DE102012015306A1

DE102012015306A1 - Verfahren zum Steuern des Drehwerks eines Drehkrans

Info

Publication number: DE102012015306A1
Application number: DE102012015306.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Jürgen König; Alexander Klassen
Original assignee: Ntk Ingenieurbuero GmbH; Control Techniques Ltd
Current assignee: Ntk Ingenieurbuero GmbH; Nidec Control Techniques Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-06
Also published as: EP2692683B1; ES2662428T3; EP2692683A1

Abstract

Verfahren zum Steuern des Drehwerks (4) eines Drehkrans (1), welches wenigstens eine mit einem drehbaren Teil des Krans (1) mechanisch gekoppelte Drehstrommaschine (10) umfasst, mittels welcher der drehbare Teil des Krans (1) um eine Drehachse (5) gedreht wird, wobei bei Auftreten einer Belastungsänderung der Drehstrommaschine (10) die Drehzahl der Drehstrommaschine (10) verändert und das Drehmoment der Drehstrommaschine (10) konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Drehwerks eines Drehkrans, welches wenigstens eine mit einem drehbaren Teil des Krans mechanisch gekoppelte Drehstrommaschine umfasst, mittels welcher der drehbare Teil des Krans um eine Drehachse gedreht wird Ferner betrifft die Erfindung einen Antrieb für ein solches Drehwerk.
Bei Drehkränen besteht das Problem, dass pendelnde Lasten die Drehbewegung des Krans stark beeinflussen, sodass die Steuerung der Drehbewegung dem Kranführer eine große Geschicklichkeit und starke Konzentration abverlangt. Dies kann allerdings zu einer frühzeitigen Ermüdung des Kranführers führen.
Die EP 0-691 301 A1 offenbart ein Drehwerk für einen Kran, mit einem über ein Getriebe das mit einem Drehkranz der zu drehenden Kranmassen kämmende Ritzel antreibenden Elektromotor und mit einer den Motor entsprechend den auf eine Betätigungseinrichtung aufgebrachten Steuerbewegungen steuernden Einrichtung. Es sind Einrichtungen zur Messung der Motordrehzahl und des Motormoments vorgesehen, wobei während des Anfahr- und Drehbetriebes bei einer sich aufgrund der vorpendelnden Last erhöhenden Motordrehzahl das Antriebsmoment gegen Null abgesenkt und beim Rückpendeln der Last das Antriebsmoment im Wesentlichen beibehalten wird.
Gemäß der EP 0 691 301 A1 ist die Steuerbarkeit der Drehbewegung des Krans zwar verbessert, dennoch bleibt die Steuerung der Drehbewegung des Krans bei einer Belastungsänderung des Motors, die insbesondere durch ein Pendelnder Last hervorgerufen wird, schwierig.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Steuerbarkeit der Drehbewegung eines Drehkrans bei einer Belastungsänderung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und mit einem Antrieb nach Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchengegeben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern des Drehwerks eines Drehkrans, welches wenigstens eine mit einem drehbaren Teil des Krans mechanisch gekoppelte Drehstrommaschine umfasst mittels welcher der drehbare Teil des Krans um eine Drehachse gedreht wird, wird bei Auftreten einer Belastungsänderung der Drehstrommaschine die Drehzahl der Drehstrommaschine verändert und das Drehmoment der Drehstrommaschine konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Verringerung und/oder Dämpfung der Belastung und/oder der Belastungsänderung der Drehstrommaschine durch die Änderung der Drehzahl, wobei das Drehmoment der Drehstrommaschine konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird, sodass insbesondere ruckartige Änderungen des von der Drehstrommaschine abgegebenen Drehmoments vermieden werden können. Solche ruckartigen Änderungen des Drehmoments können z. B. bei höhen Turmkränen zur Anregung von zusätzlichen Schwingungen des Turms führen und damit die Steuerbarkeit der Drehbewegung des drehenden Teils des Krans erschweren. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung vermieden oder zumindest spürbar reduziert.
Die Änderung der Drehzahl kann eine Verringerung der Drehzahl oder eine Erhöhung der Drehzahl sein. Dies ist insbesondere abhängig von der Belastung und/oder der Belastungsänderung der Drehstrommaschine. Bevorzugt wird die Drehzahl in Abhängigkeit von der Belastung und/oder der Belastungsänderung der Drehstrommaschine verringert oder erhöht, sodass insbesondere eine Verringerung und/oder Dämpfung der Belastung und/oder der Belastungsänderung der Drehstrommaschine erfolgt.
Die Drehströmmaschine ist insbesondere mit einem steuerbaren Umrichter elektrisch verbunden und wird von diesem elektrisch versorgt. Bei Auftreten der Belastungsänderung wird bevorzugt durch Steuern des Umrichters die Drehzahl der Drehstrommaschine verändert und das Drehmoment der Drehstrommaschine konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten. Durch den Einsatz des Umrichters wird eine hervorragende Möglichkeit eröffnet, die Drehstrommaschine zu steuern, da mittels des Umrichters die Frequenz und die Höhe der der Drehstrommaschine zugeführten Betriebsspannung und/oder die Stärke und die Frequenz des der Drehstrommaschine zugeführten Betriebsstroms geändert werden können. Vorzugsweise können ferner der oder die Phasenwinkel zwischen der Betriebsspannung und dem Betriebsstrom mittels des Umrichters geändert werden.
