起重机以及用于使这种起重机随风向改变方位的方法与流程
本发明涉及一种用于使起重机随风向改变方位的方法，该起重机具有能够围绕竖直轴线旋转的起重臂、旋转机构马达以及用于在起重机运行时以保持扭矩将起重臂保持在旋转位置的旋转机构运行制动器，其中，在起重机处于停运状态时，以停运制动扭矩制动起重臂的旋转，该停运制动扭矩小于起重机运行时的所述保持扭矩。在此，本发明还涉及这种特别是旋转塔式起重机形式的起重机本身。
背景技术：
在旋转塔式起重机以及其他起重机类型中，起重臂能够围绕竖直的旋转机构轴线旋转，其中，为此提供的旋转机构可以具有例如电动马达形式的旋转机构驱动器，该旋转机构驱动器的驱动运动通过例如行星齿轮形式的旋转机构传动装置转换为起重臂的旋转运动。在所谓的上旋转式起重机中，起重臂在此相对于用于支撑起重臂的塔架旋转，而在所谓的下旋转式起重机中，整个塔架以及安装在其上的起重臂相对于底盘或支撑基座旋转。
在起重机运行期间，通过旋转机构驱动器的相应控制来控制旋转运动，其中，在特定的旋转位置上设置有用于制动并还用于防止旋转的旋转机构制动器。出于安全原因，这种旋转机构制动器通常可以被构造为使得制动器例如通过相应的弹簧装置被预加载到其制动运行位置，并可以通过调节致动器释放，以释放旋转性。
然而，在停运期间或者在停运状态下，当起重机关闭时，期望起重机仍能够旋转，以便在有风时起重机能够定向在对于各个风向最有利的旋转位置。例如，因为旋转塔式起重机通常由于其压载物而在防止以垂直穿过起重臂的方式延伸的起重臂平面上的倾斜运动时比在防止横向于起重臂平面的倾斜运动时更加稳定，因此在强风下，起重机应自行定向使得风从后面吹来，并且利用风使起重臂定向为尽可能平行于风向，因为否则的话，可能导致起重机倾斜或者起重机必须进行额外的压载。为了允许这种在风中的自动定向，运行制动器或旋转机构制动器被分配有风向定向装置，当起重机停运时，该风向定向装置释放通常被预加载到其制动位置的制动器。旋转机构制动器的“运行结束”位置可以通过手动操作的控制杆进行调节，但可选地也可以通过电动释放驱动器进行调节，该释放驱动器可以在起重机关闭之前将制动执行器移动到锁定的非制动位置。例如，文献ep1422188b1示出了用于旋转塔式起重机的旋转机构制动器的这种风向定向装置。
然而，起重机在停运状态下的自由可旋转性在不利的风况下会由于自旋转而导致起重机的不稳定性。例如，当起重机位于两座建筑物之间并且仅起重臂或仅平衡臂暴露在风中，则仅起重臂或仅平衡臂在一侧经受风吹，由此起重机可以越来越快地旋转，这是因为在起重臂转离风区时或在平衡臂转入风区之前，起重机不会停下来。因此起重臂和平衡臂可以交替地进入风中，使得这种循环的风作用的累积可以导致起重机的自动旋转，这导致起重机旋转过快并使其倾斜。
为了避免这种不希望的自动旋转，已经建议在停运状态下不要使旋转机构完全不制动地旋转，而是为旋转机构分配额外的制动器，该额外的制动器使起重机虽然在风中旋转，但是可以略微制动，以减缓上述自转问题。例如，已经考虑在旋转机构传动装置的输出端处设置轻度的停运制动器，该停运制动器以有限的制动扭矩阻止起重机的旋转，该制动扭矩小于通过风作用产生的转矩，因此起重机仍然可以在风中定向，但只能以低转速进行旋转。
