DE60131231T2

DE60131231T2 - Verfahren zum Steueren des Bremsvorganges eines Kranes

Info

Publication number: DE60131231T2
Application number: DE60131231T
Authority: DE
Inventors: Matti Kemppainen
Original assignee: KCI Konecranes PLC
Current assignee: Konecranes PLC
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2021-09-15
Also published as: DE60131231D1; FI20002084A0; US6655662B2; EP1190980B1; ES2292552T3; US20020033481A1; EP1190980A3; EP1190980A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Tätigkeit einer Kranbremse, welcher Kran einen elektrischen Motor umfasst, der mittels eines Frequenzwandlers gesteuert wird, um Hebe- und Absenkbewegungen des Krans zu bewirken; eine elektromechanische Bremse, die einen Einfluss auf die Bewegungen hat, welche Bremse geöffnet wird, wenn der Motor für eine Hebe- oder Absenktätigkeit gestartet wird; einen Lastsensor, der die handzuhabende Last wiegt und eine Lastsicherung, die mit dem Sensor verbunden ist. Das Dokument EP-A 0 841 298 offenbart ein derartiges Verfahren.
Elektromechanische Bremsen werden derzeit entweder ohne Steuerungen oder mit einem Mikroschalter ausgerüstet, um die Bewegung der Bremsankerplatte zu messen. Wenn die Bremse betätigt wird, ist diese Bewegung extrem gering, üblicherweise 0,2–0,4 mm. Der Tätigkeitsbereich des Schalters ist daher sehr gering und seine Montage und Einstellung ist schwierig. Ein Steuerungs- oder Überwachungssystem ist mit einer Messschaltung versehen, um sicherzustellen, dass, wenn die Hebe- oder Absenkbewegung beginnt, die Bremse öffnet, d.h. der Mikroschalter geschlossen ist. Wenn der Schalter nicht innerhalb einer festgesetzten Zeit schließt, wird die Tätigkeit des Krans gestoppt.
Systeme, die ohne irgendwelche Überwachungsanordnungen ausgeliefert werden, sind problematisch, wenn das Bremssteuerungssystem eine Fehlfunktion hat oder wenn die Bremse aus irgendwelchen Gründen verzögert und nicht sauber öffnet, in welchem Fall die Bremse in lediglich wenigen Sekunden so start aufheizt, dass die Friktionseigenschaften des Friktionsmaterials zusammenbrechen und die Bremse nicht in der Lage ist, die Last zu halten.
Die Publikationen JP 2-084088 und FR 2,675,790 zeigen Bremssteuerverfahren, die auf den obigen Mikroschalterlösungen basieren, um die Bremsposition anzuzeigen. Solche unzuverlässigen Lösungen wurden in Schuhbremsen bereits seit Jahrzehnten verwendet.
Die Publikation JP 4-265681 lehrt ein Verfahren zum Detektieren einer Bremsfehlfunktion, bei welchem Verfahren der Motorstrom langsam bzw. schrittweise angehoben und mit einem Geschwindigkeitssensor gemessen wird, um anzuzeigen, warm der Motor beginnt sich zu drehen. Die Unterschiede in den Strömen zwischen den Bremsen mit und ohne Spannung werden dann verglichen. Wenn die Differenz zwischen den Strömen zu gering ist, wird die Bremse als fehlerhaft detektiert.