Bei der Betriebsspannung handelt es sich insbesondere um eine ein- oder mehrphasige, vorzugsweise dreiphasige elektrische Spannung Ferner handelt es sich bei dem Betriebsstrom insbesondere um einen ein- oder mehrphasigen, vorzugsweise dreiphasigen elektrischen Strom. Die Anzahl der Phasen von Betriebsstrom und Betriebsspannung ist insbesondere gleich. Ferner entspricht die Anzahl der Phasenwinkel insbesondere der Anzahl der Phasen.
Bevorzugt werden ein oder mehrere Betriebsparameter der Drehstrommaschine erfasst und vorzugsweise ausgewertet Somit kann das Auftreten der Belastungsänderung erfasst und/oder erkannt werden. Das Erfassen des oder der Betriebsparameter erfolgt bevorzugt durch Messen. Vorteilhaft umfassen der oder die Betriebsparameter die Drehzahl der Drehstrommaschine. Ergänzend oder alternativ umfassen der oder die Betriebsparameter bevorzugt den von der Drehstrommaschine aufgenommenen Betriebsstrom. Ergänzend oder alternativ können der oder die Betriebsparameter auch die an der Drehstrommaschine anliegende Betriebsspannung und/oder den oder die Phasenwinkel umfassen. Der oder die Betriebsparameter können vorzugsweise durch Steuern des Umrichters geändert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird, insbesondere bei Auftreten der Belastungsänderung, die Drehzahl der Drehstrommaschine belastungsabhängig verändert. Diese Veränderung der Drehzahl kann eine Erhöhung oder eine Verringerung der Drehzahl sein. Durch das belastungsabhängige Ändern und/oder Verringern der Drehzahl kann insbesondere die Belastung und/oder die Belastungsänderung der Drehstrommaschine reduziert und/oder gedämpft werden. Es hat sich gezeigt, dass durch das belastungsabhängige Ändern und/oder Verringern der Drehzahl die Wirkung einer mit der Drehstrommaschine gekoppelten Wirbelstrombremse nachgebildet werden kann. Bevorzugt wird somit durch die belastungsabhängige Änderung und/oder Verringerung der Drehzahl die Wirkung einer mit der Drehstrommaschine gekoppelten Wirbelstrombremse nachgebildet, sodass insbesondere eine Reduzierung und/oder Dämpfung der Belastung und/oder der Belastungsänderung der Drehstrommaschine erfolgt. Dabei wird vorzugsweise davon ausgegangen, dass die (fiktive) Wirbelstrombremse mechanisch mit der Drehstrommaschine, insbesondere mechanisch mit der Rotorwelle der Drehstrommaschine gekoppelt ist. Durch die Nachbildung der Wirkung einer Wirbelstrombremse können Kosten eingespart werden, da die Integration einer Wirbelstrombremse in das Drehwerk des Krans entfallen kann. Dies ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen, sodass es grundsätzlich möglich ist, eine mit der Drehstrommaschine gekoppelte Wirbelstrombremse in das Drehwerk zu integrieren.
Da die Belastung der Drehstrommaschine aus einem oder mehreren der Betriebsparameter ableitbar ist, wird bei Auftreten der Belastungsänderung die Drehzahl der Drehstrommaschine bevorzugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Betriebsparameter verändert. Insbesondere wird bei Auftreten der Belastungsänderung die Frequenz und/oder die Höhe der an der Drehstrommaschine anliegenden Betriebsspannung geändert. Die Änderung der Frequenz und/oder der Höhe der an der Drehstrommaschine anliegenden Betriebsspannung erfolgt bevorzugt belastungsabhängig. Somit wird bei Auftreten der Belastungsänderung die Frequenz und/oder die Höhe der an der Drehstrommaschine anliegenden Betriebsspannung bevorzugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Betriebsparameter geändert. Da durch die Frequenz der Betriebsspannung die Frequenz des Drehfelds in der Drehstrommaschine bestimmt wird, lässt sich durch die Änderung der Frequenz der Betriebsspannung auch die Frequenz des Drehfeldes ändern, welche auch als Synchrondrehzahl bezeichnet wird. Die Frequenz des Drehfelds ist vorzugsweise gleich dem Quotienten aus der Frequenz der Betriebsspannung und der Anzahl der Polpaare der Drehstrommaschine. Bei einer mehrphasigen Betriebsspannungerfolgt die Änderung der Höhe und/oder der Frequenz der Betriebsspannung bevorzugt in jedem Strang und/oder für jede verkette Spannung. Insbesondere sind bei einer mehrphasigen Betriebsspannung die Höhe und/oder die Frequenz der Strangspannungen in allen Strängen und/oder alle verketteten Spannungen gleich, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, dass die Spannungen zueinander bevorzugt eine Phasenverschiebung, insbesondere eine feste Phasenverschiebung aufweisen. Diese Phasenverschiebung ist vorzugsweise gleich dem Quotienten aus 360° und der Anzahl der Phasen. Bei drei Phasen beträgt die Phasenverschiebung somit vorzugsweise 120°.