然而，这种额外制动器难以在制动扭矩方面进行设计，以便等同地适用于不同的风况以及不同的起重机位置。例如，在中等风力下，过高的制动扭矩可能导致起重机无法正确地自定向，而在具有高风速的非常不利的风况下，相同的制动扭矩不能充分地抑制所述自动旋转。此外，对于带有可俯仰起重臂的旋转塔式起重机，在起重机关闭时的俯仰位置会影响所需的制动扭矩。
在文献de202014001801u1中，关于这个问题提出了在起重机处于关闭的停运状态时将旋转机构驱动器的电动马达用作旋转机构制动器，电动马达允许在风中进行旋转运动，但通过其电动马达的制动作用对旋转运动进行制动。这导致了取决于转速的制动扭矩，其随着转速的增加而增加，而在非常慢的旋转运动中，没有产生或者仅产生很小的制动扭矩。
此外，在文献ep2025637b1中提出了一种旋转塔式起重机，当关闭起重机时停运其运行制动器。相反地，激活单独的停运制动器，该停运制动器用于提供制动力，该制动力应对应于起重臂上的风扭矩减去平衡臂上的风扭矩并且减去旋转机构上的拖曳扭矩。由于起重臂和平衡臂的杠杆臂以及接触面相对于风向发生变化，特别是在起重臂横向于风向时为最大并在起重臂平行于风向时为零，则为了将这种取决于旋转角度的风扭矩模拟为制动扭矩，制动器的控制变得相对复杂。
文献us2009/0308827a1示出了一种旋转塔式起重机，除了为了随风向改变方位而停运的运行制动器以外，该塔式起重机还包括在起重机的停运状态下被激活的额外制动器。该额外制动器是摩擦盘式制动器，该摩擦盘式制动器通过弹簧装置预加载在制动位置上，并在起重机本身处于运行状态且主运行制动器工作时通过电磁体停运。在此，通过螺纹轴调节用于驱动制动蹄抵靠在刹车片上的弹簧预加载荷，由此调节上述额外制动器的制动力。通过静摩擦系数和滑动摩擦系数之间的差值，当起重机在风力下松脱或开始旋转时，制动力随着转速的增加而显著下降。虽然制动力在静止状态下相对较高，但当克服初始静摩擦时，制动力会急剧下降。这使得难以适当地调节制动力，并且几乎不能通过用于调节弹簧装置的调节轴来进行补偿。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种改进的上述类型的起重机，其避免了现有技术的缺点并且以有利的方式进一步发展了现有技术。特别地，对于变化的、困难的风况以及不同起重机构造，也应在起重机停机时可靠地防止危及起重机稳定性的自转，但同时使起重机能够在风中自由地定向。
根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的方法和根据权利要求3的起重机来实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。
因此，在起重机停运时，以停运制动扭矩制动起重臂的旋转，该停运制动扭矩明显小于在运行时施加的保持扭矩，但这对于在非常低且接近于零的转速下的非常轻微的旋转的情况下也有效。根据本发明，停运制动扭矩至少在起重臂的转速范围和旋转角范围内保持大致恒定。尽管存在在较高的转速下必须较强地制动起重机并在较强的风扭矩下需要比在较低的风扭矩下更强的制动的明显偏见，但如果在整个旋转角度范围内均等地施加较小的制动扭矩，并且也在起重机仍静止且不旋转时提供该较小的制动扭矩，特别是如果在起重机由于风而从静止状态开始运动时至少大致均匀地保持该扭矩并且没有出现松脱扭矩，则仅以这种恒定的、较小的制动扭矩就足以制动起重臂的旋转。这种均匀的，特别是在从零转速开始运动时已经提供的制动扭矩可以有效地防止自转，即使制动扭矩非常小并且明显低于运行时提供的保持扭矩。
