-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben einer Last, eine
Krananlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum
Antreiben.
-
Als
Antriebe sind Getriebemotoren bekannt, die mindestens einen Elektromotor
und ein Getriebe umfassen. Antriebe werden in der Produktion beispielsweise
zum Heben und Senken von Lasten, wie Karosserien oder anderen Objekten,
verwendet.
-
In
Produktionsanlagen sind auch Gehänge bekannt,
die verfahrbar sind entlang von Schienen und Antriebe zum Heben
und Senken der Lasten umfassen. Dazu sind die Lasten beispielsweise
an einem Seil aufgehängt,
das über
eine Seiltrommel wickelbar ist.
-
Aus
der
DE 101 17 466
A1 ist eine elektrische Seilwinde zur Verwendung als Bühnenwinde bekannt,
bei der sowohl ein erster als auch ein zweiter Antrieb über jeweils
eine Kupplungsvorrichtung mit der Last verbunden ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Produktivität von Anlagen
oder Maschinen, die zumindest einen Antrieb umfassen zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 1, bei der Krananlage
nach den in Anspruch 14 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch
15 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Wichtige
Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass sie zum Antreiben
einer Last vorgesehen ist,
umfassend mindestens zwei zum Antreiben
einer Last gekoppelte Antriebe,
wobei zumindest ein erster
Antrieb über
eine erste Kupplungsvorrichtung mit der Last verbunden ist,
und
dass zumindest ein zweiter Antrieb über eine zweite Kupplungsvorrichtung
mit der Last verbunden ist,
wobei jede Kupplungsvorrichtung
zumindest Klauen aufweist, die in Umfangsrichtung gesehen jeweils eine
rechte Flanke und eine linke Flanke aufweisen,
wobei in einer
ersten Betriebsart stets eine Grundlast derart vorgesehen ist, dass
nur die rechten Flanken der Klauen kraftübertragend sind,
wobei
in einer zweiten Betriebsart die linken Flanken von Klauen zum Einsatz
kommen,
wobei in der zweiten Betriebsart nach Drehen um einen
Winkelbetrag entgegengesetzt zur Drehrichtung der ersten Betriebsart
die Kupplungsvorrichtung ausgekuppelt ist und ein zumindest bis
zur nächsten Wartung
oder Reparatur irreversibles Element diesen ausgekuppelten Zustand
fixiert.
-
Abstrakter
gesprochen ist die Erfindung gekennzeichnet dadurch, dass zumindest
ein erster Antrieb über
eine erste Kupplungsvorrichtung mit der Last verbunden ist,
und
dass zumindest ein zweiter Antrieb über eine zweite Kupplungsvorrichtung
mit der Last verbunden ist,
wobei in einer ersten Betriebsart,
insbesondere in fehlerfreiem Betrieb, bei jeder Kupplungsvorrichtung eine
erste formschlüssige
Verbindung zur Drehmomentübertragung
vorgesehen ist,
wobei in einer zweiten Betriebsart, insbesondere
in Blockadefall eines Antriebs, statt der ersten eine kraftschlüssige Verbindung
vorgesehen ist,
wobei in der zweiten Betriebsart nach Drehen
um einen Winkelbetrag, insbesondere nach Überwindung von Haftreibung
und einer Federkraft, die Kupplungsvorrichtung ausgekuppelt ist
und ein zumindest bis zur nächsten
Wartung oder Reparatur irreversibles Element diesen ausgekuppelten
Zustand fixiert.
-
Von
Vorteil ist dabei, dass in der ersten Betriebsart ein volles Drehmoment
in beiden Drehrichtungen übertragbar
ist. Jedoch ist bei der zweiten Betriebsart ein Ausrücken der
Kupplungsvorrichtung des blockierten Antriebs erreichbar. Dadurch
ist es ermöglicht,
vom Umrichter ein Betriebsverfahren ausführen zu lassen, das bei Erkennen
der Blockade oder des Fehlers eines anderen Antriebs, eine Drehrichtungsumkehr
automatisch ausführen
lässt und dann
nach Drehen um einen gewissen Winkelbetrag der defekte Antrieb von
der Last entkoppelbar ist. Somit ist die Produktion ungestört fortsetzbar
und die Produktivität
der gesamten Industrieanlage erhöht.
-
Von
Vorteil ist weiter, dass die Seiltrommel von mindestens zwei von
zwei Antrieben angetriebenen Naben antreibbar ist und somit die
Ausfallsicherheit erhöht
ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst jede Kupplungsvorrichtung
eine Welle, auf der ein Mitnehmer axial verschieblich angeordnet
ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein kostengünstiges Standardteil verwendbar
ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Mitnehmer eine Innenverzahnung
auf und die Welle eine Außenverzahnung
aufweist, insbesondere mit in axialer Richtung verlaufenden Flanken.
