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Kran mit Lastwegsteuerung
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Die Erfindung betrifft einen Kran mit einem am Krangrundgestell angelenkten,
durch ein von einer Verstellseilwinde kommendes Verstellseil verstellbar gehaltenen
Ausleger,über den ein von einer Hubseilwinde kommendes Hubseil, welches einen Lastaufnehmer
trägt, geführt ist und mit einer die Hubseilwinde in Abhängigkeit von der Stellung
des Auslegers betätigenden Einrichtung, die bei Betätigung der Verstellseilwinde
einen horizontalen Weg des Lastaufnehmers bewirkt.
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Ein Kran mit einer derartigen Lastwegsteuerung ist aus der DT-OS 2
253 394 bekannt. An die Hubseilwinde wie auch an die Verstellseilwinde dieses Krans
sind Geber angekuppelt, die die Stellung der Winden erfassen. Die Geber betätigen
einen Komparator, dessen Ausgangssignal die Abweichung vom gewünschten Lastweg anzeigt.
Um einen horizontalen
Lastweg zu erreichen, ist zwischen dem Komparator
und dem Geber der einen Winde eine Kurvenscheibe angeordnet, die als Umrechner dient.
Das Ausgangssignal des Komparators wird in einer geschlossenen Regelschleife auf
den Antrieb der anderen Winde zurückgeführt und verstellt diesen Antrieb bei Betätigung
der erstgenannten Winde solange, bis das Ausgangssignal des Komparators verschwindet.
Die andere Winde wird auf diese Weise bei Betätigung der ersten Winde selbsttätig
so nachgeführt, daß der Lastaufnehmer einen horizontalen Lastweg ausführt. Nachteilig
an der Lastwegsteuerung dieses Krans ist jedoch, daß die andere Winde verzögert
auf das Verstellen der ersten Winde anspricht. Spiel in den mechanischen Teilen
der Geber, wie auch Ansprechverzögerungen des Komparators bewirken einen sogenannten
"Anfahrbuckel" des Lastaufnehmers, d.h. einer Abweichung vom horizontalen Lastweg,
die erst im Verlauf der Bewegung des Lastaufnehmers ausgeregelt wird. Der Lastaufnehmer
des bekannten Krans kann zwar über längere Strecken hinweg horizontal bewegt werden,
jedoch macht der Anfahrbuckel kurze horizontale Korrekturbewegungen unmöglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kran mit einer Lastwegsteuerung
anzugeben, der auf konstruktiv einfache Weise den Anfahrbuckel vermeidet und somit
auch kurze horizontale Korrekturbewegungen des Lastaufnehmers ermöglicht.
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Ausgehend von dem eingangs näher erläuterten Kran wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit des Hubseils mittels einer
der Hubseilwinde zugeordneten Regeleinrichtung proportional einem der Regeleinrichtung
zuführbaren Sollwertsignal änderbar ist, daß ein Geber vorgesehen ist, der ein der
Geschwindigkeit des Verstellseils proportionales Signal abgibt, daß dieses Signal
zur Erzeugung des Sollwertsignals in einer Recheneinrichtung mit einem vom Neigungswinkel
des Auslegers abhängigen, vorgegebenen Faktor beaufschlagbar ist und daß der Faktor
als Funktion der Stellung des Auslegers derart
vorgegeben ist, daß
sich der horizontale Lastweg ergibt.
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Im Gegensatz zu dem bekannten Kran, bei dem in Abhängigkeit von der
Stellung der einen Winde die Stellung der anderen Winde geregelt wird, handelt es
sich bei der erfindungsgemäßen Lösung um eine Geschwindigkeitssteuerung, bei der
die Geschwindigkeit des Hubseils in Abhängigkeit von der Stellung des Auslegers
und der Geschwindikeit des Verstellseils eingestellt wird. Auf diese Weise können
Fehler, die sich aus der momentanen Stellung der Verstellseilwinde und damit des
Auslegers sowie der Hubseilwinde ergeben, eliminiert werden.
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Da die beiden Winden somit nicht über eine Totzeit behaftete Regelschaltung
miteinander verknüpft sind, wird auch der Anfahrbuckel vermieden.