Die Drehstrommaschine ist bevorzugt eine Asynchronmaschine. Bei einer Asynchronmaschine lässt sich durch gleichzeitiges Ändern der Frequenz und der Höhe der Betriebsspannung das Drehmoment der Drehstrommaschine konstant halten. Beispielsweise lässt sich gemäß einem Modell zur Beschreibung der Asynchronmaschine das Drehmoment über einen Frequenzbereich der Betriebsspannung konstant halten, wenn der Quotient aus der Höhe und der Frequenz der Betriebsspannung konstant gehalten wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Drehzahl in Abhängigkeit von einem Drehzahlsollwert gesteuert. Der Drehzahlsollwert wird bevorzugt auf Basis eines Drehzahlreferenzwerts bestimmt, der vorzugsweise vorgegeben ist. Vorteilhaft wird der Drehzahlsollwert bei Auftreten der Belastungsänderung geändert. Insbesondere wird der Drehzahlsollwert bei Auftreten der Belastungsänderung belastungsabhängig geändert, sodass der Drehzahlsollwert bei Auftreten der Belastungsänderung bevorzugt in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Betriebsparameter geändert wird. Ohne Belastungsänderung entspricht der Drehzahlsollwert bevorzugt dem Drehzahlreferenzwert.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Drehzahlvorgabewerte vorgegeben, von denen einer als Drehzahlreferenzwert ausgewählt wird. Die Drehzahlvorgabewerte sind vorzugsweise konstant. Ferner sind die Drehzahlvorgabewerte vorzugsweise unterschiedlich. Somit kann der Kranführer aus den Drehzahlvorgabewerten einen Wert als Drehzahlreferenzwert auswählen. Da der Drehzahlsollwert auf Basis des Drehzahlreferenzwerts bestimmt wird, kann der Kranführer über die Auswahl des Drehzahlreferenzwerts aus den Drehzahlvorgabewerten die Drehzahl steuern. Insbesondere sind die Drehzahlvorgabewerte jeweils einer Drehzahlstufe zugeordnet. Die Drehzahlstufen sind vorzugsweise vorgegeben. Bevorzugt sind vier Drehzahlvorgabewerte und/oder Drehzahlstufen vorgesehen Der Kranführer kann somit die Drehzahl in Abhängigkeit der Drehzahlvorgabewerte und/oder der Drehzahlstufen diskret ändern. Auch hierdurch wird die Steuerbarkeit der Drehbewegung des Krans vereinfacht.
Bevorzugt wird bei Auftreten der Belastungsänderung der Drehzahlsollwert in Abhängigkeit von einem Schlupfreferenzwert geändert. Der Schlupfreferenzwert ist vorzugsweise vorgegeben. Bevorzugt wird der Schlupfreferenzwert mit einem oder mehreren der Betriebsparameter zu einem Drehzahländerungswert verknüpft, in Abhängigkeit von welchem die Drehzahl bei Auftreten der Belastungsänderung geändert wird. Vorzugsweise wird der Schlupfreferenzwert mit dem lastabhängigen Teil des Betriebsstromes zu dem Drehzahländerungswert verknüpft.
Bevorzugt sind mehrere Schlupfvorgabewerte vorgegeben, wobei jedem der Drehzahlvorgabewerte einer oder wenigstens einer der Schlupfvorgabewerte zugeordnet ist. Die Schlupfvorgabewerte sind vorzugsweise konstant. Ferner sind die Schlupfvorgabewerte vorzugsweise unterschiedlich Bevorzugt ist jeder der Drehzahlstufen einer oder wenigstens einer der Schlupfvorgabewerte zugeordnet. Insbesondere wird der oder einer der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert zugeordneten Schlupfvorgabewerte als Schlupfreferenzwert gewählt. Der Drehzahländerungswert ist somit abhängig von dem als Drehzahlreferenzwert ausgewählten Drehzahlvorgabewert, sodass die Drehzahländerung insbesondere in Abhängigkeit von der ausgewählten Drehzahlstufe erfolgt. Bevorzugt sind jedem der Drehzahlvorgabewerte zwei der Schlupfvorgabewerte zugeordnet, von denen ein erster insbesondere einer Drehzahlverringerung und ein zweiter insbesondere einer Drehzahlerhöhung zugeordnet ist. Vorteilhaft wird bei Auftretender Belastungsänderung auf Basis des oder der Betriebsparameter entschieden, ob zur Verringerung und/oder Dämpfung der Belastungsänderung die Drehzahl verringert oder erhöht werden muss. Wird bei Auftreten der Belastungsänderung die Drehzahl verringert, so wird der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert zugeordnete erste Schlupfvorgabewert als Schlupfreferenzwert gewählt. Wird bei Auftreten der Belastungsänderung die Drehzahl erhöht, so wird der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert zugeordnete zweite Schlupfvorgabewert als Schlupfreferenzwert gewählt. Somit können für das Abbremsen und das Beschleunigen der Drehstrommaschine unterschiedliche Drehzahländerungswerte innerhalb derselben Drehzahlstufe gebildet werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein schwenbarer Ausleger vorhanden, dessen Spitze in der Höhe verändert wird. Damit ändert sich die Trägheit des mechanischen Drehsystems. Um die Dämpfung anzupassen, werden winkelbahängig verschiedene Schlupfreferenzwerte zB. zwischen Ausleger waagerecht, schräg und senkrecht umgeschaltet.
