EP0476459A2

EP0476459A2 - Sicherheitsvorrichtung für Krane

Info

Publication number: EP0476459A2
Application number: EP91115098A
Authority: EP
Inventors: Arnold Dipl.-Ing. Axmann; Reinhold Pütt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1992-03-25
Anticipated expiration: 2011-09-06
Also published as: EP0476459A3; DE59101661D1; EP0476459B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung zur Überwachung des Getriebes (2) zwischen Motor (1) und Seiltrommel (3). Hier werden Drehzahl und Drehwinkel an Motor (1) und Seiltrommel (3) mit Gebern (4, 5, 6, 7) erfaßt und in der Relation verglichen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für Krane, bei denen mindestens ein elektrischer Antriebsmotor über Getriebe mit mindestens einer Seiltrommel mechanisch gekuppelt ist.
Der Transport schwerer, für das Umfeld gefährlicher Güter mittels Kranen muß besonders sicher sein. Als Beispiel sei ein großer Gießkran zum Transport von flüssigem Metall genannt. Hier muß dafür gesorgt sein, daß der Momentenschluß von der Antriebsmaschine über das Getriebe bis zur Last ständig überwacht wird. Eine Lücke in der Übertragung, wie z.B. ein Wellen- und/oder Getriebebruch muß unverzüglich gemeldet werden und das sofortige Einfallen der Nothaltebremsen direkt an der Trommel zur Folge haben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache und zuverlässige Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, mit der insbesondere das zwischen und Antrieb und Seiltrommel liegende Getriebeteil überwacht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in folgenden Merkmalen:

a) der Antriebsmotor ist mit einem Drehzahlgeber und mit einem Drehwinkelgeber gekuppelt,
b) die Seiltrommel ist mit einem Drehzahlgeber und mit einem Drehwinkelgeber gekuppelt und
c) die von den Drehzahlgebern und den Drehwinkelgebern gelieferten Werte sind fortlaufend in ihrer Relation zueinander in einer Auswerteschaltung überwachbar und bei einem Abweichen von vorgegebenen Relationen ein Störungssignal für eine Notabschaltung ausgebbar.

Auf diese Weise können die Drehzahlen sowie die daraus resultierenden Wege an den Antriebs- und Lastseiten ständig registriert und überwacht werden. Neben der Getriebeüberwachung läßt sich dann auch relativ leicht eine Überwachung der einzelnen Geber erreichen, da z.B. das zeitliche Integral der Drehzahl dem Drehwinkel des entsprechenden Drehwinkelgebers entsprechen muß. Als Drehwinkelgeber werden hierbei mit Vorteil sogenannte Winkelcodierer verwendet, die absolut den Winkel (bzw. die Position) liefern. Als Drehzahlgeber können Inkrementalgeber (Winkelschrittgeber) verwendet werden, deren in einem Zähler summiertes Ausgangssignal ebenfalls ein Maß für den Weg darstellt.
Die Überwachung wird in der Weise aufzubauen sein, daß die von dem Inkrementalgeber abgegebenen Richtungsimpulse elektronischen Zählern zugeführt und miteinander verglichen werden. Hierbei muß gelten, daß die Summe der für die Antriebsmaschinen abgegebenen Impulse im Normalfall mit der Summe der Impulse an den Seiltrommeln übereinstimmt - wobei der eine Wert entsprechend dem Übersetzungsverhältnis multipliziert werden muß -. Falls den von den Antriebsmaschinen abgegebenen Drehzahlen nicht entsprechende Drehzahlen an den Seiltrommeln folgen, liegt eine Störung in der Mechanik vor und es muß sofort der Antrieb stillgesetzt werden.
Mit der vorgenannten Einrichtung werden über die Winkelgeber (Winkelcodierer) gleichzeitig auch die Wege (Winkel) miteinander verglichen; was für die Drehzahlen gilt, muß gleichzeitig auch für die Wege gelten.
Bei mehreren Maschinen ist neben der Überwachung der Trommelbewegung an der Antriebsmaschine auch eine Überwachung der einzelnen Antriebsmaschinen untereinander möglich. Bei Unterschieden in den Antriebspaaren von Arbeitsmaschinen, die über Planetengetriebe arbeiten, können Drehzahlunterschiede möglich sein und dürfen nicht zur Abschaltung führen. Jedoch müssen hier auch immer bestimmte Beziehungen zwischen der Summe der Drehzahl einzelner Antriebe und der daraus resultierenden Drehzahl der Seiltrommel eingehalten sein. Entsprechendes gilt für die Wege.
Die vorstehend beschriebene Lösung stellt ein universell einsetzbares redundantes System zur Überwachung von Drehzahl und Wegen dar.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

