EP0841298B1 - Steuerungsanordnung mit Erkennung des Gewichts der Last - Google Patents

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EP0841298B1
EP0841298B1 EP19970118120 EP97118120A EP0841298B1 EP 0841298 B1 EP0841298 B1 EP 0841298B1 EP 19970118120 EP19970118120 EP 19970118120 EP 97118120 A EP97118120 A EP 97118120A EP 0841298 B1 EP0841298 B1 EP 0841298B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ref
variable
load
drive
control system
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP19970118120
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0841298A2 (de
EP0841298A3 (de
Inventor
Falk Thürmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
R Stahl Foerdertechnik GmbH
Original Assignee
R Stahl Foerdertechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by R Stahl Foerdertechnik GmbH filed Critical R Stahl Foerdertechnik GmbH
Publication of EP0841298A2 publication Critical patent/EP0841298A2/de
Publication of EP0841298A3 publication Critical patent/EP0841298A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0841298B1 publication Critical patent/EP0841298B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/42—Control devices non-automatic
    • B66D1/46—Control devices non-automatic electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear
    • B66D1/58—Safety gear responsive to excess of load

Definitions

  • the cable force will exceed a second limit, which is approximately 110% of the rated load, and the hoist will be shut down. It can then be set in motion only in the direction of sinks.
  • the known from DE-29 30 439 C2 method for controlling a hoist uses the time derivative of the cable force to determine whether an overload can occur when lifting the load. As soon as the increase in the cable power is too great, it is switched over to the feeder when lifting.
  • a time-derivative system is very sensitive to disturbances, both to perturbations that seem to simulate too fast a rise and perturbations that simulate the opposite direction.
  • the new drive and control system is able to detect very quickly whether the load is raised and what weight it has. This quick response is made possible because the new drive and control system is self-adaptive and automatically adjusts a variable upper limit as the cable force increases. Descending or adjusting the upper variable limit stops automatically when the load hangs freely on the rope, even if longitudinal vibrations in the rope have been induced by the tearing of the load. Thus, the limit is available almost simultaneously with the floating state of the load. It There is no need to use timers that push the load far into the future to make sure that even a long rope has been tightened and the vibrations have subsided.
  • the length of the break would have to be set for the worst case scenario.
  • This most unfavorable case is at maximum length of the rope and the rated load.
  • the swinging or lulling of the load takes the longest time, measured from the initial tightening of the rope to the sufficient decay of the rope vibrations.
  • variable lower limit This is adjusted upwards as long as the variable upper limit is exceeded. Only if no exceeding of the variable upper limit value takes place can the lower value of the lower variable limit value be evaluated in the sense of a reduction of both the lower variable limit value and the upper variable limit value. Thus, with some delay, the upper and lower limits follow the oscillating load signal until the amplitude of the oscillations fall within the band set between the upper and lower variable limits.
  • the system can not know whether, after the last correction of either limit, it is very close to the current magnitude of the load signal. In order to avoid disturbances here, it may be expedient, after the expiry of the specified time, to increase or decrease the variable upper limit value and / or the variable lower limit value by a small incremental value expand, ie slightly increase the distance between the two limits.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of a cable 1 with a stored in a frame 2 cable drum 3. From the cable drum 3 runs from a rope 4, which leads to a hook block 5 and from there back to an anchoring point 6 in the frame. On the hook block 5 hangs a load. 7
  • an electric motor 8 is flanged to the frame 2, which is preferably a three-phase motor with squirrel-cage rotor.
  • the control of the motor 8 is done via a schematically indicated control arrangement 9, which is housed in a unfolded drawn control box 11.
  • a handset or hanging button 13 is connected via a suspension cable 12, which serves as an input device.
  • the hanging button 13 has two manually operated push buttons 14 and 15, which serve to control the movement of the cable drum 3. For example, by slightly depressing the push button 14 to a pressure point, the cable drum 3 in the sense of raising the load 7 at a slow speed (Feingang) set in motion. If the push button 14 is actuated beyond the pressure point, the lifting of the load 7 takes place at an increased speed (main lifting speed). The same applies mutatis mutandis to the push button 15, which controls the downward movement.
  • the control arrangement 9 is based on a microprocessor 16, ie with the push buttons 14 and 15 are not controlled motor contactors directly, but the coming of these push buttons 14, 15 signals enter the microprocessor 16, which in turn according to switching or Motor contactors of a power supply 17 is driving.
  • the microprocessor 16 takes over the entire function monitoring of the hoist. 1
  • the pendant switch 13 To an input 18 of the microprocessor 16 via the control cable 12, the pendant switch 13 is connected. An output 19 of the microprocessor 16 is connected to a control input 21 of the power supply device 17.
  • the drive motor 8 is a pole-changing three-phase motor with squirrel cage rotor, which has the property of braking electrically when switching from the low number of poles to the high number of poles, ie when switching from the high speed to the low speed.
  • a frequency converter can be used in conjunction with a three-phase asynchronous motor with a fixed number of pole pairs.
  • the same braking effect will occur if the frequency converter is set up accordingly. In this case, either the energy is fed back into the power grid or destroyed in braking resistors.
  • An armature shaft 24 of the drive motor 8 is coupled to a mechanical brake device 25 and drives the cable drum 3 via a housed in the cable drum 3 Planetary gear.
  • To the mechanical braking device 25 includes a rotatably coupled to the armature shaft 24 brake disk 26 and a pair of pliers on this attacking brake shoes 27 which can be applied via a schematically indicated actuator 28 to the brake disc 26 and with the aid of the brake shoes 27 can be released.
  • the brake actuator 28 has a control input 29 which is connected via a line 31 to an output 32 of the microprocessor 16.
  • a cable force sensor 33 is provided which emits an electrical signal proportional to the cable force at its output 34.
  • the rope force sensor 33 can be designed in different forms. It may be a load cell, which is arranged at the fixed anchoring point 6 between the traction cable 4 and the frame 2. However, the cable force sensor 33 can also be arranged in the suspension of the hoist 1 in order to measure or weigh the weight of the hoist 1 together with the load hanging thereon. Finally, it is also conceivable to use as a cable force sensor 33, a force measuring device which measures an axial force on an axis within the reduction gear between the drive motor 8 and the cable drum 3 and makes use of it that with helical gears a dependent on the transmitted torque axial force. In all cases, the rope force sensor 33 provides at its output 34 a signal indicative of the value of the load 7 hanging on the hook 5. Specifically, this value also includes the variable weight of the extended one Rope, which is generally negligible. This electrical load signal passes through a connecting line 35 directly and thus virtually unswept and instantaneously in an input 36 of the microprocessor 16th
  • Fig. 3 illustrates in the form of a flow chart that program part which runs in the microprocessor 16 and serves to determine the hook load or the weight of the lifted load 7, including the weight of the cable 4.
  • the program section shown in Fig. 3 is only passed through the first time a load, but not when the already floating load is stopped and restarted, regardless of whether up or down.
  • the program is reached at 41 from the main program.
  • This reference value Ref 1 is set very low and corresponds to the newly tightened cable 4. It is about 10% of the rated load of the hoist 1. If the program determines that the load signal F is below the limit value Ref 1 , becomes a block instruction 43th branches, in which an upper variable limit value Ref 2 and a lower variable limit value Ref 3 are set to their respective lowest values K1 and K2. Then the program piece according to FIG. 4 at 44 is again left in the direction of the main program until it is jumped back from the main program at 41.
  • the drive motor 8 runs with the speed selected by the user via the pendant button.
  • the instruction block 47 is not executed when the load signal remains smaller than the upper variable limit value Ref 2 .
  • the program then proceeds to a branch point 51, at which it is checked whether the clock, because the instruction blocks 47 and 49 were skipped, meanwhile displays a time value which is greater than t G.
  • This time period t G is slightly greater than the worst case period of oscillation of the load 7 on the cable 4. If this time limit t G is not exceeded, the program returns to the input of the instruction block 45 to resend the checks at the branching points 46 and 48, so that the variable limit values Ref 2 and Ref 3 are corrected as the case may be.
  • the program interprets this as meaning that the cable oscillations have decayed so far that the resulting fluctuations in the load signal F within the band, which is bounded above by the current value of the upper variable upper limit Ref 2 and down by the current value of the lower variable limit Ref 3 .
  • the upper variable Limit value Ref 2 is increased by a fixed small incremental value a.
  • Reference value The upper limit now reached after the instruction block 52 may be referred to as Reference value are used in order to decide on further operation, whether an operating situation has occurred, which makes it advisable to switch to safety for reasons in the low speed.
  • the lower variable limit Ref 3 by a small Increment a be reduced, so that under unfavorable conditions, a sufficient distance to the idle state of the load signal F is achieved.
  • the program section shown shows the parts essential for understanding. Any required holding patterns and the check for exceeding the overload limit have been omitted for the sake of clarity.
  • the control circuit 9 therefore switches the power supply device 17, so that subsequently the motor 8 only works fine with the slow fine lifting speed v.
  • the load signal F will for the first time become greater than the upper variable limit value Ref 2 still sitting at its start value, which is then increased by ⁇ at the instant t 2 as well as the lower variable limit value Ref 3 .
  • This process of exceeding Ref 2 and increasing Ref 2 and Ref 3 will be repeated several times until time t 8 .
  • the program will execute the instruction block 47, but skip the instruction block 49.
  • the clock is always reset to the initial value.
  • the upper variable limit value Ref 2 is adjusted practically simultaneously with the sufficient decay of the cable vibrations after lifting the load 7.
  • the values of the two variable limit values Ref 2 and Ref 3 can now be changed in the sense of increasing the bandwidth.
  • the system does not need to work with a break time that takes into account the worst case load and is decidedly too long for normal operation.
  • the system is able to work very fast again with the full lifting speed, because the steady state is a maximum of one period after the last time one of the limit values Ref 2 , Ref 3 is also exceeded in steady state stability.
  • a hoist is provided with a control system at during the lifting of the load of the pad dynamically retraced an upper limit until the detected by the control system load signal for the first time does not exceed this stepwise increased limit. Subsequently, it is checked whether, as a result of vibrations, a stepwise entrained lower limit value is undershot. If this is not the case, the limit values remain at the current value, otherwise they are gradually reduced and increased again until the load signal remains between the two limits.
  • the system can adjust very quickly to any load and is practically in the steady state with the lifting of the load and the subsequent decay of the rope oscillation, which means that the limits are reliably set and can be trusted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)

Description

  • Bei Hebezeugen können für Menschen und Material extrem gefährliche Situationen eintreten, wenn beim Hochfahren des Hebezeugs der Haken oder die daran hängende Last an irgendwelchen ortsfesten Teilen hängen bleiben. Der Vorgang geht schlagartig schnell und die Reaktionszeit des Kranführers reicht nicht aus zu verhindern, daß dadurch dramatische Überlastungen des Systems entstehen. Aus diesem Grunde ist das Hebezeug mit Sensoren und einer Steuereinrichtung ausgestattet, die selbsttätig die Hubbewegung stillsetzen soll, sobald eine solche Gefahr erkannt wird.
  • Je länger die Reaktionszeit des Systems insgesamt ist, d.h. je mehr Zeit vergeht zwischen dem Erkennen, daß eine bestimmte Lastgrenze überschritten wird, und dem Stillstand des Antriebsmotors, umso größer ist die nach dem Überschreiten der Lastgrenze auftretende zusätzliche Krafterhöhung. Genauere Betrachtungen zeigen, daß bei der Normalhubgeschwindigkeit die größte Energie des Systems als kinetische Energie im Anker des Antriebsmotors gespeichert ist. Die dort nach dem Abschalten des Motorstroms enthaltene Energie beträgt bis zu 80% der kinetischen Gesamtenergie im System. Um dies zu verhindern, sollte so schnell wie möglich die Drehzahl vermindert werden, wenn ein Festhaken droht. Dazu ist es notwendig, das Gewicht der Last incl. dem Gewicht des Seils zu kennen, um einen variablen Grenzwert zu haben, der frühzeitig eine Entscheidung ermöglicht.
  • Aus der DE-20 58 712 C3, der den nächstliegender Stand der Technik darstellt, ist eine Überlastsicherung für ein Hebezeug bekannt, die lediglich beim Anheben der Last von der Unterlage wirksam ist. Wenn der Kranführer oder Bediener des Hebezeugs die Last mit der Haupthubgeschwindigkeit vom Boden anheben will, fährt das Hebezeug zunächst mit der Nennhubgeschwindigkeit, um das Seil schnell zu straffen. Sobald die Meßeinrichtung an dem Hebezeug eine Seilkraft von etwa 20% der Nennlast feststellt, wird selbsttätig aus dem Hauptgang in den Feingang umgeschaltet und die Haupthubgeschwindigkeit gesperrt. Die Sperrung der Haupthubgeschwindigkeit bleibt solange vorhanden, bis sichergestellt ist, daß keine Überlastung des Hebezeugs vorliegt. Sollte während des Anhebens der Last ein Verhaken auftreten oder die Last schwerer sein als die zulässige Nennlast, übersteigt die Seilkraft einen zweiten Grenzwert, der etwa bei 110% der Nennlast liegt, und es wird das Hebezeug abgeschaltet. Es kann anschließend nur noch in Richtung Senken in Bewegung gesetzt werden.
  • Durch die Verwendung des Feinhubs nach dem Seilstraffen können dramatische Überlastungen des Hebezeugs lediglich beim Anfahren der Last vermieden werden, weil die kinetische Energie klein ist. Sollte aber die Last sich während der Hubbewegung verhaken, arbeitet die Maschine mit der Haupthubgeschwindigkeit, d.h. bei hoher Geschwindigkeit, womit die oben geschilderten Probleme auftreten. Ein variabler Grenzwert ist nicht beschrieben.
  • Das aus der DE-29 30 439 C2 bekannte Verfahren zur Steuerung eines Hebezeugs verwendet die zeitliche Ableitung der Seilkraft, um festzustellen, ob beim Anheben der Last eine Überlastung auftreten kann. Sobald der Anstieg der Seilkraft zu groß ist, wird beim Anheben in den Feingang umgeschaltet.
  • Ein System, das mit einer zeitlichen Ableitung arbeitet, ist gegenüber Störungen sehr empfindlich, und zwar sowohl gegenüber Störungen, die scheinbar einen zu schnellen Anstieg simulieren als auch Störungen, die die gegenteilige Richtung simulieren.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Antriebs- und Steuersystem für Hebezeuge zu schaffen, das in der Lage ist, beim Anheben einer Last extrem schnell deren Gewicht gegebenfalls zuzüglich dem Gewicht des Seils zu ermitteln.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Antriebs- und Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Das neue Antriebs- und Steuersystem ist in der Lage, sehr schnell zu erkennen, ob die Last angehoben ist und welches Gewicht sie hat. Diese schnelle Reaktion wird ermöglicht, weil das neue Antriebs- und Steuersystem selbstadaptiv arbeitet und in dem Maß, in dem sich die Seilkraft erhöht, selbsttätig einen variablen oberen Grenzwert nachstellt. Das Nachfahren oder Nachstellen des oberen variablen Grenzwertes endet automatisch, wenn die Last frei am Seil hängt, und zwar selbst dann, wenn durch das Losreißen der Last Longitudinalschwingungen im Seil angeregt wurden. Damit ist der Grenzwert praktisch gleichzeitig mit dem Schwebezustand der Last verfügbar. Es müssen keine Zeitglieder verwendet werden, die das Erfassen der Last weit in die Zukunft schieben, um sicherzustellen, daß tatsächlich auch ein langes Seil gestrafft ist und die Schwingungen abgeklungen sind.
  • Würde bei einem rein zeitlich arbeitenden Verfahren keine hinreichend lange Pause vorgesehen werden zwischen dem Einschalten des Antriebsmotors und dem Ermitteln des Lastsignals, könnten angefachte Schwingungen zu Fehlern führen. Es braucht hierzu nur angenommen zu werden, daß die Pause zu einem Zeitpunkt abgelaufen ist, zu dem die Last am freien Seil gerade nach oben schwingt, was zu einem kleineren.Lastsignal führt. Das Steuersystem würde diesen unter dem wahren Gewicht der Last liegenden Wert ablesen und damit umgehend bei der nächsten Halbwelle der Schwingung in den Überlastfall geraten, der zur Notabschaltung führt.
  • Um dies zu vermeiden, müßte bei einem rein zeitlich arbeitenden System die Länge der Pause für den ungünstigsten Fall bemessen sein. Dieser ungünstigste Fall liegt vor bei maximaler Länge des Seils und der Nennlast. Bei diesen Randbedingungen benötigt das Einschwingen oder Einwippen der Last die längste Zeit, gemessen ab dem anfänglichen Straffen des Seils bis hin zum hinreichenden Abklingen der Seilschwingungen.
  • Bei dem neuen Verfahren tritt eine derart lange Totzeit nicht auf. Das System arbeitet bereits sicher, wenn nach dem letzten Überschreiten des variablen Grenzwertes und dessen Nachführung eine Zeit vergangen ist, die etwas länger als eine Schwingungsperiode der Seilschwingung ist. Diese Zeitspanne ist signifikant kürzer als die vorerwähnte erforderliche Pause bei zeitabhängig arbeitenden Systemen. Es genügt, diese maximale Schwingungsperiode abzuwarten, um zu entscheiden, daß jetzt die Last angehoben ist und künftig keine Lastsignale erscheinen werden, die größer sind als dieser jetzt erreichte variable obere Grenzwert. Es sei denn, die Last bleibt irgendwo hängen.
  • Je nachdem, wie das Hebezeug dimensioniert und mit welchen Schwingungsamplituden zu rechnen ist, genügt es, den so ermittelten oberen variablen Grenzwert festzuhalten und als künftigen Referenzwert für Überlastmessungen zu verwenden.
  • Sollten jedoch die zu erwartenden Schwingungen eine größere Amplitude haben und eine genaue Übereinstimmung zwischen dem oberen variablen Grenzwert und dem wahren Gewicht der Last benötigt werden, kann es erforderlich sein, zusätzlich einen variablen unteren Grenzwert einzuführen. Dieser wird solange mit nach oben verstellt, wie auch der variable obere Grenzwert überschritten wird. Erst wenn keine Überschreitung des variablen oberen Grenzwertes mehr stattfindet, kann die Unterschreitung des unteren variablen Grenzwertes ausgewertet werden im Sinne einer Erniedrigung sowohl des unteren variablen Grenzwertes als auch des oberen variablen Grenzwertes. Dadurch folgen mit einer gewissen Verzögerung der obere und der untere Grenzwert dem schwingenden Lastsignal solange, bis die Amplitude der Schwingungen in das Band fallen, das zwischen dem oberen und dem unteren variablen Grenzwert festgelegt ist.
  • Das System kann nicht wissen, ob nach der letzten Korrektur einer der beiden Grenzwerte sehr dicht an der aktuellen Größe des Lastsignals liegt. Um hier Störungen zu vermeiden, ist es gegebenenfalls zweckmäßig, nach dem Ablauf der festgelegten Zeit den variablen oberen Grenzwert und/oder den variablen unteren Grenzwert um einen kleinen Inkrementalwert nach oben bzw. nach unten zu erweitern, d.h. den Abstand zwischen den beiden Grenzwerten geringfügig zu vergrößern.
  • Im übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Seilzug gemäß der Erfindung, in einer perspektivischen Schemazeichnung,
    • Fig. 2 das elektrische Blockschaltbild.für die Steuerungseinrichtung des Seilzugs nach Fig. 1 und
    • Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Flußdiagramm des Steuersystems nach Fig. 2 und
    • Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Kraftverlaufs und der Änderung der variablen Grenzwerte mit der Zeit.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung einen Seilzug 1 mit einer in einem Rahmen 2 gelagerten Seiltrommel 3. Von der Seiltrommel 3 läuft ein Seil 4 ab, das zu einer Hakenflasche 5 und von dort zurück zu einer Verankerungsstelle 6 in dem Rahmen führt. An der Hakenflasche 5 hängt eine Last 7.
  • Um die Seiltrommel 3 in Umdrehungen zu versetzen, ist an dem Rahmen 2 ein Elektromotor 8 angeflanscht, der vorzugsweise ein Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer ist. Die Steuerung des Motors 8 geschieht über eine schematisch angedeutete Steuerungsanordnung 9, die in einem aufgeklappt gezeichneten Steuerkasten 11 untergebracht ist. An der Steuerungsanordnung 9 ist über ein Hängekabel 12 ein Handschalter oder Hängetaster 13 angeschlossen, der als Eingabeeinrichtung dient.
  • Der Hängetaster 13 weist zwei handbetätigte Drucktaster 14 und 15 auf, die dazu dienen, die Bewegung der Seiltrommel 3 zu steuern. Beispielsweise wird durch leichtes Niederdrücken des Drucktasters 14 bis zu einem Druckpunkt die Seiltrommel 3 im Sinne eines Anhebens der Last 7 mit einer langsamen Geschwindigkeit (Feingang) in Gang gesetzt. Wird der Drucktaster 14 über den Druckpunkt hinaus betätigt, erfolgt das Anheben der Last 7 mit einer erhöhten Geschwindigkeit (Haupthubgeschwindigkeit). Sinngemäß dasselbe gilt für den Drucktaster 15, der die Abwärtsbewegung steuert.
  • Wie Fig. 2 zeigt, basiert die Steuerungsanordnung 9 auf einem Mikroprozessor 16, d.h. mit den Drucktastern 14 und 15 werden nicht unmittelbar Motorschütze gesteuert, sondern die von diesen Drucktastern 14, 15 kommenden Signale gelangen in den Mikroprozessor 16, der seinerseits entsprechend Schalt- oder Motorschütze einer Stromversorgung 17 ansteuert. Der Mikroprozessor 16 übernimmt die gesamte Funktionsüberwachung des Hebezeugs 1.
  • Die Stromanschlüsse zum Netz bzw. die Stromversorgung für den Mikroprozessor 16 sind in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, da sie zum Verständnis der Erfindung nichts beitragen.
  • An einen Eingang 18 des Mikroprozessors 16 ist über das Steuerkabel 12 der Hängeschalter 13 angeschlossen. Ein Ausgang 19 des Mikroprozessors 16 ist mit einem Steuereingang 21 der Stromversorgungseinrichtung 17 verbunden. Diese umfaßt im einfachsten Falle Motorschütze, um den Antriebsmotor 8, der über Leitungen 22 mit einem Ausgang 23 der Stromversorgungseinrichtung 17 verbunden ist, wahlweise in den beiden Drehrichtungen mit unterschiedlichen Drehzahlen in Gang zu setzen. Der Antriebsmotor 8 ist ein polumschaltbarer Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer, der die Eigenschaft besitzt, beim Umschalten von der niedrigen Polzahl auf die hohe Polzahl, also beim Umschalten von der hohen Drehzahl auf die niedrige Drehzahl elektrisch zu bremsen.
  • Anstelle der Kombination von Schaltschützen und einem polumschaltbaren Asynchronmotor kann auch ein Frequenzumrichter in Verbindung mit einem Drehstromasynchronmotor mit fester Polpaarzahl eingesetzt werden. Beim Zurückregeln der Motordrehzahl entsteht dieselbe Bremswirkung, wenn der Frequenzumrichter entsprechend aufgebaut ist. Dabei wird entweder die Energie in das Stromnetz zurückgespeist oder in Bremswiderständen vernichtet.
  • Eine Ankerwelle 24 des Antriebsmotors 8 ist mit einer mechanischen Bremseinrichtung 25 gekuppelt und treibt die Seiltrommel 3 über ein in der Seiltrommel 3 untergebrachtes Planetengetriebe.
  • Zu der mechanischen Bremseinrichtung 25 gehören eine drehfest mit der Ankerwelle 24 gekuppelte Bremsscheibe 26 sowie zangenartig an dieser angreifende Bremsbacken 27, die über eine schematisch angedeutete Betätigungseinrichtung 28 an die Bremsscheibe 26 angelegt werden können bzw. mit deren Hilfe die Bremsbacken 27 gelüftet werden können. Die Bremsbetätigungseinrichtung 28 weist einen Steuereingang 29 auf, der über eine Leitung 31 mit einem Ausgang 32 des Mikroprozessors 16 verbunden ist.
  • Um zu verhindern, daß eine mechanische Überlastung des Hebezeugs 1 zufolge einer zu großen Hakenlast zustandekommt, ist ein Seilkraftsensor 33 vorgesehen, der ein der Seilkraft proportionales elektrisches Signal an seinem Ausgang 34 abgibt.
  • Der Seilkraftsensor 33 kann in unterschiedlicher Form ausgeführt sein. Es kann eine Kraftmeßdose sein, die an dem festen Verankerungspunkt 6 zwischen dem Zugseil 4 und dem Rahmen 2 angeordnet ist. Der Seilkraftsensor 33 kann aber auch in der Aufhängung des Hebezeugs 1 angeordnet sein, um das Gewicht des Hebezeugs 1 zusammen mit der daran hängenden Last zu messen bzw. zu wiegen. Schließlich ist es auch denkbar, als Seilkraftsensor 33 eine Kraftmeßeinrichtung einzusetzen, die eine Axialkraft an einer Achse innerhalb des Untersetzungsgetriebes zwischen dem Antriebsmotor 8 und der Seiltrommel 3 mißt und davon Gebrauch macht, daß bei schräg verzahnten Zahnrädern eine von dem übertragenen Drehmoment abhängige Axialkraft entsteht. In allen Fällen liefert der Seilkraftsensor 33 an seinem Ausgang 34 ein Signal, das für den Wert der Last 7, die an dem Haken 5 hängt, kennzeichnend ist. Genau gesagt enthält dieser Wert auch das variable Gewicht des ausgefahrenen Seils, das im allgemeinen jedoch vernachlässigbar ist. Dieses elektrische Lastsignal gelangt über eine Verbindungsleitung 35 unmittelbar und damit praktisch ungesiebt und unverzögert in einen Eingang 36 des Mikroprozessors 16.
  • Fig. 3 veranschaulicht in Gestalt eines Flußdiagramms jenen Programmteil, der in dem Mikroprozessor 16 abläuft und dazu dient, die Hakenlast bzw. das Gewicht der angehobenen Last 7 einschließlich dem Gewicht des Seils 4 zu ermitteln.
  • Der in Fig. 3 gezeigte Programmausschnitt wird jeweils lediglich beim ersten Anfahren einer Last durchlaufen, nicht jedoch wenn die bereits schwebende Last angehalten und erneut angefahren wird, gleichgültig ob nach oben oder nach unten.
  • Das Programm wird jeweils bei 41 aus dem Hauptprogramm erreicht. Sodann wird als nächstes bei 42 abgeprüft, ob das von dem Lastsensor 33 gelieferte Lastsignal F größer ist als ein unterster fester Referenzwert Ref1. Dieser Referenzwert Ref1 ist sehr niedrig angesetzt und entspricht dem gerade eben gestrafften Seil 4. Er liegt bei ca 10 % der Nennlast des Hebezeugs 1. Wenn das Programm feststellt, daß das Lastsignal F unter dem Grenzwert Ref1 liegt, wird zu einem Anweisungsblock 43 verzweigt, in dem ein oberer variabler Grenzwert Ref2 und ein unterer variabler Grenzwert Ref3 auf ihre jeweils untersten Werte K1 und K2 gesetzt werden. Sodann wird das Programmstück gemäß Fig. 4 bei 44 wiederum in Richtung Hauptprogramm verlassen, bis es aus dem Hauptprogramm bei 41 wieder angesprungen wird. Der Antriebsmotor 8 läuft mit der vom Benutzer über den Hängetaster gewählten Geschindigkeit.
  • Wird bei der Verzweigungsstelle 42 hingegen festgestellt, daß das Lastsignal F größer ist als der untere Grenzwert Ref1, wird hieraus auf ein Straffen des Seils 4 geschlossen und der Hebevorgang für die Last beginnt. Um beim Losreißen der Last 7 unnötige Schwingungen im Seil 4 und dem Aufglager für das Hebezeug 1 zu vermeiden und auch im Falle einer Überlast sehr schnell wieder anzuhalten, wird unabhängig von dem über den Hängeschalter 13 eingegebenen Wunsch zur Hebegeschwindigkeit zwangsläufig in einem nachfolgenden Anweisungsblock 45 an die Stromversorgungseinrichtung 17 ein Befehl gegeben, der die Drehzahl des Antriebsmotors 8 auf die Feinhubgeschwindigkeit bzw. niedrigste Hubgeschwindigkeit vfein zurücksetzt. Damit ist sichergestellt, daß nun das weitere Straffen des Seils 4 mit der niedrigsten Geschwindigkeit fortgesetzt wird.
  • Sodann wird an einer Verzweigungsstelle 46 überprüft, ob das Lastsignal F größer ist als der momentane Wert des oberen variablen Grenzwertes Ref2. Falls dies zutrifft, werden in einem nachfolgenden Anweisungsblock 47 sowohl der variable obere Grenzwert Ref2 als auch der variable untere Grenzwert Ref3 jeweils um einen Inkrementalwert Δ erhöht. Ferner wird eine Uhr auf ihrem Startwert gestartet.
  • Der Anweisungsblock 47 wird nicht ausgeführt, wenn das Lastsignal kleiner als der obere variable Grenzwert Ref2 bleibt.
  • In jedem Falle wird anschließend bei einer Verzweigungsstelle 48 überprüft, ob das Lastsignal F über oder unter dem unteren variablen Grenzwert Ref3 liegt. Wird der untere Grenzwert unterschritten, werden in dem Anweisungsblock 49 der obere variable Grenzwert Ref2 und der untere variable Grenzwert Ref3 um den Inkrementalwert Δ vermindert. Außerdem wird die Uhr auf den Anfangswert zurückgesetzt und neu gestartet.
  • Das Programm geht anschließend zu einer Verzweigungsstelle 51 weiter, an der geprüft wird, ob die Uhr, weil die Anweisungsblöcke 47 und 49 übersprungen wurden, zwischenzeitlich einen Zeitwert anzeigt, der größer ist als tG. Diese Zeitspanne tG ist etwas größer als die im ungünstigsten Falle zu erwartende Periodendauer der Schwingung der Last 7 an dem Seil 4. Falls dieser zeitliche Grenzwert tG nicht überschritten ist, kehrt das Programm zu dem Eingang des Anweisungsblocks 45 zurück, um erneut die Abprüfungen an den Verzweigungsstellen 46 und 48 vorzunehmen, damit die variablen Grenzwerte Ref2 und Ref3 je nachdem korrigiert werden.
  • Wenn die Prüfung an der Verzweigungsstelle 51 positiv ausfällt, d.h. die Uhr wurde über eine Zeitspanne, die größer ist als tG, nicht zurückgesetzt, wird dies vom Programm dahingehend interpretiert, daß die Seilschwingungen so weit abgeklungen sind, daß die dadurch entstehenden Schwankungen des Lastsignals F innerhalb des Bandes liegen, das nach oben durch den aktuellen Wert des oberen variablen oberen Grenzwertes Ref2 und nach unten durch den ebenfalls jeweils aktuellen Wert des unteren variablen Grenzwertes Ref3 eingegrenzt ist.
  • Da es sein kann, daß beispielsweise der aktuell erreichte Wert des oberen variablen Wert Ref2 nur knapp über dem wahren Wert des Lastsignals F bei ruhender Last liegt, ist es zweckmäßig, wenn im Anschluß an die Verzweigungsstelle 51 in dem Anweisungsblock 52 anschließend der obere variable Grenzwert Ref2 um einen festen kleinen Inkrementalwert a vergrößert wird. Der jetzt nach dem Anweisungsblock 52 erreichte obere Grenzwert kann als Referenzwert herangezogen werden, um beim weiteren Betrieb zu entscheiden, ob eine Betriebssituation eingetreten ist, die es ratsam erscheinen läßt, sicherheitshalber in die niedrige Drehzahl umzuschalten.
  • Für den Fall, daß auch der untere Grenzwert verwertet wird, um übermäßige Schwingungen zu erkennen, die ein Umschalten der Betriebsweise des Hebezeugs angeraten erscheinen lassen, beispielsweise weil durch Tippbetrieb sehr große Schwingungsamplituden entstanden sind, kann auch der untere variable Grenzwert Ref3 um ein kleines Inkrement a vermindert werden, damit unter ungünstigen Bedingungen ein hinreichender Abstand zu dem Ruhezustand des Lastsignals F erreicht wird.
  • Wenn der Anweisungsblock 52 erreicht ist, steht fest, daß die Last 7 frei am Haken pendelt, so daß jetzt, wenn keine anderen Bedingungen vorliegen, die ein Umschalten in die höhere Geschwindigkeit verbieten, in die vom Benutzer gewünschte Geschwindigkeit hochgeschaltet werden kann. Dazu wird an einer Verzweigungsstelle 53 geprüft, ob die von dem Benutzer gewünschte Sollhubgeschwindigkeit vsoll gleich der schnellen Hubgeschwindigkeit vschnell ist. Falls ja, wird in einem Anweisungsblock 53 die Hubgeschwindigkeit V auf die schnelle Hubgeschwindigkeit vschnell umgeschaltet. Nach Verlassen des Anweisungsblocks 53 oder im Falle eines negativen Ausgangs der Abprüfung an der Verzweigungsstelle 52 wird der Programmteil bei 54 ins Hauptprogramm verlassen.
  • Der gezeigte Programmabschnitt zeigt die für das Verständnis wesentlichen Teile. Eventuell erforderliche Warteschleifen und auch die Abprüfung auf Überschreiten der Überlastgrenze wurden der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Anhand von Fig. 4 wird nachfolgend das Verhalten des Programms erläutert:
  • Es sei angenommen, daß zum Zeitpunkt t0 die Last 7 am schlaffen Seil 4 angehängt ist und der Benutzer über die Taste 14 die schnelle Hubgeschwindigkeit vschnell des Seilzugs 1 anfordert. Das Seil 4 wird sehr rasch straffgezogen und anschließend mit einem steilen Gradienten gespannt.
  • Zum Zeitpunkt t1 überschreitet das von dem Lastsensor 63 gelieferte Lastsignal F den unteren festen Grenzwert Ref1, was als Anzeichen dafür gewertet wird, daß sich in dem Seil 4 eine hinreichende Spannung aufgebaut hat und ein weiterer Betrieb mit der schnellen Haupthubgeschwindigkeit nicht zweckmäßig ist. Zum Zeitpunkt t1 schaltet die Steuerschaltung 9 deswegen die Stromversorgungseinrichtung 17 um, damit anschließend der Motor 8 nur noch mit der langsamen Feinhubgeschwindigkeit vfein arbeitet.
  • Da vorher die Bedingung F < Ref1 nicht erfüllt war, waren jeweils die beiden variablen Grenzwerte Ref1 und Ref2 auf ihre Anfangswerte K1 und K2 zurückgesetzt. Wegen des Zurückschaltens in die langsame Geschwindigkeit wird ab dem Zeitpunkt t1 das Lastsignal F weniger steil ansteigen.
  • Zum Zeitpunkt t2 wird das Lastsignal F zum ersten Mal größer werden als der noch auf seinem Startwert sitzende obere variable Grenzwert Ref2, der daraufhin zum Zeitpunkt t2 um Δ erhöht wird ebenso wie der untere variable Grenzwert Ref3. Dieser Vorgang des Übersteigens von Ref2 und der Erhöhung von Ref2 und Ref3 wird sich bis zum Zeitpunkt t8 mehrfach wiederholen. Solange wird das Programm den Anweisungsblock 47 ausführen, jedoch den Anweisungsblock 49 überspringen. Gleichzeitig wird immer wieder die Uhr auf den Anfangswert zurückgesetzt.
  • Was die Steuerschaltung 9 jetzt noch nicht wissen kann, sich aber aus dem weiteren Verlauf des Lastsignals F ergibt, war hier bereits eine Situation eingetreten, in der die Last 7 vom Boden abgehoben hatte und eine Seilschwingung induziert wurde. Dementsprechend fällt zum Zeitpunkt t9 die Überprüfung bei 46 negativ aus, d.h. der Anweisungsblock 47 wird übersprungen. Hingegen ist die Überprüfung beim Anweisungsblock 48 positiv, denn das Lastsignal F wird jetzt erstmalig kleiner als der synchron mit dem variablen oberen Grenzwert Ref2 mit nach oben verstellte untere Grenzwert Ref3. Deswegen wird der Anweisungsblock 49 ausgeführt und es wird sowohl der untere variable Grenzwert Ref3 als auch der obere variable Grenzwert Ref2 wiederum um Δ vermindert. Das führt dazu, daß im weiteren Verlauf das Lastsignal F zwar nicht mehr den aktuell eingestellten Wert des variablen unteren Grenzwertes Ref3 unterschreitet, dafür aber zum Zeitpunkt t10 den gegenüber zum Zeitpunkt t8 verminderten oberen variablen Grenzwert Ref2. Im Programm hat das zur Folge, daß nicht mehr der Anweisungsblock 49, sondern wiederum der Anweisungsblock 47 ausgeführt wird. Bei dem gewählten Verlauf von F führt dies dazu, daß der obere variable Grenzwert Ref2 erneut auf den Wert eingestellt wird, den er zum Zeitpunkt t8 bereits einmal hatte. Das gleiche gilt für den unteren variablen Grenzwert Ref3.
  • Da die Schwingung noch nicht hinreichend abgeklungen ist, wird auch zum Zeitpunkt t11 erneut der untere variable Grenzwert Ref3 unterschritten, mit der Folge, daß die beiden variablen Grenzwerte Ref2 und Ref3 wiederum um Δ im Anweisungsblock 49 vermindert werden.
  • Nach dem Zeitpunkt t11 bleibt der Wert von F trotz der noch vorhandenen Schwingungen kleiner als der inzwischen nachgeführte obere variable Grenzwert Ref2 und außerdem bleibt F größer als der aktuelle Wert des unteren variablen Grenzwertes Ref3. Die Folge ist, daß die Uhr nicht mehr zurückgesetzt wird und die Schleife zwischen dem Anweisungsblock 45 und dem Anweisungsblock 52 nicht mehr durchlaufen wird, solange bis F wieder kleiner wird als der Referenzwert Ref1 was dem Absetzen der Last 7 entspricht.
  • Ersichtlicherweise ist der obere variable Grenzwert Ref2 praktisch gleichzeitig mit dem hinreichenden Abklingen der Seilschwingungen nach dem Anheben der Last 7 einjustiert. Wie erwähnt, können nun aus Sicherheitsgründen die Werte der beiden variablen Grenzwerte Ref2 und Ref3 im Sinne einer Vergrößerung der Bandbreite verändert werden. Das System ist nicht darauf angewiesen, mit einer Pausenzeit zu arbeiten, die den ungünstigsten Lastfall berücksichtigt und für den normalen Betriebsfall entschieden zu lang ist. Das System ist in der Lage, sehr schnell wieder mit der vollen Hubgeschwindigkeit zu arbeiten, weil der eingeschwungene Zustand maximal eine Periodendauer nach dem letzten Überschreiten eines der Grenzwerte Ref2, Ref3 ebenfalls im eingeschwungenen stabilen Zustand ist.
  • Wie genau der obere bzw. der untere variable Grenzwert Ref2 bzw. Ref3 mit dem wahren Gewicht F übereinstimmt, hängt davon ab, wie groß der Abstand zwischen diesen beiden variablen Grenzwerten Ref2 und Ref3 gewählt ist. Je kleiner die Bandbreite ist, umso genauer stimmen die beiden variablen Grenzwerte Ref2 und Ref3 mit dem wahren Signal F überein. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß ein Abstand zwischen den beiden variablen Grenzwerten Ref2 und Ref3 von ca. 3-4% der Nennlast eine sehr genaue Messung ermöglicht.
  • Ein Hebezeug ist mit einem Steuersystem versehen, bei dem während des Anhebens der Last von der Unterlage dynamisch ein oberer Grenzwert solange nachgezogen wird, bis das von dem Steuersystem erfaßte Lastsignal erstmals diesen stufenweise erhöhten Grenzwert nicht mehr überschreitet. Im Anschluß daran wird überprüft, ob infolge von Schwingungen auch ein stufenweise mitgezogener unterer Grenzwert unterschritten wird. Wenn dies nicht der Fall ist, bleiben die Grenzwerte auf dem aktuell erreichten Wert, andernfalls werden sie stufenweise vermindert und wieder erhöht, solange, bis das Lastsignal zwischen den beiden Grenzen bleibt. Damit kann sich das System sehr schnell auf jede beliebige Last einstellen und ist praktisch mit dem Anheben der Last und dem anschließenden Abklingen der Seilschwingung ebenfalls im eingeschwungenen Zustand, was bedeutet, daß die Grenzwerte zuverlässig festgelegt sind und ihnen vertraut werden kann.

Claims (13)

  1. Antriebs- und Steuersystem (9) für ein ein Lastaufnahmemittel (4,5) aufweisendes Hebezeug (1),
    mit einem Antriebsmotor (8) zum Bewegen des Lastaufnahmemittels (4,5),
    mit einer Stromversorgungseinrichtung (17) für den Antriebsmotor (8), an die der Antriebsmotor (8) angeschlossen ist und die Steuereingänge (21) aufweist,
    mit einer Sensoreinrichtung (33), um die an dem Lastaufnahmenmittel (4,5) wirkende Kraft zu erfassen und ein die Größe der Kraft kennzeichnendes Lastsignal (F) abzugeben,
    mit einer Eingabeeinrichtung (13) zum Steuern des Antriebsmotors (8) und
    mit einer an die Eingabeeinrichtung (13) angeschlossenen Steuerschaltung (16), in die das Lastsignal (F) aus der Sensoreinrichtung (33) eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ein Steuerprogram enthält,
    in dem ein variabler oberer Grenzwert (Ref2) für das Lastsignal bereitgestellt ist,
    das (i) das Lastsignal (F) mit dem variablen oberen Grenzwert (Ref2) vergleicht,
    das (ii) beim Überschreiten des variablen oberen Grenzwerts (Ref2) durch das Lastsignal (F) den oberen Grenzwert (Ref2) erhöht und
    das die Schritte (i) und (ii) solange wiederholt, bis das Lastsignal (F) für eine festgelegte Zeit (tG) kleiner bleibt als der variable obere Grenzwert (Ref2).
  2. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable obere Grenzwert (Ref2) jeweils um einen konstanten Betrag erhöht wird.
  3. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Programm ein fester Grenzwert (Ref1) bereitgestellt ist und daß die Schritte (i) und (ii) lediglich dann durchgeführt werden, wenn nach dem Ablauf der festgelegten Zeit (tG) zuvor das Lastsignal (F) den festen Grenzwert (Ref1) unterschritten hat.
  4. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Programm ein variabler unterer Grenzwert (Ref3) für das Lastsignal (F) bereitgestellt ist und daß jedesmal, wenn der variable obere Grenzwert (Ref2) erhöht wird auch der variable untere Grenzwert (Ref3) erhöht wird.
  5. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable untere Grenzwert (Ref3) um jeweils einen festen Betrag (Δ) erhöht wird.
  6. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable untere Grenzwert (Ref3) und der variable obere Grenzwert (Ref2) einen festen Abstand voneinander haben.
  7. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Abstand zwischen dem variablen unteren Grenzwert (Ref3) und dem variablen oberen Grenzwert (Ref2) zwischen 2 % und 20 % der Nennlast des Hebezeugs (1) liegt.
  8. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß (iii) das Lastsignal (F) mit dem variablen unteren Grenzwert (Ref3) verglichen wird, daß (iv) beim Unterschreiten des variablen unteren Grenzwerts (Ref3) durch das Lastsignal (F) der untere Grenzwert (Ref3) vermindert wird und daß die Schritte (iii) und (iv) solange wiederholt werden, bis das Lastsignal (F) für eine festgelegte Zeit (tG) größer bleibt als der variable untere Grenzwert (Ref3).
  9. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die festgelegte Zeit (tG) zwischen 0.2 sek und 5 sek beträgt.
  10. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der festgelegten Zeit (tG) der obere variable Grenzwert (Ref2) um einen vorgegeben Wert erhöht und/oder der untere variable Grenzwert (Ref3) um einen vorgegebenen Wert vermindert werden.
  11. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (8) mit wenigstens einer hohen und wenigstens einer niedrigen Drehzahl betreibbar ist.
  12. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Programm unabhängig von der Eingabe über die Eingabeeinrichtung (13) die hohe Drehzahl wenigstens solange sperrt, bis die festgelegte Zeit (tG) abgelaufen ist.
  13. Antriebs- und Steuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Programm, wenn eine Bewegung des Lastaufnahmemittels (4,5) über die Eingabeeinrichtung (13) angefordert wird, nach dem Überschreiten des variablen oberen Grenzwerts (Ref2) durch das Lastsignal (F) zwangsweise den Antriebsmotor (8) in eine niedrige Drehzahl umschaltet.
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