An dem drehbaren Teil des Krans ist bevorzugt eine Last aufgehängt, vorzugsweise mittels wenigstens eines Seils. Die Belastungsänderung wird beispielsweise durch Pendeln der Last hervorgerufen. Ein solches Pendeln kann z. B. durch Einleiten der Drehung, durch Ändernder Drehzahlstufe während der Drehung, durch Beenden der Drehung und/oder durch Wind hervorgerufen werden. Ergänzend oder alternativ kann die Belastungsänderung auch durch an dem drehenden Teil des Krans angreifenden Wind hervorgerufen werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antrieb für das Drehwerk eines Drehkrans, mit wenigstens einer Drehstrommaschine, die mechanisch mit einem um eine Drehachse drehbaren Teil des Krans gekoppelt ist, einem mit der Drehstrommaschine elektrisch verbundenen, steuerbaren Umrichter, der die Drehstrommaschine elektrisch versorgt, und einer mit dem Umrichter, elektrisch verbundenen Steuereinrichtung, mittels welcher der Umrichter gesteuert wird, sodass der drehbare Teil des Krans mittels der Drehstrommaschine um die Drehachse dreht, wobei mittels der Steuereinrichtung bei Auftreten einer Belastungsänderung der Drehstrommaschine die Drehzahl der Drehstrommaschine verändert und das Drehmoment der Drehstrommaschine konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Der erfindungsgemäße Antrieb kann gemäß allen im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet sein. Ferner kann das Verfahren gemäß allen im Zusammenhang mit dem Antrieb beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Antrieb durchgeführt.
Insbesondere umfasst der Antrieb eine oder mehrere mit der Steuereinrichtung gekoppelte Messeinrichtungen, die jeweils ein oder mehrere Betriebsparameter der Drehstrommaschine messen. Somit kann von der Steuereinrichtung, vorzugsweise unter Auswertung des oder der Betriebsparameter, das Auftreten der Belastungsänderung erfasst und/oder erkannt werden. Vorzugsweise umfassen die eine oder die mehreren Messeinrichtungen eine die Drehzahl messende Drehzahlmesseinrichtung und/oder eine den von der Drehstrommaschine aufgenommenen Betriebsstrom messende Strommesseinrichtung Ergänzend oder alternativ können die eine oder die mehreren Messeinrichtungen auch eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen der an der Drehstrommaschine anliegenden Betriebsspannung und/oder eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen der an dem Zwischenkreis des Umrichters anliegenden Zwischenkreisspannung und/oder eine Phasenwinkelmesseinrichtung zum Messen des oder der Phasenwinkel zwischen dem Betriebsstrom und der Betriebsspannung umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird, insbesondere bei Auftreten der Belastungsänderung, mittels der Steuereinrichtung die Drehzahl der Drehstrommaschine belastungsabhängig verändert. Diese Veränderung der Drehzahl kann eine Erhöhung oder eine Verringerung der Drehzahl sein. Bevorzugt wird der Umrichter mittels der Steuereinrichtung derart gesteuert, dass durch die belastungsabhängige Änderung und/oder Verringerung der Drehzahl die Wirkung einer mit der Drehstrommaschine gekoppelten Wirbel strombremse nachgebildet wird, sodass insbesondere eine Reduzierung und/oder Dämpfung der Belastung und/oder der Belastungsänderung der Drehstrommaschine erfolgt. Dabei wird vorzugsweise davon ausgegangen, dass die (fiktive) Wirbeistrombremse mechanisch mit der Drehstrommaschine, insbesondere mechanisch mit der Rotorwelle der Drehstrommaschine gekoppelt ist.
Vorteilhafterweise wird mittels der Steuereinrichtung bei Auftreten der Belastungsänderung die Höhe und/oder die Frequenz der an der Drehstrommaschine anliegenden und von dem Umrichter gelieferten Betriebsspannung geändert, insbesondere in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Betriebsparameter. Die Drehstrommaschine ist vorzugsweise eine Asynchronmaschine.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird mittels der Steuereinrichtung die Drehzahl in Abhängigkeit von einem Drehzahlsollwert gesteuert, der bei Auftreten der Belastungsänderung bevorzugt geändert wird. Bei Auftreten der Belastungsänderung erfolgt die Änderung des Drehzahlsollwerts vorzugsweise belastungsabhängig, insbesondere in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Betriebsparameter. Der Drehzahlsollwert wird bevorzugt auf Basis eines Drehzahlreferenzwerts bestimmt. Der Drehzahlreferenzwert ist vorzugsweise vorgegeben.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit der Steuereinrichtung gekoppelter oder in diese integrierter Speicher vorgesehen, in dem mehrere vorgegebene Drehzahlvorgabewerte gespeichert sind, von denen einer als Drehzahlreferenzwert ausgewählt wird. Die Drehzahlvorgabewerte sind vorzugsweise konstant. Ferner sind die Drehzahlvorgabewerte vorzugsweise unterschiedlich. Mit der Steuereinrichtung ist insbesondere eine Betätigungseinrichtung, wie z. B. ein Meisterschalter, gekoppelt, mittels welcher diese Auswahl erfolgt oder erfolgen kann.