FIG 1: das Prinzipschaltbild der Sicherheitsvorrichtung,
FIG 2: das Prinzipschaltbild der Auswertevorrichtung und
FIG 3: eine Anordnung mit vier Antriebsmotoren bei einem Gießkran.

Wie aus FIG 1 ersichtlich, treibt ein elektrischer Motor 1 eines Hubwerkes über ein Getriebe 2 eine Seiltrommel 3 an. Mit dem Motor 1 sind mechanisch ein elektrischer Inkrementalgeber 4 und ein Winkelcodierer 5 gekuppelt.
Mit der Seiltrommel 3 sind direkt mechanisch ein Inkrementalgeber 6 und ein Winkelcodierer 7 gekuppelt. Die Ausgangssignale der Geber 4 bis 7 werden einer Auswerteschaltung 8 zugeführt, die im Störungsfall ein Abschaltsignal 9 abgibt.
Wie aus FIG 2 ersichtlich, werden die Ausgangssignale der Geber 4 bis 7 über Anpaßschaltungen 19 geführt und stehen als Signale an den Ausgängen A,B,C,D dieser Anpassungsschaltungen 19 zur Verfügung. Am Ausgang A liegt eine Impulsfolge vor, die vom Inkrementalgeber 4 abgeleitet ist und der Drehzahl des Motors 1 entspricht. Am Ausgang B liegt der jeweilige Winkelwert (Drehwinkel) des Antriebsmotors 1 vor, der vom Winkelcodierer 5 geliefert wird.
Am Ausgang C erscheint die der Drehzahl der Seiltrommel 3 zugeordnete Impulsfolge und am Ausgang D der jeweilige Drehwinkel der Trommel 3, der vom Winkelcodierer 7 geliefert wird.
Zum Drehzahlvergleich werden die Werte am Ausgang A mit den Werten am Ausgang C im Subtrahierer 22 verglichen. Überschreitet die Differenz der Drehzahlen einen vorgegebenen Grenzwert, so spricht ein zugeordneter Grenzwertmelder 24 an und gibt ein Störsignal ab.
Zum Vergleich der Drehwinkel werden die Signale an den Ausgängen B und D im Subtrahierer 21 miteinander verglichen und ebenfalls bei einer Abweichung über Grenzwertmelder 24 ein Störsignal ausgegeben. Hierbei können die zulässigen Differenzen zwischen Winkeln bzw. Drehzahlen unterschiedlich eingestellt sein. Mit diesen vorbeschriebenen Maßnahmen wird überwacht, ob die Getriebe zwischen Motor und Trommel in Ordnung sind. Zusätzlich können nun auch die Geber überwacht werden, und zwar basiert dies auf der Überlegung, daß das zeitliche Integral der vom Winkelschrittgeber 4 abgegebenen Pulsfolge mit dem vom Winkelcodierer 5 gelieferten Winkelwert übereinstimmen muß. Hierzu werden in einem Subtrahierer 20 die an den Ausgängen A und B gelieferten Werte miteinander verglichen, wobei beide Werte in Zählform oder in Absolutform ausgegeben werden müssen, damit sie vergleichbar sind. Am einfachsten könnte dies dadurch geschehen, daß die Ausgänge A und C bereits ebenfalls die integrierten Drehzahlwerte ausgeben.
Treten auch hier unzulässige Abweichungen in den Drehzahlen bzw. Winkeln auf, so ist dies ein Indiz dafür, daß eine Störung in den Gebern 4 oder 5 vorliegt, was über Grenzwertmelder 24 ebenfalls zur Abschaltung führt. Sinngemäß die gleiche Überwachungsstrategie gilt für die Geber 6 und 7 mit Hilfe des Subtrahierers 23.
FIG 3 zeigt die Überwachung eines Kranes mit vier Antriebsmotoren 10 bis 13. Jeweils paarweise treiben zwei Antriebsmotoren 10 und 11 bzw. 12 und 13 ein Planetengetriebe 14 an, welches über weitere Getriebe 15 zwei Seiltrommeln 16 antreibt. Mit den Motoren 10 bis 13 und den Seiltrommeln 16 sind jeweils Inkrementalgeber 17 und Winkelcodierer 18 gekuppelt. Aus den Ausgangssignalen der Geber kann in der Auswerteschaltung dann festgestellt werden, ob irgendeine Störung in der Mechanik oder in den Gebern vorliegt; z.B. wird man überwachen, ob die beiden Motoren 10 und 11 gleiche Drehzahlen haben bzw. im gleichen Zeitraum gleiche Drehwinkel zurücklegen. Das gleiche gilt für die Motoren 12 und 13 mit ihren zugeordneten Gebern. Ebenso wird man überwachen, ob die Summe der eintreibenden Drehzahl der Motoren 10 bis 13 der Drehzahl bzw.dem Weg der Trommeln 16 entspricht, da bei einem Planetengetriebe diese Bedingung eingehalten werden muß.
Wie im Zusammenhang mit den FIG 1 und 2 ersichtlich, ist die in FIG 3 dargestellte Anordnung eine Ausweitung der eingangs erläuterten Gedanken, wobei immer die gleiche Grundstruktur der Differentialüberwachung vorhanden bleibt.

