DE10309218A1

DE10309218A1 - Sicherheitsschaltung an Hubwerken von Kranen

Info

Publication number: DE10309218A1
Application number: DE2003109218
Authority: DE
Inventors: Andreas Kruschinski; Frank Demelius; Ronald Kleine
Original assignee: Gottwald Port Technology GmbH
Current assignee: Demag Cranes and Components GmbH
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung an Hubwerken von Kranen mit frequenzgesteuerten Drehstrom-Hubwerkmotoren. Um die Sicherheit eines Hubwerkes zu erhöhen, indem unter Beibehaltung der Sicherheitsfunktion Störungen des Hubwerks unabhängig von der Hubgeschwindigkeit verzögerungsfrei erkannt und zum Abschalten des Hubwerkmotors genutzt werden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Impulsgeber (7.2) antriebsseitig und mindestens ein Impulsgeber (7.3) abtriebsseitig dem Hubwerk (Seiltrommel 9) zugeordnet ist, der antriebsseitige Impulsgeber (7.2) und der abtriebsseitige Impulsgeber (7.3) je mit einer Auswerteinheit (2.1, 2.2) verbunden ist, in jeder der Auswerteinheiten (2.1, 2.2) die fortlaufend über die Inkremente antriebs- und abtriebsseitigen Impulsgeber (7.2, 7.3) redundant Drehzahlen der Hubwerkachse errechnet und mit einem in der Auswerteinheit (2.1, 2.2) hinterlegten Wert einer Überdrehzahl zur Sicherheitsabschaltung des Hubwerkes verglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung an Hubwerken von Kranen mit frequenzgesteuerten Drehstrom – Hubwerkmotoren.
Hubwerke von Hebezeugen müssen mit hoher Zuverlässigkeit gegen das Abstürzen der Last beim Auftreten mechanischer Hubwerkfehler gesichert sein. Aus diesem Grund sind auch vom Gesetzgeber umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen vorgeschrieben, wie sie beispielsweise in der Europäischen Zulassung EN954.T1 für Hubwerke festgelegt sind. Zur Erreichung des hohen Sicherheitsstandards der EN954.T1 Kategorie 3 werden derzeit bei Kranen Wegbegrenzer, wie beispielsweise ein Getriebegrenzschalter, ein Inkrementalgeber zur Drehzahlregelung des Antriebs, sowie zur Feststellung von Überdrehzahlen der Hubwerkstrommel ein Fliehkraftschalter vorgesehen. Der Fliehkraftschalter schaltet bei einer bestimmten Überdrehzahl das Hubwerk ab und setzt die Bremse in Betrieb.
Nachteilig bei diesem Aufbau ist es, dass das Abschalten des Hubwerks nur bei einer relativ hohen Maximaldrehzahl erfolgen kann, weil im Lastbetrieb verschiedene, auch höhere Geschwindigkeiten gefahren werden. Wenn aber das Hubwerk lastabhängig mit verschiedenen Geschwindigkeiten arbeitet, wird unter Nutzen des Fliehkraftschalters die Überdrehzahl nur bei Erreichen der eingestellten maximalen Geschwindigkeit erkannt. Daraus kann es sich ergeben, dass bei maximaler Last und lastabhängigem Fahren, also beim Verfahren mit geringer Geschwindigkeit und hohem Gewicht die Abschaltung durch Überdrehzahl unnötig lange verzögert wird, mit der Gefahr, dass die sich zwischenzeitlich ungewollt beschleunigende große Last nur sehr schwer zu stoppen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und die Sicherheit eines Hubwerkes zu erhöhen, indem unter Beibehaltung der Sicherheitsfunktion Störungen des Hubwerks unabhängig von der Hubgeschwindigkeit verzögerungsfrei erkannt und zum Abschalten des Hubwerkmotors genutzt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sicherheitsschaltung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe bei einer Sicherheitsschaltung an Hubwerken von Kranen mit frequenzgesteuerten Drehstrom-Hubwerksmotoren vorgesehen, dass ein Impulsgeber antriebsseitig und mindestens ein Impulsgeber abtriebsseitig dem Hubwerk zugeordnet ist, der antriebsseitige Impulsgeber und der abtriebsseitige Impulsgeber je mit einer Auswerteinheit verbunden ist, in jeder der Auswerteinheiten die fortlaufend über die Inkremente antriebs- und abtriebsseitigen Impulsgeber redundant Drehzahlen der Hubwerkachse errechnet und mit einem in der Auswerteinheit hinterlegten Wert einer Überdrehzahl zur Sicherheitsabschaltung des Hubwerkes verglichen werden.