Bei Auftreten der Belastungsänderung wird mittels der Steuereinrichtung der Drehzahlsollwert vorteilhaft in Abhängigkeit von einem Schlupfreferenzwert geändert. Der Schlupfreferenzwert ist vorzugsweise vorgegeben. Insbesondere sind in dem Speicher mehrere vorgegebene Schlupfvorgabewerte gespeichert, wobei jedem der Drehzahlvorgabewerte einer oder wenigstens einer der Schlupfvorgabewerte zugeordnet ist, und wobei mittels der Steuereinrichtung der oder einer der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert zugeordneten Schlupfvorgabewerte als Schlupfreferenzwert gewählt wird. Die Schlupfvorgabewerte sind vorzugsweise konstant. Ferner sind die Schlupfvorgabewerte vorzugsweise unterschiedlich.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der drehbare Teil des Krans einen Ausleger, an dem eine Lastaufgehängt ist oder werden kann, vorzugsweise mittels wenigstens eines Seils. Die Last ist mittels des Krans insbesondere hebbar und/oder absenkbar. Die Belastungsänderung wird beispielsweise durch Pendeln der Last hervorgerufen. Der drehbare Teil des Krans kann einen Turm umfassen. Bevorzugt ist der Drehkran ein Turmdrehkran. Insbesondere kann der Drehkran als Obendreher oder als Untendreher ausgebildet sein. Der drehbare Teil des Krans ist mittels des Drehwerks vorzugsweise mit einem stationären Teil des Krans mechanisch verbunden. Insbesondere ist der drehbare Teil des Krans um die Drehachse relativ zu dem stationären Teil des Krans mittels der Drehstrommaschine drehbar. Der stationäre Teil des Krans umfasst z. B. ein Turmkreuz oder einen Unterwagen.
Handelt es sich bei dem Kran um einen Obendreher, umfasst der stationäre Teil des Krans vorzugsweise ferner den Turm, der z. B. drehstarr mit dem Turmkreuz verbunden ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Drehkran mit einem Drehwerk und einem erfindungsgemäßen Antrieb, wobei der drehbare Teil des Krans mittels des Drehwerks mit einem stationären Teil des Krans mechanisch verbunden ist. Insbesondere ist das Drehwerk mittels des Antriebs antreibbar oder wird mittels des Antriebs angetrieben. Der erfindungsgemäße Drehkran kann gemäß allen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Antrieb erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines als Obendreher ausgebildeten Turmdrehkrans,
2 eine schematische Draufsicht auf das Drehwerk des Krans,
3 eine schematische Seitenansicht des Drehwerks,
4 eine schematische Darstellung eines Antriebs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, mittels welchem das Drehwerk angetrieben wird,
5 eine schematische Darstellung einer Drehmoment Drehzahl-Kennlinie einer Drehstrommaschine des Antriebs und
6 eine oder mehrere Tabellen zur Drehzahlsteuerung der Drehstrommaschine.
Aus 1 ist eine schematische Darstellung eines Drehkrans 1 ersichtlich, der einen Kranturm 2 und einen Ausleger 3 umfasst, der über ein Drehwerk 4 um eine Drehachse 5 drehbar mit dem Turm 2 verbunden ist. Das Drehwerk 4 ist am oberen Ende des Turms 2 angeordnet, dessen unteres Ende mit einem Turmkreuz 6 starr verbunden ist, welches auf dem Erdboden 7 aufsteht. Die Drehachse 5 fällt mit der Längsmittelachse des Turms 2 zusammen. Der Ausleger 3 bildet einen drehenden Teil des Krans 1, wohingegen der Turm 2 und das Turmkreuz 6 einen stationären Teil des Krans 1 bilden. An dem Ausleger 3 ist über Seile 8 eine Last 9 in Hochrichtung z hebbar und absenkbar aufgehängt.
Das Drehwerk 4 umfasst eine als Asynchronmaschine ausgebildete Drehstrommaschine 10 (siehe 3), mittels welcher der Ausleger 3 relativ zu dem Turm 2 um die in z-Richtung verlaufende Drehachse 5 drehbar ist Während einer solchen Drehbewegung kann ein Pendeln der Last 9 auftreten, welches zu einer Belastungsänderung der Drehstrommaschine 10 führt.
