende Winkel ist vorzugsweise etwas weiter als derjenige dem unteren Flächenteil mit dem Zentralteil gegenüberliegenden Winkel.

Das Verhältnis des Flansches im Hinblick auf die gesamte Breite liegt im allgemeinen im Bereich von 35 % bis 65 % und vorzugsweise im Bereich von kS % bis 60 %.

Anhand der Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung durch Vergleich mit dem vorbekannten Stand der Technik näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine diagrammatische Seitenansicht eines ausgestreckten te 1eskopisehen Kranauslegers, welche die Belastung der Querschnitte des Auslegers zeigt.

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Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kranauslegerquerschnitts gemäß dem vorbekannten Stand der Technik und zeigt diagrammatisch die Beanspruchungsverteilung eines derartigen Auslegers, die durch direkten Druck, normale und seitliche Biegemomente hervorgerufen werden.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kranauslegerquerschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. i» zeigt eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Auslegerquerschnittsprofils von Fig. 3» welcher an seinem freien Ende verstärkt ist.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Endansicht eines anderen Kranquerschnittsprofils gemäß der Erfindung, bei welchem eine innere Verstärkung und eine Befestigungsachse vorgesehen sind.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Endansicht eines weiteren Auslegerquerschnittsprofils gemäß der Erfindung, welches eine innere und eine äußere Verstärkung aufweist.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, welches die Unterschiede bei der Druckbeanspruchungsverteilung in einem Ausleger gemäß der Erfindung und in einem Ausleger gemäß dem vorbekannten Stand der Technik zeigt.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht der Kranausleger 1 aus den Querschnitts) ^e?, 3, 1» und 5, welche teleskopisch ineinander schiebbar sind und welcher zwischen jedem ^Paar von Querschnittsprofilen mit Verschleißpolstern (wear pads) WP versehen ist, wobei ein Verschleißpolster auf der Unterseite des äußeren Endes von jedem der Querschnittsprofile 2, 3,und 4 und auf der Unterseite

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des inneren Endes von jedem Quer sehnittsprofi1 3» ^ und 5 vorgesehen ist.

Bei der Anwendung des te 1eskopisehen Auslegers zur Bewegung einer Nutzlast von einer Stellung in eine andere werden eine Anzahl von Kräften auf den Ausleger und auf die in ihm enthaltenen Auslegerquerschnitte ausgeübt. Fig. 1 stellt die typischen Kräfte, welche auf den Ausleger wirken, und die inneren Kräfte, welche zwischen den benachbarten Quer sehnittsprofi1 en liegen, dar. Die Kräfte resultieren in Biegebeanspruchungen in den Auslegerprofilen, in der horizontalen und der senkrechten Ebene längs mit einer einheitlichen Druckbeanspruchung in jedem Querschnittsprofil infolge der Komponente der Nutzlast, welche direkt auf den Ausleger wirkt. Die Scherkräfte resultieren in den Auslegerquerschnitten infolge der Kräfte, welche über die Verschleißpolster oder Rollen übertragen werden, auf welche die benachbarten Teleskopquerschnittsprofile abgestützt* sind, in beiden Biegeebenen ineinander und auf welchen ein Querschnittsprofil in das andere gleitet. Andere verschiedenartige Kräfte wirken auf den Ausleger, die beispielsweise durch den Winddruck und das Eigengewicht des Auslegers hervorgerufen werden und welche in im wesentlichen ähnliche Kräfte wie die zuvor beschriebenen aufgelöst werden können. Eine wirksame Auslegerkonstruktion wird erreicht durch Minimierung des Auslegereigengewichts bei einer gegebenen Auslegerfestigkeit und -steifigkeit, was besonders von Bedeutung bei Auslegern mit hoher Nutzlastkapazität und langer Aus 1eger1änge ist.

Die Beanspruchung des Auslegers wird durch die Nutzlastung be* wirkt, welche ein Moment auf seiner Länge um den Berührungspunkt mit dem Träger ausübt,und ferner durch das Gewicht des Auslegerwerkstoffes. Eine Minimierung dieses letzteren ermöglicht

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eine Maximierung der Nutzlast, und demgemäß ist das Festigkeits/Gewichtsver ha 1tnis der Auslegerquerschnittsprofile von größter Bedeutung, insbesondere bei Kränen hoher Leistungsfähigkeit mit langen Auslegern. Zusammen mit dem Erfordernis der Festigkeit ist dies ein in Beziehung damit stehendes Steif i gke i tskr i ter i um.