Auf diese Weise wird mit den einfachen Mitteln einer Sicherheitsschaltung die geforderte Kategorie 3 nach der Europäischen Sicherheit EN954.T1 erfüllt, und zwar ohne den Einsatz eines als nachteilig erkannten mechanischen Fliehkraftschalters, allein durch redundante Drehzahlüberwachung.
Eine einfache Anpassung an die Größe der jeweils gerade gehandhabten Last wird dadurch erreicht, dass in den Auswerteinheiten die Werte der Überdrehzahl als Funktion der zu hebenden Last hinterlegt sind. Eine Ermittlung der aktuellen Last erfolgt in einem dem frequenzgesteuerten Drehstrom-Hubwerksmotor zugeordneten Stromrichter über einen.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in jeder der Auswerteinheiten die Inkremente der antriebs- und abtriebsseitigen Impulsgeber verglichen werden und eine Abweichung voneinander zu einer Sicherheitsabschaltung des Hubwerkes führt.
Zusätzlich zur Erhöhung der Sicherheit kann vorgesehen werden, dass abtriebsseitig mindestens ein Absolutwertgeber der Hubwerkachse zu deren Positionsüberwachung zugeordnet ist Vorzugsweise sind mindestens zwei Absolutwertgeber jeweils abtriebsseitig der Hubwerkachse für eine redundante Positionserfassung zugeordnet, deren Absolutwerte jeweils in den sich gegenseitig überwachenden Auswerteeinheiten ausgewertet werden, wobei bei einer erkannten Abweichung von einem vorgegebene Wert in dem Geberkreis eines der Absolutwertgeber eine Abschaltung des Hubwerkes erfolgt.
Eine Sicherheitsschaltung für ein Hubwerk nach der Erfindung wird anhand eines Beispiels nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Zeichnung zeigt ein Schaltbild in der üblichen Darstellung.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Stromrichter bezeichnet, der von einer Gerätesteuerung 3 Befehle 6 für einen Hubwerksmotor 12 erhält. Der Stromrichter 1 steuert den als frequenzgesteuerten Drehstrommotor ausgebildeten Hubwerksmotor 12 an und regelt dessen Laufverhalten. Durch Aufbereiten von Strom, Spannung stellt der Stromrichter 1 jederzeit die richtigen Momente und Drehzahlen für den Hubwerksmotor 12 zur Verfügung. Über den Stromrichter 1 wird auch eine Lastmessung der von dem Hubwerksmotor 12 angehobenen bzw. abgesenkten Last mittels eines Stromaufnahmevergleichs vorgenommen. Da im Stromrichter 1 fortwährend der Strom gemessen wird und dieser proportional zu gehobenen Last ist, kann man den Strom auf ein Lastgewicht normieren und somit hierüber das Lastgewicht bestimmen. Auch wäre für die Lastmessung eine Anordnung eines zusätzlichen Sensors an dem Hubwerk möglich. Mit 2.1 und 2.2 sind zwei Auswerteeinheiten bezeichnet, die ihre Rückmeldungen 5.1 und 5.2 aus den Stellgliedern des Stromrichters 1 erhalten. Bei den Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 handelt es sich um jeweils selbstständige Rechnereinheiten. Jeweils eine dieser Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 besteht aus einem Netzteil zur Spannungsversorgung, einer CPU zur Bearbeitung von logischen Befehlen, einem Speicher zur Ablage der Programmbefehle, Ein- und Ausgabemodulen zur Bearbeitung von Signalen und Messgrößen sowie einem internen Kommunikationsbus, welcher die CPU, Speichermedium und Ein- und