特别地，即使在小至零转速的低转速范围内，也至少大致恒定地保持停运制动扭矩，使得最初在风作用下开始旋转时提供的制动扭矩与在起重机起重臂在风力作用下更快旋转时提供的制动扭矩相同。因此可以避免在更强的起重臂旋转加速度的情况下的松脱效应(losreiβeffekt)，就如同盘式制动器由于不同的静摩擦系数和滑动摩擦系数而发生的情况。
可以以各种方式提供所述的停运制动扭矩，其中，有利地省去了除运行保持制动器以外还设置的额外停运制动器。根据所述发明的一方面，通过可调节滑动离合器(特别是，磁滞离合器和/或磁滞制动器的形式)来提供所述停运运行扭矩，滑动离合器可以在旋转机构传动系统中布置在运行保持制动器和旋转机构驱动马达之间或所述驱动马达和输出齿轮之间，该输出齿轮与以不能旋转的方式安装在起重臂或用于支撑起重臂的塔架上的旋转环啮合。如果驱动马达和输出齿轮之间的传动系统具有旋转机构传动装置，所述滑动离合器可以集成到所述旋转机构传动装置中，特别是布置在传动装置壳体的内部并分配给其中一个齿轮元件。
有利地，所述滑动离合器在滑动扭矩方面是可调节的，使得该滑动离合器可以在运行位置和停运位置之间切换。如果起重机在运行并且旋转机构传动系统应传递通常的转矩，则将滑动离合器调节到相对较高的滑动扭距，该滑动扭矩至少相当于所述保持制动器的保持扭矩，使得在起重机运行中的滑动仅发生在过载的情况下。另一方面，滑动离合器可以通过相应的停运控制装置切换到停运位置，在该停运位置，滑动离合器仅提供非常小的滑动扭距，特别是明显小于运行制动器提供的保持扭矩。因此，在起重机停运时，可以实现随风向改变方位，其中，滑动离合器滑动并且由此提供期望的且较小的制动扭矩，该制动扭矩在起重机的整个转速范围和旋转角度范围内可以基本上恒定。
特别地，所述滑动离合器被构造为磁滞离合器，该磁滞离合器有利地仅通过转子和定子之间的气隙产生其转矩并且不需要摩擦部件，使得磁滞离合器可以平稳地提供期望的转矩并具有优良的转矩重复精度。这种磁滞离合器和/或磁滞制动器无磨损地运行，并可以具有两个分段的永激励型环形磁铁，它们包围磁滞盘。如果相同磁极彼此面对，则最大的磁场作用在磁滞盘上，这将在磁滞盘内的圆周方向上引起磁通量并产生最大扭矩。如果不同磁极彼此面对，则最小的磁场作用在磁滞盘上并且磁通量直接穿过磁滞盘延伸，从而导致最小的转矩。
有利地，在这种磁滞离合器或磁滞制动器中不会出现起动扭矩(losbrechmoment)，并且可以在整个转速范围内产生均匀的制动扭矩，而不会发生磨损。
磁滞离合器或磁滞制动器可以被电磁地构造，以便可以通过电气控制来调节所提供的转矩的大小。然而，如果磁滞离合器或磁滞制动器具有永磁体，则停运制动器也可以在没有电力供应的情况下运行。
不管是电磁构造还是永磁构造，即使在没有制动扭矩的可调性的情况下，使用这种的磁滞离合器或磁滞制动器也可以是有利的，这是因为没有出现松脱扭矩(losreiβmoment)，但在整个所关注的转速范围内，特别是在包括零转速的低转速范围内平缓且大致恒定地提供转矩或制动扭矩。
在本发明的改进示例中，磁滞离合器可以被构造为在两个半联轴器之间具有大小可调节的间隙，以便可以通过调节间隙大小来调节滑动扭矩。当磁滞离合器或磁滞制动器被以永磁体的方式构造时，也可以通过转子和定子之间的这种可调节的离合器间隙简单地调节转矩和制动扭矩。
特别地，磁滞离合器可以在其半联轴器
