DE10008235A1

DE10008235A1 - Device for determining deflection angle of load pendulum motion has acceleration sensor whose output signal is multiplied by earth's acceleration correction factor to determine angle

Info

Publication number: DE10008235A1
Application number: DE2000108235
Authority: DE
Inventors: Ralph Heptner; Anton Muenzebrock
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-09-06

Abstract

The deflection angle measurement device has an acceleration sensor (4) on the impact mechanism (3) whose electric output signal is multiplied by a correction factor corresponding to the reciprocal of the earth's acceleration to determine the deflection angle (w). A capacitive acceleration sensor is used and the signal can be transmitted to a controller for damping the deflection angle. Independent claims are also included for the following: a method of determining the deflection angle of the pendulum motion of a load.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Auslenkwinkels von Pendelschwingungen einer Last gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.The invention relates to a device and a method for determining the Deflection angle of pendulum vibrations of a load according to the generic terms of Claims 1 and 6.

Aus der DE 44 08 056 C2 ist eine Winkelmessvorrichtung bekannt, mit der insbesondere der Auslenkwinkel eines Seils einer Hebeeinrichtung gemessen werden kann. Hierzu sind zwei Anschlusselemente der Winkelmessvorrichtung mit einem Kugelgelenk nach kardanischer Art miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt über zwei rechtwinklig zueinander in der Gelenkkugel angeordnete Achsen. Zur Erzeugung eines winkelproportionalen elektrischen Signals dienen zwei an den Anschlusselemente angeordnete Hall-Sensoren, wobei jedem Hall-Sensor jeweils zwei Zylindermagnete gegenüberliegen, die voneinander beabstandet auf der Gelenkkugel angeordnet sind. Die beiden Anschlusselemente werden einerseits mit der Hubvorrichtung und andererseits direkt mit dem Seil verbunden. Es ist auch möglich, ein zusätzliches Messseil zu verwenden.From DE 44 08 056 C2 an angle measuring device is known with which in particular the deflection angle of a rope of a lifting device can be measured can. For this purpose, two connection elements of the angle measuring device with one Cardan-style ball joint. The connection is made over two axes arranged at right angles to each other in the joint ball. For Generation of an electrical signal proportional to the angle serves two purposes Connection elements arranged Hall sensors, with each Hall sensor two Cylinder magnets face each other, spaced apart on the joint ball are arranged. The two connection elements are on the one hand with the Lifting device and on the other hand directly connected to the rope. It is also possible, to use an additional measuring rope.

Die bekannte Messvorrichtung hat den Nachteil, dass sie konstruktiv aufwendig und damit teuer ist.The known measuring device has the disadvantage that it is structurally complex and with it is expensive.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Auslenkwinkels von Pendelschwingungen einer Last vorzuschlagen, die insbesondere an einem Hebezeug leicht zu montieren und darüber hinaus kostengünstig ist. The object of the invention is a device and a method for determination propose the deflection angle of pendulum vibrations of a load, the especially easy to assemble on a hoist and beyond is inexpensive.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Bezug auf die Einrichtung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmaie und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale im Anspruch 6 gegeben. Die Merkmale der Unteransprüche beschreiben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen.This object is achieved with respect to the device by the in claim 1 Characteristics indicated and with regard to the method by the characteristics in Claim 6 given. The characteristics of the subclaims describe in each case advantageous embodiments.

Die Lösung sieht vor, am Anschlagmittel einen ein elektrisches Ausgangssignal abgebenden Beschleunigungssensor anzuordnen und das Ausgangssignal anschließend mit einem Korrekturfaktor zum Bestimmen des Auslenkwinkels zu multiplizieren.The solution provides for an electrical output signal on the lifting gear disposing accelerometer and the output signal then with a correction factor for determining the Multiply deflection angle.

Im einfachsten Fall ist der Korrekturwert der Reziprokwert der Erstbeschleunigung, d. h. wenn keine anderen zusätzlichen Korrekturen vorgenommen werden sollen. Der Beschleunigungssensor ist bei einer robusten und gleichzeitig empfindlichen Ausführung als kapazitiver Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet. Ein derartiger. Beschleunigungssensor lässt sich sehr kleinbauend ausführen, was den Vorteil hat, dass er ohne Schwierigkeiten am Anschlagmittel untergebracht werden kann. Der Aufwand für die Auslenkwinkelbestimmung ist folglich sehr gering. Zweckmäßigerweise erfolgt eine Umwandlung des Ausgangssignals in eine digitale Zahl, welche dann als digitales Telegramm mittels eines Funksenders eines Funkübertragungssystems zu einem Funkempfänger übertragen wird.In the simplest case, the correction value is the reciprocal of the initial acceleration, d. H. if no other additional corrections are to be made. The Accelerometer is robust and sensitive at the same time Designed as a capacitive accelerometer. Such one. Accelerometer can be made very small, which has the advantage that it can be easily accommodated on the sling. The The effort for determining the deflection angle is consequently very low. The output signal is expediently converted into a digital one Number, which is then a digital telegram by means of a radio transmitter Radio transmission system is transmitted to a radio receiver.

Der Funkempfänger kann weiter mit einer entsprechenden Kran- und/oder Laufkatzenantriebssteuerung verbunden sein um diese so zu steuern, dass eine Dämpfung des Auslenkwinkels während des Fahrbetriebs erfolgt.The radio receiver can continue with a corresponding crane and / or Trolley drive control can be connected to control it so that a The deflection angle is damped while driving.

Ein entsprechendes Verfahren sieht ebenfalls vor, das elektrische Ausgangssignal eines am Anschlagmittel angeordneten Beschleunigungssensors mit einem Korrekturfaktor zum Bestimmen des Auslenkwinkels zu multiplizieren.A corresponding method also provides for the electrical output signal an acceleration sensor arranged on the lifting means with a Multiply the correction factor to determine the deflection angle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. An embodiment of the invention is shown in the single figure and will described in more detail below.

Die Figur zeigt ein Seil 1, das an einem Aufhängpunkt 2 eines Hubwerks befestigt ist. Am unteren freien Ende des Seiles 1 ist ein Haken als Anschlagmittel mit einer Last angeordnet. Der Haken und die Last sind in der Figur schematisch durch einen schwarzen Punkt mit der Bezugsziffer 3 zusammengefasst. Das Seil 1 ist in der Figur um einen Auslenkwinkel w ausgelenkt. Diesem Auslenkwinkel w entspricht eine horizontale Verschiebung s der Last 3 gegenüber der durch den Aufhängpunkt 2 gehenden Vertikalen 4a. Im ausgelenkten Zustand wird die Last 3 mit der Masse m durch eine Gewichtskraft gm (g = Erdbeschleunigung) nach unten gezogen. Die Gewichtskraft gm bewirkt im ausgelenkten Zustand der Last 3 während der Schwingbewegung eine auslenkwinkelabhängige Beschleunigung a. Bei kleinen Auslenkwinkeln w ist die Beschleunigung a, die jeweils in Richtung der Tangente der Bewegungskurve wirkt, horizontal gerichtet. Das bedeutet, dass die Last 3 bei kleinen Auslenkwinkeln w während der Schwingungsbewegung in jedem Moment eine horizontale Beschleunigung a erfährt, wobei die Größe der Beschleunigung a jeweils proportional zum Auslenkwinkel w ist. Die Proportionalitätskonstante ist hierbei 1/g, also der reziproke Wert der Erdbeschleunigung g.The figure shows a rope 1 which is attached to a suspension point 2 of a hoist. At the lower free end of the rope 1 , a hook is arranged as a lifting device with a load. The hook and the load are schematically summarized in the figure by a black dot with the reference number 3 . The rope 1 is deflected by a deflection angle w in the figure. This deflection angle w corresponds to a horizontal displacement s of the load 3 with respect to the vertical 4 a passing through the suspension point 2 . In the deflected state, the load 3 with the mass m is pulled down by a weight force gm (g = gravitational acceleration). In the deflected state of the load 3, the weight force gm causes an acceleration a dependent on the deflection angle during the oscillating movement. At small deflection angles w, the acceleration a, which acts in the direction of the tangent of the movement curve, is directed horizontally. This means that the load 3 experiences a horizontal acceleration a at every moment at small deflection angles w during the oscillatory movement, the magnitude of the acceleration a being proportional to the deflection angle w. The proportionality constant is 1 / g, i.e. the reciprocal of the gravitational acceleration g.

Zur Erfassung der momentanen horizontalen Beschleunigung a ist am Haken 3 und damit in unmittelbarer Nähe bzw. an der Last ein Beschleunigungssensor 4 angeordnet, der in der Figur schematisch eingezeichnet ist. Dieser Beschleunigungssensor 4 ist so ausgerichtet angeordnet, dass er nur die horizontale Beschleunigungskomponente und damit die Beschleunigung a erfasst.To detect the instantaneous horizontal acceleration a, an acceleration sensor 4 is arranged on the hook 3 and thus in the immediate vicinity or on the load, which is shown schematically in the figure. This acceleration sensor 4 is arranged so that it only detects the horizontal acceleration component and thus the acceleration a.

Weiter ist am Haken 3 zusätzlich ein Funkübertragungssystem 5 angeordnet, das das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors 4 in ein pulsweitenmoduliertes Signal umwandelt. Dieses digitale pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal wird jeweils mittels einer Sendeeinheit als digitales Telegramm an eine Empfängereinheit (nicht gezeigt) übertragen. Diese Empfängereinheit ist zweckmäßigerweise mit einer Antriebssteuerung des Krans verbunden. Furthermore, a radio transmission system 5 is also arranged on the hook 3 , which converts the output signal of the acceleration sensor 4 into a pulse-width-modulated signal. This digital pulse-width-modulated output signal is transmitted as a digital telegram to a receiver unit (not shown) by means of a transmitter unit. This receiver unit is expediently connected to a drive control of the crane.

Weiter ist am Haken 3 zusätzlich ein System, das ein Funkübertragungssystem 5 (Transceiver) aufweist, mit folgender Funktionalität angeordnet:
In addition, a system with a radio transmission system 5 (transceiver) with the following functionality is additionally arranged on the hook 3 :

- Conversion of the output signal of the acceleration sensor 4 to a digital number which corresponds to the amount and direction of the acceleration and / or further processing of the digital number to the value required for a drive control.
- Transmission of the digital number as a digital telegram to one Receiver unit, which expediently with a drive control of the Crane is connected, and optional
- Receiving digital commands from the drive control for control of the system. This command reception includes e.g. B. toasting one Calibration process, checking the functionality of the system, the Put in a waiting mode for energy saving, etc.

Verfügt der Kran über eine quer zu diesem verfahrbare Katze, so wird zu dessen Steuerung ein zweiter Beschleunigungssensor 4 am Haken 3 angeordnet, dessen Ausrichtung quer zum ersten Beschleunigungssensor 4 verläuft, oder aber es wird ein Beschleunigungssensor 4 verwendet, der beide senkrecht zueinander verlaufende Bewegungsrichtungen (des Krans und der Katze) erfassen kann. If the crane has a trolley that can be moved transversely to it, a second acceleration sensor 4 is arranged on the hook 3 to control it, the alignment of which extends transversely to the first acceleration sensor 4 , or an acceleration sensor 4 is used that both movement directions perpendicular to one another ( of the crane and the cat).

Reference list

11

Seil
rope

22

Aufhängepunkt
Suspension point

33rd

Verbindung zwischen Haken und Last
Connection between hook and load

44

Beschleunigungssensor
Acceleration sensor

55

Funkübertragungssystem
a Auslenkung
g Erdbeschleunigung
gm Gewichtskraft
s Auslenkung
w Auslenkwinkel
Radio transmission system
a deflection
g gravitational acceleration
gm weight
s deflection
w deflection angle

Claims

1. Device for determining the deflection angle of pendulum vibrations of a load, which is attached to a lifting device of a crane and / or a trolley, characterized in that an acceleration sensor ( 4 ) emitting an electrical output signal is arranged on the lifting device ( 3 ) and the deflection angle (w ) can be determined by multiplying the output signal by a correction factor.

2. Device according to claim 1, characterized, that the correction factor is the reciprocal of gravitational acceleration (g) corresponds.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the acceleration sensor ( 4 ) has a capacitive acceleration sensor.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output signal can be transmitted by means of a radio transmission system ( 5 ) to a crane and / or trolley drive control for damping the deflection angle (w).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized, that the crane and / or trolley drive control the speed of the associated drive motor in each case by specifying a target speed controls that the deflection angle (w) is damped.

6. A method for determining the deflection angle of pendulum vibrations of a load which is attached to a lifting device of a crane and / or a trolley, characterized in that
that an acceleration sensor ( 4 ) emitting an electrical output signal is arranged on the stop means ( 3 ) and
the output signal is then multiplied by a correction factor to determine the deflection angle (w).

7. The method according to claim 6, characterized in that the output signal is transmitted by means of a radio transmission system ( 5 ) to a crane and / or trolley drive control for damping the deflection angle (w).

8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized, that the crane and / or trolley drive control the speed of the associated drive motor in each case by specifying a target speed controls that the deflection angle (w) is damped.