Ausgabemodule verbindet. Beide Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 sind identisch aufgebaut. Kommunikation und Vergleiche zwischen den Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 sind mit der Kommunikationsverbindung 4 angedeutet. Mit 7.1, 7.2 und 7.3 sind Impulsgeber des Hubwerkes bezeichnet. Die Impulsgeber 7.1, 7.2 und 7.3 sind als Impulsdrehgeber oder auch Inkrementalgeber ausgebildet, die kontinuierlich aufsteigende oder abfallende Messwerte der Umdrehung von der Hubwerksachse, d.h. der Welle des Hubwerksmotors beziehungsweise der Abtriebswelle des Getriebes 10 oder der Welle der Seiltrommel 9, liefern. Diese Messwerte sind proportional und stetig sowie werden zur Drehzahlbestimmung verwendet. Mit zusätzlichen Referenzpunkten könnten über die Impulsgeber 7.1, 7.2 und 7.3 auch Wege gemessen werden. Die Messwerte der Impulsgeber 7.1, 7.2 und 7.3 sind flüchtig, d.h. nach Spannungswiederkehr wird neu erfasst beziehungsweise gezählt, ohne aber den alten Wert, der vor der Spannungsabschaltung existierte, zu kennen. Mit 8.1 und 8.2 werden redundante Absolutwertgeber beziffert, die der Positionsüberwachung der Hubwerkachse dienen. Der Absolutwertgeber 8.1 und 8.2 liefert jeweils kontinuierliche Messwerte entlang einer Wickelstrecke. Diese Messwerte sind proportional und stetig sowie können zur Längenmessung benutzt werden. Das Hubwerk weist eine Seiltrommel 9 auf, die über einen Getriebeblock 10 von dem Hubwerkmotor 12 angetrieben wird. Die Absolutwertgeber 8.1 und 8.2 sind hierbei dem Getriebeblock 10 zugeordnet.
Wie gezeigt, ist auf der Abtriebsseite der Hubwerksachse am Getriebeblock 10, ein dritter Impulsgeber 7.3 angebaut zusätzlich zu dem auf der Antriebsseite vorgesehenen Impulsgeber 7.2.
Zusammen mit den zwei Absolutwertgebern 8.1, 8.2 für die Positionsüberwachung an der Hubwerksachse des Getriebeblocks 10, wird die redundante Impulsgebergruppe 7.2 und 7.3 ebenfalls durch die Auswerteeinheiten 2.1, 2.2 bearbeitet. Hier erfolgt die Feststellung der Drehzahl an der Hubwerksachse, die bei herkömmlichen Sicherheitssystemen nach dem Stand der Technik mit dem konventionellen Fliehkraftgeber erfasst wurde. Die fortlaufend über die Inkremente der beiden Impulsgeber 7.2, 7.3 redundant errechnete Drehzahl wird gegenseitig und mit dem in den Auswerteeinheiten 2.1, 2.2 hinterlegten Wert der Überdrehzahl bei 4 verglichen. Die Überdrehzahl wird in den Auswerteinheiten 2.1, 2.2 als Funktion der von dem Hubwerk zu hebenden Last hinterlegt. Die an dem Hubwerk anstehende Last wird wie zuvor beschrieben über den Stromrichter 1 über eine Strommessung ermittelt, so dass in der Auswerteeinheit 2.1, 2.2 jeweils die zuvor festgelegte Überdrehzahl zu der aktuellen Last abrufbar ist. Bei Erreichen der kritischen Überdrehzahl schalten die Auswerteeinheiten 2.1, 2.2 über die Sicherheitskreise das Stellglied für den Stromrichter 1 des Hubwerks ab und beenden die Achsbewegung der Seiltrommel 9. Das Stellglied oder auch Schaltschütz schaltet mittels einer Steuerspannung eine Betätigungsspule, welche den eigentlichen Wirkstromkreis öffnet oder schließt. Je nach Ausführung eines Stellgliedes bezeichnet man dieses als Offner oder Schließer.