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überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß sich ein im wesentlichen
linear vom Neigungswinkel des Auslegers abhängiger Faktor erzielen läßt, wenn die
Angriffstelle des Verstellseils am Ausleger und/oder die Angriffstellen des vom
Ausleger kommenden Verstellseils und/oder Hubseils am Krangrundgestell relativ zum
Anlenkort des Auslegers passend gewählt wird. Geeignete Angriffstellen lassen sich
durch einfache Versuche ermitteln.
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Kräne mit derartiger Lenkgeometrie des Auslegers werden bevorzugt,
da sie besonders einfache Recheneinrichtungen ermöglicht.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Recheneinrichtung
ein entsprechend der Winkelstellung des Auslegers verstellbar mit diesem gekuppeltes
und in Potentiometerschaltung betriebenes, lineares Potentiometer-aufweist, welches
das Signal des Gebers mit dem linear vom Neigungswinkel abhängigen Faktor beaufschlagt.
Das Potentiometer kann unmittelbar mit der Achse des Auslegers gekuppelt sein und
arbeitet damit spielfrei.
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Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhafter sein, die lineare
Abhängigkeit des Verhältnisses von Hubseilgeschwindigkeit
zu Verstellseilgeschwindigkeit
vom Neigungswinkel des Auslegers nicht durch geeignete Wahl der Krangeometrie zu
erreichen, sondern durch einen Umrechner der Recheneinrichtung. Eine für derartige
Anwendungsfälle geeignete Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung
eine Nockenscheibe aufweist, deren Stellung zu-ihrem Abtaster entsprechend dem Neigungswinkel
des Auslegers änderbar ist, daß der Abtaster entsprechend der Form der Nockenscheibe
proportional dem vom Neigungswinkel abhängigen Faktor auslenkbar ist, daß mit der
Nockenscheibe oder deren Abtaster ein entsprechend der Auslenkung des Abtasters
verstellbares und in Potentiometerschaltung betriebenes, lineares Potentiometer
gekuppelt ist, welches das Signal des Gebers mit einem linear vom Neigungswinkel
abhängigen Faktor beaufschlagt.
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Bei Ausführungsformen, die die lineare Abhängigkeit des Geschwindigkeitsverhältnisses
vom Neigungswinkel des Auslegers durch geeignete Wahl der Krangeometrie erreichen,
kann es bei langen horizontalen Lastwegen zu geringfügigen Abweichungen vom idealen
horizontalen Lastweg kommen. Derartige Fehler lassen sich jedoch auf einfachste
Weise korrigieren. Fehler am Kran zugewandten Ende des Lastwegs lassen sich mittels
eines einstellbaren Widerstands ausgleichen,der in Serie zur Gesamtwiderstandsstrecke
des Potentiometers geschaltet ist.
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Fehler am Kran abgewandten Ende des Lastwegs können durch einen Verstärker
mit einstellbarem Verstärkungsfaktor ausgeglichen werden, der der Recheneinrichtung
nachgeschaltet ist. Die beiden letztgenannten Maßnahmen können auch gemeinsam vorgesehen
sein.
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Die vorstehend beschriebenen Korrektureinrichtungen sind aber auch
dann sinnvoll,wenn nicht vermeidbare Bau- und Montagefehler korrigiert werden sollen,
oder wenn die Toleranzen der elektrischen Bauelemente größere Lastwegfehler bewirken.