Von Vorteil ist dabei, dass als formschlüssige Verbindung eine einfache
Verzahnung oder Rändelung
einsetzbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung drückt ein Federelement den Mitnehmer
in Richtung einer auf der Welle sitzenden Nabe, wobei der Mitnehmer und
die Nabe jeweils Klauen aufweisen, die miteinander im Eingriff stehen,
insbesondere zur Drehübertragung.
Von Vorteil ist dabei, dass mittels der Klauen eines belastbare
kostengünstige
Drehmomentübertragung
erreichbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Klauen eine in Umfangsrichtung
gesehen linke Flanke auf, die in axialer Richtung verläuft oder
im Wesentlichen in axialer Richtung verläuft. Von Vorteil ist dabei,
dass im Normalbetrieb das volle Drehmoment übertragbar ist, solange zumindest
eine Grundlast an dem Antrieb vorliegt.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Klauen eine in Umfangsrichtung
gesehen rechte Flanke auf, die einen in axialer Richtung gesehenen schrägen Verlauf
aufweisen zur Ermöglichung
eines Ausrückens
der Kupplung. Von Vorteil ist dabei, dass im Fehlerzustand diese
andere Flanke zum Einsatz kommt und diese Flanke so geformt ist,
dass das Ausrücken
der Kupplung einfach und schnell ausführbar ist.
-
Es
ist klar, dass rechte und linke Flanke vertauschbar sind. Das Umtauschen
der Wörter
ist in der vorliegenden Schrift mitzulesen, auch in den Ansprüchen.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das irreversible Element als
Sprengring ausgeführt
und während
der ersten Betriebsart ist in einer Ringnut vorgesehen. Irreversibel
ist nicht im physikalischen Sinn zu verstehen, sondern im Sinne,
dass das Element nach Ausrücken
der Kupplung unumkehrbar das Wiedereinkuppeln verhindert, solange
nicht der Normalbetrieb gestoppt wird und eine Reparatur oder Wartung
vorgenommen wird.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst zumindest ein Antrieb
einen Elektromotor und ein Getriebe, wobei der Elektromotor von
einem Umrichter versorgt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das beschriebene
Verfahren mit Drehrichtungsumkehr durch bloße Software mit dem Umrichter
ausführbar wird.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der Sprengring während der
zweiten Betriebsart an einer Fase des Mitnehmers an zum Verhindern
der axialen Bewegung des Mitnehmers. Von Vorteil ist dabei, dass
die Fase sowieso vorhanden ist und somit keine zusätzlichen
Kosten anfallen.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Nabe ein Zahnrad, ein
anderes Verzahnungsteil, eine Riemenscheibe oder ein Kettenrad.
Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung nicht nur bei Gehängen für Elektrohängebahnen
in der Produktion einsetzbar ist sondern auch an Krananlagen und
weiteren Anlagen.
-
Wichtige
Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Antreiben
einer Last sind, dass mindestens zwei zum Antreiben einer Last gekoppelte
Antriebe umfasst sind,
wobei
- – die Werte
für Leistung,
Strom oder Drehmoment aller Antriebe auf Überschreitung eines kritischen Wertes überwacht
werden,
- – in
einem ersten Zeitabschnitt den Antrieben eine Solldrehzahl oder
ein Solldrehmoment vorgegeben wird,
- - nach Überschreitung
des kritischen Wertes
i) eine Warninformation herausgegeben
wird
ii) und die Drehrichtung der Antriebe umgekehrt wird bis
ein Winkelabschnitt in dieser neuen Drehrichtung überschritten
wird, wobei der blockierte oder defekte Antrieb abgekoppelt wird
von der Last,
danach wird wieder die im ersten Zeitabschnitt
vorgegebene Solldrehzahl oder ein Solldrehmoment vorgegeben.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
-
In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung skizziert.
-
Eine
Seiltrommel T wird an ihren beiden Seiten von jeweils einem Antrieb
angetrieben. Der erste Antrieb umfasst ein Getriebe G1 und einen
Motor M1. Der zweite Antrieb umfasst ein Getriebe G2 und einen Motor
M2. Zwischen Motor und Getriebe ist jeweils eine Kupplungsvorrichtung
K1 beziehungsweise K2 vorgesehen. Diese Kupplungsvorrichtungen können separat
vom Antrieb oder integriert im Antrieb ausgebildet sein. Die Drehrichtungen
der Abtriebswelle der Getriebe G1 und G2 sind durch Pfeilrichtung
angedeutet.
-
Die
Antriebe sind für
den Normalbetrieb überdimensioniert
ausgelegt und sind daher nur zu jeweils 50% ihrer Nennlast oder
weniger belastet. Zusammen bringen die Antriebe das notwendige Drehmoment
auf, das zum Heben oder Senken einer Last notwendig ist.