Aus den 2 und 3 sind unterschiedliche schematische Ansichten des Drehwerks 4 ersichtlich, wobei ein starr mit dem Ausleger 3 verbundener Zahnkranz 11 mit einem Ritzel 12 kämmt, welches drehstarr mit der Rotorwelle 13 der Drehstrommaschine 10 verbunden ist. Da der Stator 28 der Drehstrommaschine 10 starr mit dem Turm 2 verbunden ist, führt eine Drehung der Rotorwelle 13 um ihre Drehachse 14 zu einer Drehbewegung des Zahnkranzes 11 um die Drehachse 5, sodass auch der Ausleger 3 relativ zu dem Turm 2 um die Drehachse 5 dreht. Der Zahnkranz 11 ist über ein Drehlager 15 mit dem Turm 2 verbunden.
Hinsichtlich der 2 und 3 wird darauf hingewiesen, dass auch eine umgekehrte Anordnung möglich ist, wonach der Zahnkranz 11 starr mit dem Turm 2 und der Stator 28 der Drehstrommaschine 10 starr mit dem Ausleger 3 verbunden ist. In diesem Fall ist der Ausleger 3 bevorzugt über ein Drehlager mit dem Zahnkranz 11 verbunden.
Aus 4 ist ein schematisches Schaltbild eines die Drehstrommaschine 10 umfassenden Antriebs 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, mittels welchem das Drehwerk 4 angetrieben wird. Die Drehstrommaschine 10 ist elektrisch mit einem Umrichter 17 verbunden, der die Drehstrommaschine 10 elektrisch versorgt. Der Umrichter 17 wird von einem Drehstromnetz 18 gespeist, welches z. B. drei verkettete Spannungen von jeweils 400 V und mit einer Frequenz von 50 Hz liefert. Der Umrichter 17 umfasst einen Gleichrichter 19, der diese Spannungen gleichrichtet und einem Gleichstromzwischenkreis 20 zuführt. Der Ausgang des Gleichrichters 19 ist über den Zwischenkreis 20 mit einem Wechselrichter 21 verbunden, der die am Zwischenkreis 20 anliegende Zwischenkreisspannung Uz in mehrere, vorzugsweise drei Wechselspannungen umformt, die als Betriebsspannung an die Drehstrommaschine 10 angelegt werden. Die Drehstrommaschine 10 wird somit von dem Wechselrichter 21 elektrisch gespeist, wobei die Höhe der Betriebsspannung und die Frequenz der Betriebsspannung mittels einer mit dem Umrichter 17 elektrisch verbundenen Steuereinrichtung 22 eingestellt werden kann.
Die Steuereinrichtung 22 ist elektrisch mit einer als Inkrementalgeber ausgebildeten Drehzahlmesseinrichtung 23 elektrisch verbunden, mittels welcher die Drehzahl n der Rotorwelle 13 gemessen wird. Ferner ist die Steuereinrichtung 22 elektrisch mit einer Strommesseinrichtung 24 verbunden, mittels welcher der der Drehstrommaschine 10 zugeführte Betriebsstrom Ib gemessen wird. Bevorzugt werden mittels der Strommesseinrichtung 24 zwei Strangströme des Betriebsstroms Ib gemessen, da sich der dritte Strangstrom aus den beiden gemessenen Strangströmen ermitteln lässt. Alternativ können, aber auch alle Strangströme gemessen werden.
Die mittels der Drehzahlmesseinrichtung gemessene Drehzahl n der Rotorwelle 13 sowie der mittels der Strommesseinrichtung 24 gemessene Betriebsstrom Ib bilden Betriebsparameter der Drehstrommaschine 10. Ergänzend kann die Steuereinrichtung 22 mit zusätzlichen Messeinrichtungen elektrisch verbunden sein oder diese umfassen, mittels welchen zusätzliche Betriebsparameter der Drehstrommaschine 10 gemessen werden. Ferner ist eine Betätigungseinrichtung 25, z. B. in Form eines Meisterschalters, elektrisch mit der Steuereinrichtung 22 verbunden.
Die Steuereinrichtung 22 umfasst einen Speicher 26 sowie einen Rechner 27, der vorzugsweise als Digitalrechner ausgebildet ist. In dem Speicher 26 ist eine Tabelle hinterlegt, die aus 6 ersichtlich ist und in der Spalte „Drehzahl” mehrere Drehzahlvorgabewerte nvi umfasst, denen in der Spalte „Verzögerung” jeweils ein Schlupfvorgabewert svvi für eine Verzögerung und in der Spalte „Beschleunigung” jeweils ein Schlupfvorgabewert svbi für eine Beschleunigung zugeordnet ist, wobei der Index „i” eine natürliche Zahl ist und eine Drehzahlstufe „i” kennzeichnet, die in der Spalte „Stufe” aufgeführt ist. Gemäß der Ausführungsform nimmt der Index „i” Werte von 1 bis 4 an.
Mittels der Betätigungseinrichtung 25 wird eine der Drehzahlstufen i ausgewählt, wobei aus dem der ausgewählten Stufe i zugeordneten Drehzahlvorgabewert nvi ein Drehzahlreferenzwert gebildet wird. Auf Basis des ausgewählten Drehzahlreferenzwerts wird ein Drehzahlsollwert gebildet, in Abhängigkeit von welchem die Steuereinrichtung 22 die Drehzahl n der Drehstrommaschine 10 steuert. Dabei entspricht in einem ungestörten Betriebszustand der Drehstrommaschine 10 der Drehzahlsollwert dem Drehzahlreferenzwert.
Tritt durch ein Pendeln der Last 9 oder durch Wind eine Belastungsänderung der Drehstrommaschine 10 auf, so wird diese Belastungsänderung durch Auswertung der Betriebsparameter mittels der Steuereinrichtung 22 erkannt. Ferner ist für die Steuereinrichtung 22 durch die Auswertung der Betriebsparameter erkennbar, ob zur Verringerung und/oder Dampfung der Belastungsänderung eine Erhöhung oder eine Verringerung der Drehzahl erforderlich ist. Ist eine Verringerung der Drehzahl n zum Verringern und/oder Dämpfen der Belastungsänderung erforderlich, so wird der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert nvi zugeordnete Schlupfvorgabewert svvi für eine Verzögerung als ein Schlupfreferenzwert gewählt. Ist eine Erhöhung der Drehzahl zum Verringern und/oder Dämpfen der Belastungsänderung erforderlich, so wird der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert nvi zugeordnete Schlupfvorgabewert svbi für eine Beschleunigung als Schlupfreferenzwert gewählt. Der Schlupfreferenzwert wird mit einem oder mehreren der gemessenen Betriebsparameter, insbesondere mit dem Betriebsstrom Ib, zu einem Drehzahländerungswert verknüpft, in, Abhängigkeit von welchem der Drehzahlsollwert geändert wird. Der Drehzahlsollwert ist somit abhängig von dem Drehzahlreferenzwert und von dem Drehzahländerungswert. Da die Steuereinrichtung 22 die Drehzahl n der Drehstrommaschine 10 in Abhängigkeit von dem Drehzahlsollwert steuert, wird die Drehzahl n in Abhängigkeit von dem Schlupfreferenzwert und der Belastung der Drehstrommaschine 10 geändert, wobei diese Belastung durch einen oder mehrere der Betriebsparameter charakterisiert ist. Die Drehzahl n wird somit belastungsabhängig geändert. Dadurch ergibt sich ein Betriebszustand der Drehstrommaschine 10, der gegenüber dem ungestörten Betriebszustand als gestörter Betriebszustand bezeichnet werden kann. Die Belastungsänderung kann somit auch als Belastungsstörung bezeichnet werden. Bei Vorhandensein eines schwenkbaren Auslegers wird abhängig von der Auslegerstellung der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert nvi zugeordnete Schlupfvorgabewert aus einer zugeordneten Tabelle als Schlupfreferenzwert gewählt Zur Änderung der Drehzahl n steuert die Steuereinrichtung 22 den Umrichter 17 derart an, dass die Höhe und die Frequenz der an der Drehstrommaschine 10 anliegenden Betriebsspannung geändert werden. Diese Änderung der Betriebsspannungshöhe und der Betriebsspannungsfrequenz erfolgt dabei derart, dass das Drehmoment der Drehstrommaschine 10 konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt.
Aus 5 sind zwei Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien gemäß einem Modell der Drehstrommaschine 10 ersichtlich, die sich für unterschiedliche Frequenzen und Höhen der Betriebsspannung ergeben. Auf der Ordinate ist das auf das Nenn-Kippdrehmoment „MKipp, N” bezogene Drehmoment „M” der Drehstrommaschine 10 aufgetragen, und auf der Abszisse ist die auf die Nenndrehzahl „nN” bezogene Drehzahl „n” der Drehstrommaschine 10 aufgetragen. Dabei repräsentiert die Kurve A die Kennlinie bei Nennfrequenz der Drehstrommaschine 10 und die Kurve B die Kennlinie bei einer unterhalb der Nennfrequenz liegenden Frequenz. Durch Ändern der Frequenz der Betriebsspannung kann somit die Kennlinie verstellt werden. Bei geeigneter Wahl von Betriebsspannungshöhe und Betriebsspannungsfrequenz kann dabei das Drehmoment der Drehstrommaschine konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten werden. Gemäß dem Modell bleibt bei einer Änderung der Frequenz der Betriebsspannung das Drehmoment in einem gewissen Bereich konstant oder im Wesentlichen konstant, wenn der Quotient aus Betriebsspannungshöhe und Betriebsspannungsfrequenzkonstant bleibt. Die Kennlinie wird dabei entlang der Abszisse verschoben.