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Ein wesentlicher Vorteil der Lastwegsteuerung des erfindungsgemaßen
Krans ist, daß das die Geschwindigkeit des Hubseils bestimmende Sollwertsignal verändert
und damit in die Steuerung des horizontalen Lastwegs eingegriffen werden kann, ohne
zuvor die Steuerung abschalten zu müssen. Dies kann zum einen dadurch
geschehen,
daß der Multiplikationsstufe eine Summationsstufe nachgeschaltet ist, die dem Sollwertsignal
für eine zusätzliche Hub- oder Senkbewegung des Lastaufnehmers ein zusätzliches
Signal überlagert. Die Größe des zusätzlichen Signals ist zweckmäßigerweise von
einer Handsteuerung für die Bewegung des Hubseils aus änderbar, womit auch bei eingeschalteter
Lastwegsteuerung der horizontalen Bewegung des Lastaufnehmers vertikale Korrekturbewegungen
überlagert werden können. Zum anderen können aber auch problemlos konstruktionsbedingte
Änderungen der Seilgeschwindigkeiten ausgeglichen werden. Derartige Geschwindigkeitsänderungen
können z.B. beim Lagensprung des Hubseils auf der Hubwinde auftreten. Bei einer
Ausführungsform mit einer Summationsstufe kann die Geschwindigkeitsänderung des
Hubseils beim Lagensprung ausgeglichen werden, wenn die Größe des zusätzlichen Signals
von einer den Lagensprung des Hubseils auf der Hubwinde erfassenden Tasteinrichtung
aus änderbar ist. Die Hubwinde des Krans kann darüber hinaus über ein Schaltgetriebe
angetrieben sein, um Hubbewegungen des Lastaufnehmers mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
zu ermöglichen.
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Der Einfluss unterschiedlicher Hubseilgeschwindigkeiten auf den Faktor,
mit dem die Recheneinrichtung das Signal des Gebers beaufschlagt, läßt sich auf
einfache Weise berücksichtigen,wenn der Verstärkungsfaktor eines der Recheneinrichtung
nachgeschalteten Verstärkers in voreinstellbaren Stufen entsprechend dem übersetzungsverhältnis
in den einzelnen Gängen des Schaltgetriebes änderbar ist.
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Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt: Fig. 1 eine schematische Skizze
eines Krans zur Erläuterung der Erfindung; Fig. 2 ein Diagramm, das das Verhältnis
von Hubseilgeschwindigkeit
zu Verstellseilgeschwindigkeit in Abhängigkeit
vom Neigungswinkel des Auslegers nach Fig.1 zeigt: Fig. 3 ein Schaltbild einer Lastwegsteuerung;
Fig. 4a-g Diagramme zur Erläuterung unterschiedlicher Lastwegfehler sowie deren
Korrektur und Fig. 5 eine schematische Skizze konstruktiver Einzelheiten einer anderen
Ausführungsform einer Lastwegsteuerung.
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Fig. 1 zeigt einen Kran mit einem am Krangrundgestell 1 bei 3 angelenkten
Ausleger 5, über den ein von einer Hubseilwinde 7 kommendes Hubseil 9 zu einem Lastaufnehmer
11 geführt ist. Das Hubseil 9 läuft hierbei über eine Seilrolle 13 am freien Ende
des Auslegers,eine Führungsrolle 15 sowie eine Umlenkrolle 17, die es zur Hubseilwinde
7 hin umlenkt. Der Ausleger 5 ist mittels eines bei 19 am Ausleger 5 befestigten
Verstellseilzugs 21 an einem Gerüst 23 des Krangrundgestells 1 gehalten. Der Verstellseilzug
21 umfasst Seilrollen 25 und 27, von denen letztere am Gerüst 23 befestigt ist und
das Verstellseil 21 zu einer Verstellseilwinde 29 hin umlenkt.
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Mittels der Verstellseilwinde 29 kann der Neigungswinkel o( des Auslegers
5 zur Horizontalen verändert werden. Durch Einholen des Verstellseils 21 wird der
Ausleger 5 aus der mit I bezeichneten Stellung in die in Fig.1 gestrichelt eingezeichnete
Stellung II angehoben. Da mit dieser Hubbewegung jedoch gleichzeitig auch der Lastaufnehmer
11 angehoben wird, muß, wenn sich der Lastaufnehmer 11 beim Anheben des Auslegers
5 auf einem in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten horizontalen Lastweg 31 bewegen
soll, gleichzeitig das Hubseil 9 mittels der Hubseilwinde 7 nachgelassen werden.
Die Geschwindigkeit, mit der das Verstellseil 21 eingeholt wird, ist mit v bezeichnet,
die Gev schwindigkeit, mit der das Hubseil 9 nachgelassen werden muß,
um
den horizontalen Lastweg 31 zu erzielen, ist mit vh bezeichnet. Die Richtung der
Geschwindigkeiten v und vh kehrt v h sich um, wenn der Ausleger 5 aus der Stellung
II in die Stellung I unter Beibehaltung des horizontalen Lastwegs 31 abgesenkt wird.