因此，通过其中一个半联轴器的轴向调节，能够简单地将滑动扭矩转换为用于常规起重机运行的高值和用于起重机停运的低值。
同时，通过这种结合锥形间隙的轴向调节，可以非常准确和精准地调节期望的制动扭矩或滑动扭矩。
在使用这种可调节的滑动离合器时，可以使用标准的、已知的运行保持制动器，其中，无关紧要的是，这种常规的运行保持制动器本身会产生松脱扭矩。这并不重要，这是因为所述滑动离合器在随风向改变方位时提供明显更小的滑动扭矩，这允许起重机在稳定的相对较小的制动扭矩下旋转。
根据本发明的另一方面，所述停运制动扭矩也通过运行保持制动器本身提供，其中，在这种情况下，具有有机制动衬片的传统运行保持制动器被优选弹簧驱动的制动器替代，该弹簧驱动的制动器被构造为其制动扭矩是可调节的，并且该制动器在起重机停运时由停运控制装置调节，从而提供至少大致恒定的制动扭矩，该制动扭矩明显小于起重机开启时的保持扭矩，并在起重机的整个转速范围和旋转角度范围内至少大致恒定，即，在从零转速开始启动旋转过程时也有效。在起重机停运时，运行制动器施加的所述弹簧力可以调节到低弹簧力值，这提供了期望的停运制动扭矩。为了可以在起重机运行时提供期望的较高的保持扭矩，可以例如通过调节弹簧装置和/或可以例如通过诸如压力气缸等制动执行器施加额外的制动力来提高所述弹簧力。例如在起重机停运时，例如通过停用一个或多个预加载弹簧，也可以停用一部分弹簧装置，以便提供相应更小的停运制动力。
例如，弹簧预加载荷可通过例如带有盘形弹簧或者螺旋弹簧的机械弹簧装置产生，但也可以通过例如带有可调节压力罐的液压弹簧装置产生。
有利地，所述旋转机构制动器具有合成摩擦衬片，以便减少磨损，并且即使在从零转速开始开启旋转运动时也能够实现均匀的制动扭矩。
所述合成摩擦衬片可以例如是能够制动制动盘的制动蹄的一部分。然而，替代地，旋转机构制动器也可以被构造为多盘制动器的形式，其中，所述的合成摩擦衬片以盘的形式被彼此压紧。
例如，停运制动扭矩可以小于在起重机运行时提供的运行保持扭矩的50％，以便在运行时可以将起重机保持在期望的旋转位置。通常，起重机运行时的这种保持扭矩被计算为使得来自最不利方向的72km/h的风力载荷和/或250pa的动压力影响旋转部分及最大载荷，但仍可以保持。
附图说明
下面将根据优选的示例性实施例和相关附图更详细地说明本发明。
图1示出了根据本发明的一有利实施例的旋转塔式起重机的局部立体图，该旋转塔式起重机被构造为上旋转式并具有用于使起重臂相对于塔架旋转的旋转机构。
图2示出了图1的起重机的旋转机构的传动系统的示意图，其中，根据本发明的一有利实施例，可调节滑动离合器以磁滞离合器的形式在驱动马达和输出齿轮之间集成在旋转机构传动装置中。
图3示出了根据本发明的一替代实施例的图1的起重机的旋转机构的传动系统的示意图，其中，仅设置了一个以可调节的弹簧驱动型摩擦制动器的形式构造的旋转机构制动器。
具体实施方式
如图1所示，讨论中的起重机可以是被构造为所谓的上旋式起重机的旋转塔式起重机1，该旋转塔式起重机的塔架2承载起重臂3以及平衡臂4，起重臂3和平衡臂4基本上水平地延伸并且可以围绕竖直塔架轴线5相对于塔架2旋转。然而，替代图1所示的起重机构造，旋转塔式起重机1还可以被构造为下旋式起重机，且/或可以包括可俯仰的尖头起重臂，且/或可以通过拉索固定到塔座或上部结构。