Das US-Patent 4,733,148 zeigt ein Verfahren, bei welchem der Motor mit einem nominalen Drehmoment angetrieben wird und ein Auslesen des Geschwindigkeitsfeedbacksensors zeigt, ob der Motor läuft. Dieses Verfahren kann an sich nicht bei Kränen angewandt werden. Wenn das Hebeteil mit einer nominalen Last versehen wird und die Last nach unten bei einem Nominaldrehmoment gegen die Bremse wirkt, wird von der Bremse in der Tat ein Schlupf verlangt. Das US-Patent 5,343,134 zeigt ein ähnliches System, bei welchem die Bremse überwacht wird durch Überwachung der Rotationsgeschwindigkeit des Motors. Obwohl das System bei Kränen arbeitet, erfordert es auch, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Motors bekannt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die Lösung der obigen Probleme ermöglicht. Dies wird erzielt mit einem Verfahren der Erfindung, welche in erster Linie dadurch charakterisiert ist, dass ein Frequenzwandler verwendet wird, um das Drehmoment des Motors zu berechnen, welche Information mit einer Lastinformation oder Gewicht von einem Lastsensor verglichen wird.
Die Erfindung basiert darauf, immer wenn der Kran betrieben wird einfach die Lastwiegeinformation mit der Motordrehmomentinformation zu vergleichen. Wenn das Drehmoment nicht der Information entspricht, die durch den Lastsensor bereitgestellt wird, gibt es zusätzlich Verluste in dem System, entweder in der Bremse oder in irgendeiner anderen mechanischen Struktur. Der Kran kann daher angehalten werden, bevor die Bremse exzessiv aufheizt.
Der Vergleich gemäß der Erfindung muss gemacht werden unter Berücksichtigung der Antriebs- oder Heberichtung: Wenn die Last nach oben befördert wird, wird das Drehmoment so skaliert, dass ein Nominaldrehmoment (100 %-Drehmoment) erfordert wird, um eine Nominallast (100 %) zu heben, wobei gegenseitig korrespondierende Lastinformation und Drehinforma tion über den gesamten Lastbereich erhalten wird. Wenn die Last abgesenkt wird, fungiert der Motor als Generator, wobei das Drehmoment mit Nominallast (100 %) die Maschineneffizienz² × Drehmoment (mit Minuszeichen) ist, welches in Abhängigkeit von der Effizienz –80 ... –90 % beträgt.
Wenn die Bremse schleift oder irgendeine andere mechanische Friktion vorliegt, steigt der Drehmomentbedarf durch den Motor an wenn die Last angehoben wird, und in entsprechender Weise fällt das Drehmoment auf der Generatorseite ab, wenn die Last abgesenkt wird.
Die Steuerungseinheit ist mit einstellbaren Grenzwertschaltern versehen, in welchen die Drehmomentinformation proportional zur Lastinformation sein muss, und mit den notwendigen Filterelementen zum Ausfiltern des Drehmoments, das benötigt wird, um die fliegenden Massen zu beschleunigen, obwohl das Drehmoment auch rechnerisch auf der Basis der bekannten Beschleunigung und Abbremszeiten und der Fliehkräfte der Maschine abgezogen werden kann.
Die Steuerung kann beispielsweise wie folgt implementiert werden:

1. Das Anheben oder Absenken wird begonnen bei einer geringen Geschwindigkeit und die Bremse wird geöffnet.
2. Die von dem Lastsensor zu erhaltende Lastinformation wird mit der Drehmomentinformation des Frequenzwandlers verglichen, wobei die Antriebsrichtung berücksichtigt wird.
3. Wenn die Information zueinander korrespondiert, wird eine Frequenzwandlerrampe freigegeben und eine höhere Antriebsgeschwindigkeit wird erlaubt. Wenn während des Antriebs detektiert wird, dass die Information voneinander abweicht wird der Betrieb gestoppt.

Diese Steuerung kann in dem Frequenzwandler oder einer anderen programmierbaren Einrichtung programmiert werden. Die vorteilhafteste Lösung besteht natürlich darin, die Funktion in dem Frequenzwandler selbst zu programmieren, weil dann die Steuerung ohne irgendeine zusätzliche Ausrüstung implementiert werden kann.
Ein signifikanter Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Systeme, die bereits in dem Kran existieren, verwendet werden können, um zuverlässige Schlüsse über das Verhalten der Bremse und andere mechanischen Systeme zu erlauben, wobei zusätzliche Sensoren, die teuer und schwierig vorzusehen sind, vermieden werden können. Zusätzlich wird eine verbesserte Kranzuverlässigkeit erzielt, verglichen mit den Lösungen basierend auf Mikroschaltern, weil das System auch andere Fehler als Bremsfehler in der Hebevorrichtung detektiert (wie z.B. Lagerschäden, Seilstauchungen etc.).
Liste der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der begleitenden Zeichnung beschrieben, die ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Mit Bezug auf die Figur enthält eine mit dem Bezugszeichen 1 versehene Kranhebevorrichtung einen elektrischen Motor 2, der als eine betriebene Stromquelle dient, welcher Motor eine Hebetrommel 4 über ein Getriebe 3 betätigt, welche Trommel mit Hebeseilen 5 versehen ist, die auf die Trommel aufgewickelt sind. Die Enden der Seile sind wiederum mit einem Hebehaken 6 zur Aufnahme einer Last 7 versehen. Die Hebevorrichtung 1 enthält weiter einen Lastsensor 8, der das Gewicht der Last 7 misst und eine elektromechanische Bremse 9, um den Motor 2 und damit auch die Hebetrommel 4 zu bremsen.
Der Motor 2 und damit auch die Hebe- und Absenkbewegung des Krans werden mittels eines Frequenzwandlers 10 gesteuert, an welchen der Kranführer Kommandos auf eine Richtungsinformationsleitung 13 abgibt.
Zur Steuerung der Bremsentätigkeit ist eine Steuereinheit 12 vorgesehen, die in diesem Fall in dem Frequenzwandler 10 selbst angeordnet ist. Die Steuereinheit 12 empfangt Heberichtungsinformation über die Leitung 13. Das Referenzzeichen 11 bezeichnet eine Spannungsversorgungsleitung der Hebemaschinen.
Zwischen der Steuereinheit 12 und der Bremse 9 ist eine Bremssteuerung 14 angeschlossen, welche entweder die Bremse 9 vollständig offen oder geschlossen hält, entsprechend der Information, die von der Steuereinheit 12 erhalten wird.
Wenn der Kran in Betrieb ist, d.h. wenn der Motor 2 läuft und die Last 7 sich entweder nach oben oder nach unten bewegt, errechnet der Frequenzwandler 10 das Drehmoment des Motors 2 und übermittelt die Information an die Steuereinheit 12. Während der Kranbetätigung vergleicht die Einheit 12 kontinuierlich diese errechnete Drehmomentinformation mit der Wiegeinformation, die durch den Lastsensor 8 erzeugt wurde. Wenn die Lastinformation und die Drehmomentinformation nicht innerhalb der gesetzten Toleranzen (wobei die oben beschriebene Heberichtung berücksichtigt wird) korrespondieren, wird die Bremse 9 betätigt, um den Motor 2 zu stoppen, welcher angehalten wird, so lange ein Unterschied zwischen den Informationen vorliegt, d.h. eine Störung oder Fehlfunktion bei den Bremsen.
Die obige Beschreibung soll die Grundidee der Erfindung lediglich erläutern. Der Fachmann kann jedoch deren Details auf unterschiedliche Weise innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche variieren.

Claims

Verfahren zum Steuern der Tätigkeit einer Kranbremse, welcher Kran einen elektrischen Motor (2), der mittels eines Frequenzwandlers (10) gesteuert wird, um Hebe- und Absenkbewegungen des Krans zu bewirken, eine elektromechanische Bremse (9), die einen Einfluss auf diese Bewegungen ausübt, welche Bremse geöffnet wird, wenn der Motor für eine Hebe- oder Absenktätigkeit gestartet wird, einen Lastsensor (8), der eine handzuhabende Last (7) wiegt, und einen Überlastschutz umfasst, der mit dem Sensor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler (10) verwendet wird, um das Drehmoment des Motors (2) zu errechnen, welche Information mit der Lastinformation oder dem Gewicht verglichen wird, das von dem Lastsensor (8) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Last (7) angehoben wird, die Hebebewegung gestoppt wird, wenn die Lastinformation und die Drehmomentinformation im Wesentlichen nicht miteinander korrespondieren, und dass, wenn die Last abgesenkt wird, die Absenkbewegung gestoppt wird, wenn die Drehmomentinformation im Wesentlichen differiert von einem mit einem negativen Vorzeichen versehenen Produkt (Maschineneffizienz)² × Lastinformation.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuertätigkeiten in dem Frequenzwandler (10) programmiert sind.