Claims

Sicherheitsvorrichtung für Krane, bei denen mindestens ein elektrischer Antriebsmotor über Getriebe mit mindestens einer Seiltrommel mechanisch gekuppelt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) der Antriebsmotor (1) ist mit einem Drehzahlgeber (4) und mit einem Drehwinkelgeber (5) gekuppelt,

b) die Seiltrommel (3) ist mit einem Drehzahlgeber (6) und mit einem Drehwinkelgeber (7) gekuppelt und

c) die von den Drehzahlgebern (6) und den Drehwinkelgebern (7) gelieferten Werte sind fortlaufend in ihrer Relation zueinander in einer Auswerteschaltung (8) überwachbar, die bei einem Abweichen von vorgegebenen Relationen ein Störungssignal (9) für eine Notabschaltung ausgibt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) mit dem Motor (1) und mit der Seiltrommel (3) sind jeweils ein Inkrementalgeber (4, 6) und ein Winkelcodierer (5, 7) gekuppelt und

b) die Ausgänge der Inkrementalgeber (4, 6) und die Ausgänge der Winkelcodierer (5,7) sind mit einer Auswerteschaltung (8) für das Störungssignal (9) verbunden.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale der Auswerteschaltung:
a) es werden die von den Inkrementalgebern (4, 6) gelieferten Drehzahlen verglichen,

b) es werden die von den Winkelcodierern (5, 7) gelieferten Drehwinkel miteinander verglichen und

c) es werden die aus den Impulsen eines Inkrementalgebers abgeleiteten Drehwinkelwerte mit dem vom zugehörigen Winkelcodierer ausgegebenen Drehwinkelwerten verglichen.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 mit vier elektrischen Antriebsmotoren (10 bis 13), die jeweils paarweise über ein Planetengetriebe (14) eintreiben,an das ausgangsseitig mindestens eine Seiltrommel (16) gekuppelt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) mit jedem Motor (10 bis 13) und jeder Trommel (16) sind ein Inkrementalgeber (17) und ein Winkelcodierer (18) gekuppelt und

b) zusätzlich zu den Relationen von Drehzahlen und Drehwinkeln ist die Relation zwischen der Summe der Drehzahlen und/oder Drehwinkel der Antriebe zu denen der Seiltrommel in der Auswerteschaltung (8) überwachbar.