Die auf jedes Querschnittsprofil wirkenden Kräfte und die Richtung dieser Kräfte sind durch Pfeile angezeigt. Die Pfeile WI - W¹» zeigen die Richtung der Kräfte, die durch das Eigengewicht und die Belastung an jedem individuellen Auslegerquerschnittsprofil hervorgerufen werden. PI zeigt die Schiebekraft einer hydraulischen Hebevorrichtung, D1 zeigt den Unterlagkeil, der durch ein drehbares Ende an dem Ausleger am Chassis oder Befestigungsträger angeordnet ist, D2 zeigt die durch die Nutzlast ausgeübte Belastung und D3 die Belastung, die bei Drehung ausgeübt wird, wenn die Nutzlast durch die Zentrifugalkraft versetzt wird.

Um den Belastungsforderungen der Auslegerquerschnittsprofile, insbesondere den Kräften WI - W*», nachzukommen, wurden seit einigen Jahren die Quer sehnittsprofi1e der Kranausleger, wie in Fig. 2 dargestellt, aufgebaut. Fig. 2 zeigt ein Auslegerquerschnittsprofil, bestehend aus den Kopf- und Bodenplatten 7 und und den Seitenflächen 9a und 9b. Die Seitenflächen sind typisch geringfügig von den Rändern der Platten 7 und 8 eingesetzt, wodurch ein Flansch an jedem Winkel der Querschnittsprofile stehenblei bt.

Die Beanspruchungsdiagramme unter und auf der rechten Seite der Querschnittsprofile zeigen die Verteilung der Beanspruchungsbelastung an den Seitenflächen des Auslegerquerschnittsprofils, wobei das Symbol "+" die Spannung und "-" den Druck darstellt.

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Hieraus ergibt sich, daß die Beanspruchung mehr oder weniger symmetrisch auftritt, wobei die Bodenplatte 8 dem Spannungsmaximum auf der linken Seite und dem Druckmaximum auf der rechten Seite unterworfen ist.

In gleicher Weise ist die Seitenfläche 9b einem Spannungsmaxi τ mum an der Oberseite und einem Druckmaximum an der Unterseite unterworfen, wobei die Nu 11-Beanspruchung in der Nähe des Mittelpunktes in beiden Fällen auftritt.

Fig. 3 zeigt ein Auslegerquerschnittsprofil gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Auslegerquerschnittsprofil 10 weist eine allgemeine Oktagonalform auf und besteht aus einer Kopf- oder Oberplatte 11, einer Bodenplatte 12, und die Seiten 13 und 14 bestehen jede aus drei Abschnitten 15, 19t 17 und 1$, 20, 18. Die Abschnitte auf jeder Seite 13 und 14 sind aus einer einzelnen Blechplatte gefaltet, und die Abschnitte 15, 16 sind in dem dargestellten Beispiel länger als die Abschnitte 17. 18. Die mittleren Abschnitte 19, 20 liegen im Bereich von 20 bis 50* der Höhe des Auslegers, vorzugsweise im Bereich von 30 bis k7%, beispielsweise 3k bis 45*. In Fig. 3 sind sie ungefähr 30% der Auslegerhöhe.

Die Seitenflächen 13, 1Ί sind im dargestellten Beispiel dünner als die Flansche und sind aus einzelnen Blechplatten durch Walzen oder Pressen hergestellt. Sie können jedoch auch durch Zusammenschweißen von flachen Streifen hergestellt werden. Die Kopf- und Bodenplatten 11 und 12 sind 35 bis 65*, vorzugsweise 45 bis 60*, der gesamten Breite des Auslegers. Wie insbesondere in Fig. 3 gezeigt, betragen sie 57*· Die oberen geneigten Seltenabschnitte 15 und 16 sind vorzugsweise länger als die Seitenabschnitte 17 und 18 dargestellt. Die Winkel zwischen den beiden Seitenflächenabschnitten und den benachbarten Platten

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und 12 sind dementsprechend verschieden.

Fig. 4 zeigt ein äußeres Ende eines Auslegerquerschnittsprofils 10, bei welchem der Endbereich durch periphere Streifen 23 verstärkt ist, die sich rund um das Querschnittsprofil 10 erstrecken, und durch Teilstreifen 22, welche nur den unteren Teil des Auslegers umfassen.

In Fig. 5 ist eine alternative Methode zur Verstärkung durch vertikale Verstärkungsplatten 2k, 25 dargestellt, welche sich zwischen den Kopf- und Bodenplatten 11, 12 erstrecken. Mit ist eine horizontale Achse als Drehachse an der Unterkonstruktion des Auslegers bezeichnet.

In Fig. 6 ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform mit senkrechten Verstarkungspiatten 2*ta , lUb dargestellt, welche an den geneigten Seitenf1ächentei1 en 15, 16 und 17, 18 angeordnet sind. Das Ende des Auslegers weist zwei umschreibende Streifen 23 auf, zwischen weichen an der Kopfplatte 11 zwei Verschleißpolster 28 angeordnet sind.