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Das Verhältnis der Geschwindigkeiten vh zu v muß, wenn der v horizontale
Lastweg 31 eingehalten werden soll, einen vorbestimmten, vom Neigungswinkel o( abhängigen
Wert haben. Durch geeignete Wahl des Anbringungsorts 19 des Verstellseils 21 am
Ausleger 5 bzw. der Umlenkrolle 17 des Hubseils 9 und der Umlenkrolle 27 des Verstellseils
21 am Gerüst 23 des Krangrundgestells 1 relativ zum Anlenkort 3 des Auslegers 5
läßt sich eine weitgehend lineare Abhängigkeit des Verhältnisses vh zu v vom Neigungswinkel
« erzielen. Fig. 2 zeigt ein Diagramm v des Geschwindigkeitsverhältnisses vh/vv
als Funktion des Neigungswinkels X zwischen den Neigungswinkeln « und G der 1 II
in Fig. 1 dargestellten Stellungen I und II des Auslegers 5.
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Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Steuerschaltung,mit deren Hilfe
der Lastaufnehmer 11 beim Anheben oder Absenken des Auslegers 5 selbsttätig entlang
dem horizontalen Lastweg 31 geführt werden kann. In der Steuerschaltung wird mittels
eines an die Verstellseilwinde 29 gekuppelten Gebers 33 (Fig.1), der ein der Geschwindigkeit
v des Verstellseils 21 nach Größe und Richtung v proportionles Signal abgibt, ein
Sollwertsignal erzeugt, das die Größe und Richtung der Geschwindigkeit vh des Hubseils
9 in Abhangigkeit vom Neigungswinkel Cc des Auslegers 5 bestimmt.
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Die Steuerschaltung beaufschlagt hierbei das Signal des Gebers mit
einem vom Neigungswinkel « abhängigen Faktor, der gleich dem Verhältnis vh/vv nach
Fig.2 ist, und führt es einer Geschwindigkeitsschaltung 35 eines Antriebsmotors
37 der Hubseilwinde 7 zu, die das Hubseil 9 mit der durch das Sollwertsignal festgelegten
Geschwindigkeit vh einzieht bzw. nachläßt. Als Recheneinrichtung, die das Ausgangs
signal des mit der Verstellseilwinde 29 bzw.
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deren Motor oder deren Getriebe gekuppelten Gebers 33 mit dem vom
Neigungswinkel o( abhängigen Faktor beaufschlagt, dient ein lineares Potentiometer
39, dessen Abgriff 41 mit dem Ausleger 5 gekuppelt ist. Das der Verstellseilgeschwindigkeit
v v proportionale Ausgangs signal des Gebers 33 wird dem Potentiometer 39 über.einen
zu dessen Gesamtwiderstandsstrecke in Serie geschalteten Einstellwiderstand 43 zugeführt.
An den Abgriff 41 des in Potentiometerschaltung betriebenen Potentiometers 39 ist
ein Verstärker 45 über einen Vorwiderstand 47 anqeschlossen.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers 45 wird über eine Summationsschaltung
49 als das die Hubseilgeschwindigkeit vh bestimmende Sollwertsignal der Regelschaltung
35 zugeführt.
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Die Summationsschaltung 49 weist einen in üblicher Weise mit einem
Widerstand 51 rückgekoppelten Differenzverstärker 53 auf, dessen invertierendem
Eingang zum einen das Ausgangs signal des Verstärkers 45 über einen ersten Summationswiderstand
55 und zusätzlich noch das Ausgangs signal einer Handsteuerschaltung 57 über einen
zweiten Summationswiderstand 59 zuführbar ist. Die Handsteuerschaltung 57 weist
ein von Hand betätigbares Potentiometer 61 auf und gibt ein bipolares Ausgangssignal
ab, das dem Ausgangssignal des Verstärkers 45 überlagert wird. Mit Hilfe der Handsteuerschaltung
57 kann in die Lastwegsteuerung eingegriffen und der Lastweg 31 auch während der
Bewegung des Auslegers 5 vertikal verschoben werden.