为了能够使起重臂3旋转，设置有旋转机构6，在所示实施例中，该旋转机构在起重臂3和塔架2之间设置塔架2的顶端并可以包括齿圈，由驱动马达7驱动的输出齿轮与该齿圈啮合。
旋转机构6的驱动装置的一有利实施例可以包括电驱动马达7，该驱动马达可以通过旋转机构传动装置来驱动输出轴。例如，所述旋转机构传动装置可以是行星齿轮，以便以期望的方式将驱动马达7的转速降低/转换到输出轴的转速。
为了能够在起重机运行时制动起重臂3的旋转运动且/或保持起重臂3到达的旋转位置，旋转机构6包括旋转机构运行制动器，该旋转机构运行制动器例如可以布置在旋转机构传动装置的输入侧。例如，运行制动器能够以已知的方式包括摩擦盘式制动器或多盘式制动器，其被预加载装置预加载在制动位置并由例如电磁铁形式的电控致动器释放，以解除制动。作为这种机械运行制动器的替代或补充，也可以设置例如带有可切换制动电阻器的制动斩波器形式的电动运行制动器，其可以集成或分配到用于控制电动马达2的换流器中。
如图2所示，滑动离合器10可以集成在旋转机构传动装置9中，即集成在驱动马达7和输出齿轮11之间，该滑动离合器有利地被构造为磁滞离合器并且其滑动扭矩是可调节的。
优选地，形成滑动离合器10的磁滞离合器可以被构造为圆柱形，且/或具有内部的永磁转子和外部的中空圆柱形磁滞环。这种布置能够容易冷却在运行期间可能受到显著加热的磁滞环。
磁滞离合器的气隙可以是无油的，或者例如当滑动离合器20在旋转机构传动装置的油池中运行时，该气隙也有利地充满油。在此，产生的损耗热量通过传动装置壳体的油池消散，但也可以设置一个单独的油路。
为了能够调节滑动离合器20的滑动扭矩，所述磁滞离合器可以有利地包括可调节的气隙。在圆柱形气隙的情况下，可以通过至少一个半联轴器的轴向调节在保持相同的径向气隙宽度的同时轴向地缩短气隙，以便根据需要调节滑动扭矩。
然而，有利地，半联轴器之间的所述气隙也可以被构造为圆锥形，以便通过至少一个半联轴器的轴向调节来调节气隙在其径向和其轴向上的宽度或长度。通过调节气隙的大小，可以调节和设置滑动扭矩，且/或调节和设置扭矩特征曲线/滑动特征曲线的形状或陡度。
仅示意性示出的停运控制装置12可以执行磁滞离合器的所述轴向调节，以便在起重机停运时将滑动扭矩调节成明显低于在起重机运行时所需的保持扭矩的期望低值。
对于常规起重机运行，两个半联轴器然后再次进行相对彼此的轴向调节，从而提供相对较高的滑动扭矩，该滑动扭矩也可以明显高于运行制动器的保持扭矩。
如图3所示，旋转机构制动器8本身也可以用于在关闭起重机时提供恒定的制动扭矩，而不会在开始旋转运动时松脱(losreiβen)。特别地，旋转机构制动器8可以被构造为其提供的转矩是可调节的。
特别地，旋转机构制动器8可以是轮驱动型制动器，其可以被设置成定义的制动扭矩，例如通过将弹簧装置13被构造成可调节的，以用于将摩擦元件相对彼此预加载。
例如，在起重机停运时，所述停运控制装置12可以停用一部分弹簧元件，使得在起重机停运时，仅一部分弹簧元件是有效的，并因此一部分弹簧预加载荷是有效的。然而，在常规起重机运行时，所有弹簧元件都可以被激活，其中，在驱动旋转机构时，可以释放弹簧装置，或者可以通过压力介质气缸克服弹簧预加载荷。如果随后再次停用气缸，则所有弹簧元件接合并将制动器的摩擦元件压向彼此，以提供完全的保持力或制动力。
有利地，运行制动器装配有合成摩擦衬片。
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