Die Ausführungsform von Fig. k kann verwendet werden als Teil eines Querschnittsprofils eines Auslegers, wie z.B. des Querschnittsprofils 2 in Fig. 1. Die AusfOhrungsform von Fig. 6 kann verwendet werden als das untere Ende des dazwischenliegenden Querschnittsprofils, wie z.B. 3 und k.

Schließlich zeigt Fig. 7 ein Vergleichsdiagramm der Druckbeanspruchungen bei einem Auslegerquerschnittsprofil 6 nach dem vorbekannten Stand der Technik und einem Querschnittsprofil gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm zeigt die Veränderung in der Verteilung und allgemein geringere Beanspru-

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chungsgrade bei einem Ausleger gemäß der vorliegenden Erfindung .

Bei einem spezifischen Auslegerquerschnittsprofil von ca. 60 cm Breite (23 inches) und 85 cm Höhe (3¹» inches) und mittleren Seitenflächenteilen von 27 cm (11 inches) Höhe war das Festigkeits/Gewichtsverhä1tnis höher als dasjenige bei einem rechteckförmigen Auslegerquerschnittsprofil von vergleichbarem Gewicht, vergleichbarer Länge und Höhe, welches mit im Abstand voneinander längs den Seitenflächen angeordneten Verstärkungsstücken versehen wurde. Außerdem war bei dem Auslegerquerschnittsprofil gemäß der Erfindung keine Gefahr von übermäßiger Drehung an den seitlichen Rändern der Flansche in Gegenwirkung zu den Verschleißpolstern.

Daraus ergibt sich, daß ein oktagonal geformter Ausleger wesentliche Vorteile gegenüber einem rechteckförmigen oder einem anderen Typ von Auslegern mit versteiften Seitenwänden aufweist. Der Angriff einer örtlichen Knickung der Blechplatte in dem unteren Flansch wird beträchtlich verhindert infolge der Tatsache, daß die Breiten der Flanschplatten bei einer gegebenen Platte wesentlich schmäler sind als bei den vorgenannten rechteckförmigen Auslegerkonstruktionen.

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Claims

Coles Cranes Ltd.

Patent anspruche

Querschnittsprofil für einen teleskopisehen Kranausleger, gekennzeichnet durch eine oktagonale Querschnittsform, welche im wesentlichen abgestumpfte Winkel an den vier Hauptseiten, bestehend aus einer Kopfplatte, einer Bodenplatte und einem Paar von Seitenf1ächen,aufweist, wobei die letzteren mit einem mittleren Teil versehen sind, welches im rechten Winkel oder im wesentlichen senkrecht zu den Kopf- und Bodenplatten verlauft und obere und untere geneigte Teile aufweist, welche den genannten mittleren Teil mit den genannten Kopf- und Bodenplatten verbinden.

2. Querschnittsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB der mittlere Teil eine Breite im Bereich von 20 bis 5OJ der Höhe des Auslegers aufweist.

3· Querschnittsprofil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil eine Breite im Bereich von 30 bis k7% der Höhe des Auslegers aufweist.

k. Querschnittsprofil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte mittlere Teil eine Breite von 3^ bis S^% der Höhe des Auslegers aufweist.

5· Querschnittsprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Kopf- und Bodenplatten eine Breite im Bereich von 35 bis 65% der Gesamtbrei" te des Auslegers aufweisen.

6. Querschnittsprofil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der genannten Platten im Bereich von 45 bis 60% der Breite des Auslegers liegt.

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7· Querschnittsprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Verstärkungsbänder um den freien Endbereich zur Begrenzung des genannten Auslegers vorgesehen sind.

8. Querschnittsprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es durch sich senkrecht oder im wesentlichen mit rechten Winke In zwisehen und kontinuierlich mit den Ko^f- und Bodenplatten sich erstreckenden Platten verstärkt ist.

9. Querschnittsprofil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Platten verstärkt ist, welche sich senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zwischen und fortlaufend mit den geneigten Teilen der genannten Seitenflachen erstrecken.

10. Querschnittsprofil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Platten verstärkt ist, welche sich senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zwischen und fortlaufend mit den unteren geneigten Teilen der genannten Seitenflächen und der genannten Kopfplatte erstrecken.

11. Querschnittsprofil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Verbindungsstangen versehen ist, welche sich zwischen entgegengesetzten Seiten erstrecken und mit diesen verbunden sind.

12. Querschnittsprofil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es mit horizontal oder im wesentlichen horizontal verlaufenden Befestigungsstangen versehen ist, welche entsprechend an den unteren Seiten befestigt sind.

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