-
Vorzugsweise
sind die Motoren als Elektromotoren ausgebildet.
-
Mittel
zur Stromerfassung sind mit einer elektronischen Schaltung verbunden
oder von dieser umfasst, welche die Versorgung der Elektromotoren
derart beeinflussbar macht, dass die Stromversorgung derartige Phasenlage
aufweist, dass eine Drehrichtungsumkehr von der elektronischen Schaltung
bewirkbar ist.
-
Als
elektronische Schaltung eignet sich besonders ein Umrichter, der
den Elektromotor versorgt und mittels Stromerfassungsmittel und
optional weiterer Sensoren, wie Winkelsensoren, umfasst.
-
Wenn
nun einer der beiden Antriebe blockiert oder einen entsprechenden
Defekt aufweist, wird mit den Stromerfassungsmitteln ein erhöhter Strombedarf
des anderen Antriebs festgestellt, weil der Umrichter des anderen
Antriebs die Solldrehzahl versucht zu erreichen und dabei einen
höheren
Strom benötigt.
-
Die
Blockade kann beispielsweise von einer nicht funktionierenden Bremse
oder von einem blockierten Getriebe herrühren.
-
Nach
Feststellung dieses erhöhten
Strombedarfs, wird vom Umrichter die Drehzahl auf Null erniedrigt
und dann sogar die Drehrichtung für kurze Zeit gewechselt. Dies
geschieht so lange, bis die Abtriebswelle um einen gewissen Winkelwert
zurückgedreht
worden ist. Dabei rastet die Kupplungsvorrichtung des blockierten
Antriebs aus. Ein als irreversibles Element verwendeter Sprengring
springt dann aus seiner Vertiefung, die als an der Welle ausgebildete
Ringnut ausgebildet ist, heraus und verhindert ein Wiedereinrasten
der entsprechenden Kupplungsvorrichtung.
-
Auf
diese Weise wird der blockierte oder defekte Antrieb abgekoppelt.
Danach wird der andere, korrekt funktionierende Antrieb wieder auf
seine Solldrehzahl gebracht. Dabei wird er höher ausgelastet. Da jedoch
im Normalbetrieb noch eine Reserve von mindestens 50 % vorhanden
war, kann die Seiltrommel von diesem Antrieb angetrieben werden.
-
Bei
dem beschriebenen Feststellen des Defektes oder der Blockade wird
auch eine Warninformation herausgegeben, beispielsweise über ein
elektrisches Bussystem und/oder über
optische oder akustische Mittel. Es ist also beispielsweise eine
rote Lampe anschaltbar und/oder eine Hupe und/oder eine Information über Feldbus
an einen weiteren Feldbusteilnehmer.
-
Der
gesamte Seilantrieb aus 1 ist vorzugsweise in einer
Anlage zum Antreiben einer Last, wie Heben und Senken einer Last,
installiert. Beispiel hierfür
ist eine Krananlage. Er kann aber auch zusammen mit einer Einschienenhängebahn
(EHB) installiert werden, die auf Schienen verfahrbar ist. Solche
sogenannten Gehänge
sind in der Automobilindustrie in den Fertigungshallen zum Transport
von Karosserien oder Automobilen oder anderen Vorrichtungen vorteilig
einsetzbar. Die EHB ist auf schienen derart verfahrbar, dass verschiedene
Arbeitsstationen erreichbar sind. Bei Erreichen der Arbeitsstationen
sind verschiedene Arbeitshöhen
einstellbar mittels des Seilantriebs nach 1.
-
Sobald
die Blockade oder der Defekt festgestellt ist, kann die Steuerung
nach Erhalt der Information das Gehänge auf den Schienen herausfahren
zu einer Wartungsstation. Vorzugsweise wird dies jedoch erst nach
Abschluss der Produktion des an dem Gehänge befindlichen Objekts, wie
Karosserie, Automobil oder andere Vorrichtung, ausgeführt.
-
Auf
diese Weise ist die Produktion des Automobils ohne Störung ausführbar, auch
wenn ein Antrieb versagen sollte. Die Wartungs- und Reparaturarbeiten
an dem Antrieb sind gesondert ausführbar.
-
Vorzugsweise
wird die Erfindung in Anlagen verwendet, die Krananlagen umfassen,
welche eine hohe Verfügbarkeit
aufweisen sollen.
-
Die
beispielhafte Ausführung
der ersten Kupplungsvorrichtung K1 ist in den 2a und 2b gezeigt,
wobei 2c ein Detail der 2a ist
und 2d ein Detail der 2b.
-
2a zeigt
die Kupplungsvorrichtung im eingekuppelten Zustand und die 2b im
ausgekuppelten Zustand. Jeweils die obere Hälfte der beiden Figuren zeigt
einen Halbschnitt.