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Um die bei einem Lagenwechsel des Hubseils 9 auf der Hubseilwinde
7 auftretende Änderung der Hubseilgeschwindigkeit vh ausgleichen zu können, wird
bei einem Lagenwechsel mittels eines den Lagenwechsel erfassenden Schalters 63 dem
nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 53 eine Vorspannung über einen
Vorwiderstand 65 zugeführt, die vom Verbindungspunkt zweier in Serie zwischen den
Ausgang des Verstärkers 45 und Masse geschalteter Widerstände 67 und 69 abgeleitet
wird.
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Die Hubseilwinde 7 wird vom Antriebsmotor 37 über ein Schaltgetriebe
angetrieben,
dessen Gänge mit Schaltern 71,73 und 75 gekuppelt sind. Die Schalter 71,73 und 75
liegen in Serie zu Einstellwiderständen 77,79 und 81 in jeweils einem Rückkopplungszweig
des Verstärkers 45. Die Einstellwiderstände 77, 79 und 81 sind entsprechend dem
übersetzungsverhältnis der jeweils zugeordneten Gänge des Schaltgetriebes eingestellt
und gleichen die in den einzelnen Gängen des Schaltgetriebes unterschiedlichen Abtriebsgeschwindigkeiten
aus.
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Mit Hilfe der Einstellwiderstände 43 und 47 bis 81 können Lastwegfehler,
d.h. vertikale Abweichungen des Lastwegs 31 von der Horizontalen ausgeglichen werden.Die
im linken Teil der Fig.4a-g dargestellten Diagramme zeigen Abweichungen F vom horizontalen
Lastweg in Abhängigkeit vom Neigungswinkel « des Auslegers 5 zwischen den beiden
Stellungen I und II in Fig.1. Der Teil der Figuren 4a-g zeigt, dargestellt mit einer
ausgezogenen Linie,den gewünschten linearen Verlauf des Verhältnisses vh/vv, sowie
gestrichelt eingezeichnet denjenigen linearen Verlauf, wie er zur näherungsweisen
Kompensation des Fehlers mittels der Einstellwiderstände 43 bzw. 77 bis 81 vorzugeben
ist. Mit Hilfe der Einstellwiderstände 77 bis 81 kann die Verstärkung des Verstärkers
45 justiert und damit die Neigung der gestrichelt eingezeichneten Geraden im rechten
Teil der Fig.4a-g verändert werden. Mittels des Einstellwiderstands 43 kann der
absolute Wert des Verhältnisses vh/vv verändert werden, was einer Parallelverschiebung
der gestrichelt eingezeichneten Geraden in Abszissenrichtung entspricht. Die Werte
der Einstellwiderstände 43 bzw. 77 bis 81 werden entsprechend der Vorzeichen und
Richtung des Differentialquotienten des vom Neigungswinkel abhängigen Verlaufs des
Fehlers F in den Endpunkten, beispielsweise in den Stellungen I und II des Auslegers
5 gewählt.
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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Krans, dessen Geometrie
keine lineare Abhängigkeit des Verhältnisses vh/vv vom Neigungswinkel o( des Auslegers
erfordert. In dieser Ausführungsform
wird ein in seiner Funktion
dem Potentiometer 39 entsprechendes Potentiometer 39' über eine Nockenscheibe 83
vom Ausleger 5' des Krans betätigt. Die Nockenscheibe 83 ist über einen Riemen-oder
Kettenantrieb 85 an den Ausleger 5' gekuppelt und betätigt über einen Zahnstangenabtaster
85 ein auf der Abgriffswelle des Potentiometers 39' sitzendes Zahnrad 87. Die Form
der Nockenscheibe 83 ist so gewählt, daß der Drehwinkel des Zahnrades 87 proportional
ist dem zum Nachfahren des horizontalen Lastweges erforderlichen Verhältnis vh/vv
als Funktion des Neigungswinkels « . Auf diese Weise kann auch für den Kran nach
Fiq. 5 die Steuerschaltung nach Fig. 3 verwendet werden.
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- Patentansprüche: