DE102005027337A1

DE102005027337A1 - Systemanordnung eines Hubwerks, insbesondere für einen Containerkran zum Heben von Lasten und Verfahren zum Betrieb der Systemanordnung

Info

Publication number: DE102005027337A1
Application number: DE200510027337
Authority: DE
Inventors: Rahim Dr. Gross
Original assignee: MAT Malmedie Antriebstechnik GmbH
Current assignee: MAT Malmedie Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2006-12-14

Abstract

Das Hubwerk hat zwei Motoren (1, 1'), die jeweils über Antriebswellen (2, 2'), Kupplungen (3, 3') mit angesetzten Bremsscheiben (4, 4') oder Bremstrommeln, Bremsen (14, 14') und über Getriebeeingangswellen (5, 5') mit einem Getriebe (6) verbunden sind. Das Getriebe (6) treibt über Getriebeausgangswellen (7, 7') und Kupplungen (8, 8') Seiltrommeln (9, 9') an. Die Seiltrommeln haben einen Seilzug (12, 12') mit angesetzten Bremsscheiben (10, 10') oder Bremstrommeln und Sicherheitsbremsen (11, 11'). Erfindungsgemäß hat das Hubwerk in den Antriebswellen (2, 2') Einrichtungen (13, 13'), die bei einer eine vorgesehene Last übersteigenden Überlast die Verbindung zwischen den Motoren (1, 1') und Getriebe (6) ganz oder teilweise trennen. Auf beiden Seiten der Einrichtungen (13, 13') werden die Drehzahlen überwacht und bei einer unbeabsichtigten Drehzahldifferenz die Bremsen (14, 14') und/oder Sicherheitsbremsen (11, 11') aktiviert.

Description

Die Erfindung betrifft die Systemanordnung von Bauteilen und -gruppen in Hubwerken von Containerkranen und ein Verfahren zum Betrieb der Systemanordnung.

Typische Hubwerke bestehen aus: Motor, Motorwelle, Kupplung, gegebenenfalls mit angebauter Bremsscheibe oder -trommel, Bremse, Getriebeeingangswelle, Getriebe, Getriebeausgangswelle, Kupplung, Seiltrommel mit Seilzug und angebauter Bremsscheibe oder -trommel und Sicherheitsbremse. Diese Anordnung kann in einem ein- oder mehrseitigen Getriebe oder in Kombination mehrerer Getriebe erfolgen.

Solche Hubwerke sind nach dem heutigen Stand der Technik nicht ausreichend gegen Überlast gesichert. Insbesondere, wenn die zu hebende Last eingeklemmt ist, kann es zu erheblichen Überlasten kommen. Dabei wird die durch die Antriebsleistung aufgebrachte Last sogar zeitweise überschritten, wenn bei Auftreten der Verklemmung der oder die Motoren mit hoher Drehzahl durch eigene Schwungmasse viel Rotationsenergie gespeichert haben.

Stand der Technik sind Systeme, die durch Kraftmessungen und Torsionsspannungsmessung eine Reduzierung der Antriebsleistung des Motors einleiten. Jedoch führt auch hier die Zeitspanne, die von der Erfassung bis zur tatsächlichen Leistungsreduzierung benötigt wird, zu einer enormen Überlast.

In Ausnahmefällen werden spezifische Systeme zur Vermeidung von kritischen Betriebszuständen, deren -Ursache in einer Überlast liegt, mittels hydraulischer und/oder pneumatischer Nachgebesysteme unter Einsatz von Umlenkrollen im Seilzug durchgeführt. Des weiteren können auf elektronischer Basis Messungen (z. B. Drehmoment, Drehzahl, etc.) an verschiedenen Kraftübertragungswellen durchgeführt und über eine entsprechende Steuerung ausgewertet werden.

Diese Systeme führen im kritischen Lastfall zur Einleitung von Bremsvorgängen und Motorabschaltung.

Die wesentlichen Nachteile liegen zum einen in den hohen Kosten begründet, die sich durch aufwändige Hydrauliksysteme bzw. aufwändige Elektroniksteuerungen ergeben; zum anderen führt die Nichtentkoppelung von Motor und Getriebe bzw. deren Schwungmassen dazu, dass bei deren Abbremsung sich erheblich größere Lastspitzen als zulässig ergeben können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Sicherheit bei einer Bewegung der Last weiter erhöht wird.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 und 18 und deren zugehörigen Unteransprüche gelöst und ist in der Zeichnung beispielhaft an einem zweiseitigen Getriebe dargestellt.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Das Hubwerk hat zwei Motoren 1, 1', die jeweils über Antriebswellen 2, 2', Kupplungen 3, 3' mit angesetzten Bremsscheiben 4, 4' oder Bremstrommeln, Bremsen 14, 14' und über Getriebeeingangswellen 5, 5' mit einem Getriebe 6 verbunden sind. Das Getriebe 6 treibt über Getriebeausgangswellen 7, 7' und Kupplungen 8, 8' Seiltrommeln 9, 9' an. Die Seiltrommeln haben einen Seilzug 12, 12' mit angesetzten Bremsscheiben 10, 10' oder Bremstrommeln und Sicherheitsbremsen 11, 11'. Erfindungsgemäß hat das Hubwerk in den Antriebswellen 2, 2' Einrichtungen 13, 13', die bei einer eine vorgesehene Last übersteigenden Überlast die Verbindung zwischen den Motoren 1, 1' und den Seiltrommeln 9, 9' ganz oder teilweise trennen. Damit wird verhindert, dass der Antrieb durch die Überlast ganz oder teilweise zerstört wird. Mit der Trennung der Motoren 1, 1' von den Seiltrommeln 9, 9' durch die Einrichtungen 13, 13' werden einige oder alle Bremsen 11, 11', 14, 14' aktiviert, wodurch die zu hebende Last gehalten wird. Durch die Trennung der Motoren 1, 1' vom Getriebe 6 wird auch die Einleitung von kinetischer Restenergie nach einem Abschalten der Motoren 1, 1' in die Seiltrommeln 9, 9' verhindert. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Einrichtung 13, 13' auch innerhalb des Getriebes 6 oder vor den Seiltrommeln 9, 9' angeordnet sein.
Weiterhin hat das Hubwerk zwei Steuereinheiten 15, 15' zur Ansteuerung der Bremsen 11, 11', 14, 14'. Die Steuereinheiten 15, 15' sind mit auf beiden Seiten der als Kupplung ausgebildeten Einrichtungen 13, 13' angeordneten Bewegungssensoren 16, 16' verbunden. Die Einrichtungen 13, 13' weisen einander gegenüberstehende Kupplungsscheiben 17, 17' mit auf dem Umfang angeordneten Zähnen 18, 18' auf, Die Bewegungssensoren 16, 16' zählen ein Vorbeibewegen der Zähne 18, 18' der Kupplungsscheiben 17, 17'.
Die Steuereinheiten 15, 15' vergleichen die Anzahl der vorbeibewegten Zähne 18, 18' während einer vorgesehenen Zeitspanne und ermitteln daraus die Bewegungen der Kupplungsscheiben 17, 17'. Bei einer unbeabsichtigten Differenz der Bewegungen der Kupplungsscheiben 17, 17' steuert die Steuereinheit einen Teil oder sämtliche Bremsen 11, 11', 14, 14' an, worauf diese die Seiltrommeln 9, 9' anhalten. Die Bewegungssensoren 16, 16' sind vorzugsweise als Näherungsschalter ausgebildet.
Die Steuereinheiten sind zudem mit Drehzahlsensoren 19, 19', 20, 20' der Motoren 1, 1' und der Seiltrommeln 9, 9' verbunden. Damit können vor dem Betrieb des Hubwerks die Bremsen 11, 11', 14, 14' der Reihe nach getestet werden, indem die Steuereineiten 15, 15' zunächst die Bremsen 11, 11', 14, 14' ansteuern wodurch die Bewegung der entsprechenden Bremsscheiben 4, 4', 10, 10' blockieren. Anschließend wird der Motor 1, 1' gestartet und die Drehzahlen der Seiltrommeln 9, 9' und gegebenenfalls der Motoren 1, 1' erfasst. Wenn beispielsweise trotz angezogener Bremsen 11, 11', 14, 14' die an der Seiltrommel 9, 9' angeordneten Drehzahlsensoren 20, 20' eine Bewegung der Seiltrommel 9, 9' über das normale Spiel hinaus erfassen, reicht die Bremsleistung für einen sicheren Betrieb des Hubwerks nicht aus. In diesem Falle wird eine Anzeigeeinheit 21, 21' für den Bediener des Hubwerks aktiviert und ein Neustart des Hubwerks verhindert oder ausschließlich ein Notbetrieb des Hubwerks ermöglicht.