Durch die redundante Drehzahlerfassung und unter Verwendung des momentanen Last-Istwertes in der Auswerteeinheit 2.1, 2.2 ist es mit der Erfindung möglich, bei lastabhängiger Hubgeschwindigkeit das Erreichen der Überdrehzahl früher, also rechtzeitig zu erkennen und die Bewegung der Hubwerksachse der Hubtrommel 9 bei jeder möglichen, lastabhängigen Geschwindigkeit abzuschalten.
Dieser redundante Inkremental- (Impulsgeber 7.2, 7.3) und Absolutwertgeberaufbau (8.1, 8.2) für ein Hubwerk mit Seiltrommel 9, Getriebeblock 10 und Hubwerkmotor 12 erfüllt die Forderung der Kategorie 3 nach der Europäischen Zulassung EN954.T1 für Hubwerke. Der Ausfall eines Gebers 7.2, 7.3, 8.1, 8.2 führt zum Erkennen des fehlerhaften Zustands, er wird sofort gemeldet und die Bewegung der Hubwerksachse wird durch Abschaltung über die Rückmeldung 5.1, 5.2 des elektrischen Sicherheitskreises beendet. Jeder einzelne Fehler in den Geberkreisen 7.2, 7.3, 8.1, 8.2 wird bearbeitet. Durch die Rückmeldung 5.1, 5.2 aus den Stellgliedern des Stromrichters 1 in die beiden Teile der Auswerteeinheit 2.1, 2.2 ist die Einfehlersicherheit stets gewährleistet.

1: Stromrichter
2.1: Auswerteeinheit
2.2: Auswerteeinheit
3: Gerätesteuerung
4: Kommunikationsverbindung
5.1: Rückmeldung der Auswerteeinheit 2.1
5.2: Rückmeldung der Auswerteeinheit 2.2
6: Befehle der Hubwerksteuerung
7.1: Impulsgeber
7.2: Impulsgeber
7.3: Impulsgeber
8.1: Absolutwertgeber
8.2: Absolutwertgeber
9: Seiltrommel
10: Getriebeblock
12: Motor

Claims

Sicherheitsschaltung an Hubwerken von Kranen mit frequenzgesteuerten Drehstrom-Hubwerksmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgeber (7.2) antriebsseitig und mindestens ein Impulsgeber (7.3) abtriebsseitig dem Hubwerk (Seiltrommel 9) zugeordnet ist, der antriebsseitige Impulsgeber (7.2) und der abtriebsseitige Impulsgeber (7.3) je mit einer Auswerteinheit (2.1, 2.2) verbunden ist, in jeder der Auswerteinheiten (2.1, 2.2) die fortlaufend über die Inkremente antriebs- und abtriebsseitigen Impulsgeber (7.2, 7.3) redundant Drehzahlen der Hubwerkachse errechnet und mit einem in der Auswerteinheit (2.1, 2.2) hinterlegten Wert einer Überdrehzahl zur Sicherheitsabschaltung des Hubwerkes verglichen werden.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Auswerteinheiten (2.1, 2.2) die Werte der Überdrehzahl als Funktion der zu hebenden Last hinterlegt sind.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem frequenzgesteuerten Drehstrom-Hubwerksmotor (12) ein Stromrichter (1) zugeordnet ist, in dem über einen Stromvergleich die aktuelle von dem Hubwerk zu hebende Last bestimmbar ist.
Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Auswerteinheiten (2.1, 2.2) die Inkremente der antriebs- und abtriebsseitigen Impulsgeber (7.2, 7.3) verglichen werden und eine Abweichung voneinander zur Sicherheitsabschaltung des Hubwerkes führt.
Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass abtriebsseitig mindestens ein Absolutwertgeber (8.1) der Hubwerkachse zu deren Positionsüberwachung zugeordnet ist
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 5, mindestens zwei Absolutwertgeber (8.1 und 8.2) jeweils abtriebsseitig der Hubwerkachse für eine redundante Positionserfassung zugeordnet sind, deren Absolutwerte jeweils in den sich gegenseitig überwachenden Auswerteeinheiten (2.1 und 2.2) ausgewertet werden, wobei bei einer erkannten Abweichung von einem vorgegebene Wert in dem Geberkreis eines der Absolutwertgeber Absolutwertgeber (8.1 und 8.2) eine Abschaltung des Hubwerkes erfolgt.