-
Der
Mitnehmer 1 ist mit Innenverzahnung ausgeführt, die
mit einer Außenverzahnung 11 der Welle 3 im
Eingriff steht, und axial verschiebbar auf der Welle 3.
-
Ein
Federelement 4 drückt
den Mitnehmer in eine axiale Vorzugsrichtung. Dabei stützt sich
das Federelement an seinem anderen Ende an einem Wellenbund 9 ab.
-
Die
Welle ist mittels der Lager 7 und 8 gelagert in
einem nicht gezeigten Gehäuse.
Der Mitnehmer weist Klauen auf, die mit Klauen einer Nabe 5 im Eingriff
stehen. Die benachbarten Flanken einer jeweiligen Klaue des Mitnehmers
sind mit verschiedenen Steigungswinkeln ausgeführt. Eine erste Flanke verläuft quasi
axial, um ein maximales Drehmoment bei der zugehörigen Drehrichtung übertragbar
zu machen. Die andere Flanke weist eine derartige Steigung auf,
dass ein Ausrücken
des Mitnehmers aus der Nabe heraus bei Drehrichtungsumkehr erfolgen kann.
Dabei muss allerdings die Federkraft des Federelementes 4 überwunden
werden.
-
Mit
der Wahl und Auslegung des Federelementes und der Flankensteigung
ist das kritische Drehmoment einstellbar, ab welchem die Kupplungsvorrichtung
auskuppelt.
-
Sobald
der Mitnehmer 1 ausgerückt
ist, springt der Sprengring aus seiner Ringnut heraus und verhindert
ein zurückbewegen
des Mitnehmers, indem er an einer Fase der Innenverzahnung anliegt. Der
Sprengring stellt also zumindest bis zum Betrieb bis zur Reparatur
oder Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein irreversibles Element dar.
-
Der
Umrichter des funktionierenden Antriebs stellt mittels seiner Sensoren
den Ausfall, beispielsweise die Blockade des anderen Antriebs fest.
-
Wesentlich
bei der Erfindung ist, dass im Normalbetrieb immer nur eine Sorte
von Flanken der Klauen im Einsatz ist, beispielsweise jeweils die
linken Flanken. Dies wird gewährleistet,
indem an dem Kran oder Gehänge
stets eine Grundlast hängt und/oder
anliegt. Beispielsweise hängt
ein SKID-Träger
stets zumindest selbst mit oder ohne Karosserie am Seil der Seiltrommel.
-
Bei
Blockade oder Defekt wird die Seiltrommel blockiert und daher kommt
die andere Flanke zum Einsatz. Nach Überwindung von Haftreibung dieser
Flanke und Überwindung
der Federkraft bewegt sich der Mitnehmer derart, dass der Sprengring sich
ausdehnt und ein Rückbewegen
des Mitnehmers verhindert.
-
In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
stellt auch der Umrichter des blockierten Antriebs den Ausfall des
mechanischen teils fest und meldet dies zumindest an den anderen
Antrieb. Darüber
hinaus kann er die Information auch an einen Feldbusteilnehmer versenden.
-
Die
Kupplungsvorrichtung K2 ist entsprechend spiegelverkehrt ausgeführt.
-
In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist die Nabe als Zahnrad, eine Riemenscheibe oder ein Kettenrad
ausgeführt.
-
In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind statt zwei Antrieben auch drei oder mehr Antriebe an einer
Last betreibbar. Bei Ausfall eines Antriebs wird die Last auf die
restlichen Antriebe aufgeteilt. Somit sind auch Auslastungen von 66
% im Normalbetrieb verwendbar.
-
In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind statt Elektromotoren andere Motoren, wie Verbrennungsmotoren
oder dergleichen, verwendet, wobei dann statt Stromerfassungsmittel
entsprechende Drehmomenterfassungsmittel oder Leistungserfassungsmittel
oder ähnlich
wirkende Mittel verwendet sind.
-
In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind statt Seiltrommeln andere Lasten angetrieben, insbesondere
aber Lasten, die eine gewährleistete
Grundkraft aufweisen.
-
In
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind statt einer Aufteilung der Leistung im Normalbetrieb von 50
% auch andere Protzentzahlen vorsehbar.
-
- T
- Seiltrommel
- G1
- Getriebe
- G2
- Getriebe
- M1
- Motor
- M2
- Motor
- K1
- Kupplungsvorrichtung
- K2
- Kupplungsvorrichtung
- 1
- Mitnehmer
mit Innenverzahnung
- 2
- irreversibles
Element, Sprengring
- 3
- Welle
- 4
- Federelement
- 5
- Nabe
- 7
- Lager
- 8
- Lager
- 9
- Wellenbund
- 10
- Fase
- 11
- Außenverzahnung