Vorteilhaft ist die Ausführung nach Anspruch 9, bei der die Trennung nicht wieder selbständig hergestellt wird. Auf diese Weise wird ausgeschlossen, dass der Betreiber der Anlage ohne Sichtkontrolle der zu schützenden Aggregate den Betrieb wieder aufnimmt.
Je nach Sicherheitsstandard ist aber auch die Ausführung nach Anspruch 10 vorteilhaft, da hier unnötige Stillstandszeiten vermieden werden.
Ansprüche 11 und 12 bezeichnen als Aggregat eine Rutschkupplung, die in dieser Anordnung den Anspruch einer teilweisen Aufhebung der Verbindung Motor und Seiltrommel ideal gerecht wird, da sie im Rutschbetrieb einen Teil der Kraft weiter überträgt. Durch Betätigung einer nachgeschalteten lastseitigen Bremse gemäß Anspruch 7 kann hier der Überlastfall wieder zurückgenommen werden, die Rutschkupplung wieder in den Haftreibungszustand kommen und das Hubwerk sofort weiter betrieben werden.
Vorteil der Anordnung nach Anspruch 12 ist, dass durch die vollständige Trennung von Motor und Seiltrommel jegliche Überlast 100 ausgeschlossen werden kann.
Günstig ist die Ausführung nach Anspruch 14, bei dem die zum Stand der Technik gehörenden Betriebsbremsen 14, 14' und Sicherheitsbremsen 11, 11' die lastseitige Kraft aufnehmen, die von der Einrichtung 13 freigegeben werden. In diesem Zusammenhang ist die Ausführung nach Anspruch 13 ebenfalls vorteilhaft, da die überschüssige Motorleistung im Überlastfall reduziert wird.
Anspruch 15 nutzt als Einrichtung 13 eine steuerbare Kupplung, bei der nicht die Einrichtung 13 selbst den Überlastfall erkennen muss und somit die Möglichkeit be steht, an jeder Stelle im Hubwerk die Überlast zu erkennen und per Signal an die Einrichtung 13 weiterzugeben.
Eine mechanische Trennung zwischen Motor und Seiltrommel in Einrichtung 13 hat den Vorteil, ohne jegliche Fremdenergie eigenständig zu arbeiten. Hydraulische Lösungen können hingegen auf geringen Bauvolumen und -grössen hohe Leistungsdichten erzielen, wodurch die Schwungmasse der Einrichtung 13 klein gehalten wird. Für die elektronische Weiterverwertung der in Aktion getretenen Einrichtung 13 ist aber auch eine elektrische Ausführung vorteilhaft, weil sie in direkter Weise ein Signal zur Trennung annimmt.
Insbesondere für die Nachrüstung bestehender Hubwerke ist die Integration des Überwachungssystems zur Erkennung von Überlastfällen innerhalb der Einrichtung (13) vorteilhaft. Diese Ausführung benötigt dann keine weiteren aufwendigen Nachrüstungen von weiteren Systemen an den bestehenden Hubwerken und kann somit autark wirken.
In vielen Hubwerken ist nach Stand der Technik ein Kontrollsystem zur Überwachung von Drehzahlanomalien der einzelnen An- und Abtriebseinheiten (Alle Aggregate von Motor 1, 1' bis Bremsscheibe (10, 10')) vorhanden, um eine Aktivierung der Sicherheitsbremsen 11, 11' bei Versagen eines der Aggregate zu ermöglichen. Dieses Versagen kann beispielhaft ein Bruch in den Antriebswellen 2, 2', 5, 5', 7, 7', der Kupplungen 3, 3', 8, 8' oder im Getriebe 6 sein. In Anspruch 16 wird der Vorteil der Einrichtung 13 genutzt, dass sich bei dem Trennvorgang das Verhältnis der Drehzahlen von Motor 1, 1' und Antriebswelle 2, 2' zu den Drehzahlen aller der Einrichtung 13 folgenden Aggre gate verändert. Diese Veränderung wird automatisch durch das Kontrollsystem zur Überwachung von Drehzahlanomalien erfasst und kann entsprechend zur Einleitung von Bremsvorgängen gemäß Anspruch 9 genutzt werden.
Die Herabsetzung der Antriebsleistung des Motors beim Auftreten einer Überlast ist vorteilhaft, weil sie mit der Integration des gebräuchlichen Bremssystems 4, 14, 4', 14' zwischen Motor und Seiltrommel eine kompakte und kostengünstige Bauart darstellt. Stand der Technik ist, dass solche Aggregate auch direkt mit einer integrierten Kupplung ausgeführt werden.