Bezugszeichenliste

1: Drehkran
2: Kranturm
3: Ausleger
4: Drehwerk
5: Drehachse
6: Turmkreuz
7: Erdboden
8: Seil
9: Last
10: Drehstrommaschine
11: Zahnkranz
12: Ritzel
13: Rotorwelle der Drehstrommaschine
14: Drehachse der Rotorwelle
15: Drehlager
16: Antrieb
17: Umrichter
18: Drehstromnetz
19: Gleichrichter des Umrichters
20: Zwischenkreis des Umrichters
21: Wechselrichter des Umrichters
22: Steuereinrichtung
23: Drehzahlmesseinrichtung
24: Strommesseinrichtung
25: Betätigungseinrichtung
26: Speicher
27: Rechner
28: Stator der Drehstrommaschine
n: Drehzahl der Rotorwelle
Ib: Betriebsstrom der Drehstrommaschine
Uz: Zwischenkreisspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0-691301 A1 [0003]
EP 0691301 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Steuern des Drehwerks (4) eines Drehkrans (1), welches wenigstens eine mit einem drehbaren Teil des Krans (1) mechanisch gekoppelte Drehstrommaschine (10) umfasst, mittels welcher der drehbare Teil des Krans (1) um eine Drehachse (5) gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten einer Belastungsänderung der Drehstrommaschine (10) die Drehzahl der Drehstrommaschine (10) verändert und das Drehmoment der Drehstrommaschine (10) konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Betriebsparameter der Drehströmmaschine (10) gemessen werden, sodass das Auftreten der Belastungsänderung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Betriebsparameter zumindest die Drehzahl (n) und/oder den von der Drehstrommaschine (10) aufgenommenen Betriebsstrom (Ib) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten der Belastungsänderung die Drehzahl der Drehstrommaschine (10) in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Betriebsparameter verändert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Änderung der Drehzahl die Belastungsänderung gedämpft wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl belastungsabhängig geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die belastungsabhängige Änderung der Drehzahl die Wirkung einer mit der Drehstrommaschine gekoppelten Wirbelstrombremse nachgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten der Belastungsänderung die Frequenz und/oder die Höhe der an der Drehstrommaschine (10) anliegenden Betriebsspannung geändert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl in Abhängigkeit von einem Drehzahlsollwert gesteuert wird, der auf Basis eines Drehzahlreferenzwerts bestimmt und bei Auftreten der Belastungsänderunggeändert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mehrere vorgegebene und konstante Drehzahlvorgabewerte, von denen einer als Drehzahlreferenzwert ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten der Belastungsänderung der Drehzahlsollwert in Abhängigkeit von einem Schlupfreferenzwert geändert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, gekennzeichnet durch mehrere vorgegebene und konstante Schlupfvorgabewerte, wobei jedem der Drehzahlvorgabewerte einer oder wenigstens einer der Schlupfvorgabewerte zugeordnet ist, und wobei der oder einer der dem ausgewählten Drehzahlvorgabewert zugeordneten Schlupfvorgabewerte als Schlupfreferenzwert gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem drehbaren Teil des Krans (1) eine Last (9) mittels wenigstens eines Seils aufgehängt ist, die Belastungsänderung durch Pendeln der Last (9) hervorgerufen wird.
Antrieb für das Drehwerk (4) eines Drehkrans (1), mit wenigstens einer Drehstrommaschine (10), die mechanisch mit einem um eine Drehachse (5) drehbaren Teil des Krans (1) gekoppelt ist, einem mit der Drehstrommaschine (10) elektrisch verbundenen, steuerbaren Umrichter (17), der die Drehstrommaschine (10) elektrisch versorgt, einer mit dem Umrichter (17) elektrisch verbundenen Steuereinrichtung (22), mittels welcher der Umrichter (17) gesteuert wird, sodass der drehbare Teil des Krans (1) mittels der Drehstrommaschine (10) um die Drehachse (5) dreht, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (22) bei Auftreten einer Belastungsänderung der Drehstrommaschine (10) die Drehzahl der Drehstrommaschine verändert und das Drehmoment der Drehstrommaschine (10) konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Antrieb nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine oder mehrere mit der Steuereinrichtung (22) gekoppelte Messeinrichtungen, die jeweils einen oder mehrere Betriebsparameter der Drehstrommaschine (10) messen, sodass von der Steuereinrichtung (22) das Auftreten der Belastungsänderung erfasst wird.
Antrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Messeinrichtungen eine die Drehzahl messende Drehzahlmesseinrichtung (23) und/oder eine den von der Drehstrommaschine (10) aufgenommenen Betriebsstrom messende Strommesseinrichtung (24) umfassen.
Antrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (22) bei Auftreten der Belastungsänderung die Frequenz und/oder die Höhe der an der Drehstrommaschine (10) anliegenden und von dem Umrichter (17) gelieferten Betriebsspannung geändert werden.
Antrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Teil des Krans einen Ausleger umfasst, an dem mittels wenigstens eines Seils eine Last hebbar und absenkbar aufgehängt ist oder werden kann.
Antrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Änderung der Drehzahl die Belastungsänderung gedämpft wird.
Antrieb nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (22) die Drehzahl belastungsabhängig geändert wird.
Antrieb nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (17) mittels der Steuereinrichtung (22) derart gesteuert wird, dass durch die belastungsabhängige Änderung der Drehzahl die Wirkung einer mit der Drehstrommaschine gekoppelten Wirbelstrombremse nachgebildet wird.