Claims

Systemanordnung eines Hubwerkes, insbesondere für einen Containerkran zum Heben von Lasten, mit einem Getriebe (6) und einem Motor (1), dessen Antriebswelle (2) mit einer Getriebeeingangsseite (5) verbunden ist, und die Getriebeausgangsseite (7) mit einer Seiltrommel (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motor (1) und Seiltrommel (9) eine Einrichtung (13) vorgesehen ist, durch die bei Überlast die Verbindung zwischen Motor (1) und Seiltrommel (9) ganz oder teilweise lösbar ist und dass von der Seite der Einrichtung (13) aus gesehen auf der Seite des Motors (1) und auf der Seite der Seiltrommel (9) jeweils ein Bewegungssensor (16) angeordnet ist und dass eine Steuereinheit (15) zum Vergleich der Bewegungen vorgesehen ist.
Systemanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Überlast ansprechende Einrichtung (13) eine Kupplung ist dass die Bewegungssensoren (16) jeweils auf einer Seite der Einrichtung (13) angeordnet sind.
Systemanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einander gegenüberstehende Kupplungsscheiben (17) der Einrichtung (13) Markierungen aufweisen und dass die Bewegungssensoren (16) zur Abtastung der Markierungen ausgebildet sind.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen als hervorstehende Zähne (18) der Kupplungsscheiben (17) ausgebildet sind.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungssensoren (16) als Näherungsschalter ausgebildet sind.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (15) Mittel zur Ansteuerung zumindest einer Bremse (11, 14) der Seiltrommel (9) hat.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13) zwischen Motor (1) und Getriebeeingangsseite angeordnet ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13) innerhalb des Getriebes (6) oder zwischen Getriebe (6) und Seiltrommel (9) angeordnet ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kupplung ausgebildete auf Überlast ansprechende Einrichtung (13) zur vollständigen oder teilweisen Trennung der Verbindung des Motors (1) und des Getriebes (6) ohne selbständig die ganz oder teilweise getrennte Verbindung wieder herzustellen, ausgebildet ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Überlast ansprechende Einrichtung (13) eine Kupplung ist, die zur vollständigen oder teilweisen Trennung der Verbindung zwischen Motor (1) und Getriebe (6) und zur vollständigen oder teilweisen Herstellung der getrennten Verbindung ausgebildet ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Überlast ansprechende Einrichtung (13) eine Rutschkupplung ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Überlast ansprechende Einrichtung (13) eine Trennkupplung ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Überlast ansprechende Einrichtung (13) eine, vorzugsweise einstellbare, Bremse oder Rutschkupplung ist, die bei Überschreiten ihrer Haltekraft zur Übertragung eines reduzierten Drehmoments im Gleitreibungszustand ausgebildet ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13) zur Reduzierung der Kräfte eine oder mehrere Bremsen hat (14, 14', 11, 11').
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Überlast ansprechende Einrichtung (13) eine durch Überlastsignal steuerbare Kupplung ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überwachungssystem für das maximal zulässige Überlastmoment mechanisch und/oder elektronisch und/oder hydraulisch mit der Einrichtung (13) verbunden ist.
Systemanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13) zum Schutz gegen Überlast mit einer integrierten Bremse verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb der Systemanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungen von auf beiden Seiten der Einrichtung gemessen und miteinander verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Differenz der Bewegungen oberhalb eines vorgesehenen Wertes zumindest eine Bremse zur Blockierung der Seiltrommel angesteuert wird.