DE1814275B2

DE1814275B2 - Sicherheitseinrichtung fuer kranhubwerke

Info

Publication number: DE1814275B2
Application number: DE19681814275
Authority: DE
Inventors: Hermann 5421 Weisel; Brunner Julius 5456 Rhein brohl Schlosser
Original assignee: Elbag GmbH. 5421 Weisel
Priority date: 1968-12-12
Filing date: 1968-12-12
Publication date: 1977-05-26
Also published as: CH520072A; SE374334B; DE1814275A1; BE737422A; FR2026005A1; NL6911573A

Description

Leonard-Motor gesteuert werden. Dabei wird eine Ist-Geschwindigkeit-abhängige Spannung mit einer von der Soll-Geschwindigkeit-abhängigen Spannung verglichen und die Differenz-Spannung zur Steuerung der Bremse benutzt Diese bekannte Sicherheitseinrichtung ist jedoch ausschließlich in Verbindung mit einem Leonard-Generator und einem Leonard-Motor, d. h. also, nur zur Regelung von Gleichstrom-Antrieben geeignet. Solche Antriebe sind außerordentlich ttuer. Deshalb wurde schon seit langem versucht, solche teuren Einrichtungen durch thyristorgesteuerte Einrichtungen zu ersetzen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Sicherheitseinrichtung besteht darin, daß sie jeweils nur zeitweise tätig ist und nicht den gesamten Hub- und Senkvorgang ständig überwacht. Außerdem wirkt sie nur in einem bestimmten Bereich der Position, die der Förderkorb am Schachtende einnehmen kann. Für ein Kranhubwerk ist jedoch eine Überwachung auf der gesamten Hubstrecke unerläßlich.

Bei einer weiterhin bekannten Überlastsicherung für Kranhubwerke — DT-Gbm 18 80 076 — wird lediglich die Einhaltung fester Grenztn überwacht, indem zum Abschalten des Hubmotors ein Schaltrelais eingesetzt wird, dessen Schaltkraft aus der Differenz zweier Kräfte gebildet wird, von denen die erste verhältnisgleich dem Motormoment und die zweite verhältnisgleich dem Beschleunigungsmoment ist. Es ergibt sich der Nachteil, daß diese bekannte Einrichtung nur als Überlastsicherung für den Bereich »Heben« wirksam wird, während eine im Bereich »Senken« auftretende Überlast rvcht überwacht oder verhindert werden kann. Außerdem kann die bekannte Vorrichtung im Bereich »Heben« auch nur bei schlagartig auftretender Belastung wirksam werden. Ferner wird diese bekannte Einrichtung auch dann nicht wirksam, wenn der Hubvorgang bei hängender Last unterbrochen und anschließend fortgesetzt wird. Die Sicherheitswirkung dieser bekannten Einrichtung befriedigt somit nicht.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung — DT-PS 7 13 013 — handelt es sich um eine Einrichtung zur Einregelung elektrischer Größen, z. B. zur Einregelung der Leistungsabgabe von Stromerzeugern auf einen vorgeschriebenen Wert. Die Einrichtung arbeitet, indem eine Geschwindigkeit, welche dem Sollwert der zu regelnden Geschwindigkeit entspricht, mit einer weite- . ren Geschwindigkeit, welche dem Istwert entspricht, verglichen wird. Die Vergleichsglieder werden periodisch durch Entkuppeln der Antriebsvorrichtung in eine Ruhelage geführt, und dabei wird der zeitliche Abstand zwischen dem Entkuppeln der Vergleichsanordnung und dem Ansprechen der Vergleichsanordnung gemessen, und beim Überschreiten eines bestimmten Zeitabstandes ein Signal gegeben oder der Regelvorgang unterbrochen. Es werden Laufzeitvergleiche durchgeführt. Eine solche Einrichtung kann naturgemäß nur taktweise arbeiten, und sie kann während des Rücklaufes und der Einstellung einer Regelgröße keine Sicherung der Heizfunktion geben. Bekannt ist diese Einrichtung außerdem lediglich für Gleichstromantriebe. Eine Sicherheitseinrichtung, die nur taktweise ι arbeitet und somit Überwachungslücken des Betriebes zuläßt, befriedigt nicht.

Aus dem Sonderheft zur Hannovermesse 1966, S. 70 und 71 der Zeitschrift Deutsche I lebe- und Fördertechnik, ist ein Drehmomentregeier mit Transduktor für ■ Kranmotoren bekannt. Solche einfachen Drehmomentrcgeler erfüllen aber keinesfalls die Funktionen einer Sicherheitseinrichtung.

Es ist ferner bekannt, die Thyristor-Steuerung im Läuferkreis des Hubmotors so auszubilden, daß sie ohne Gleichstrom-Zwischenkreis arbeitet — Control vom März 1967, S. 130 und 131 —, jedoch läßt sich mit dieser Maßnahme eine Sicherheitsfunktion nicht erzielen.

Das ältere Patent DT-PS 18 06 607 schließlich betrifft eine Schutzanordnung für Motoren mit Bremse, wie sie für Kräne, Winden, Bagger usw. eingesetzt werden kann, und die bei Wegfall des Antriebs-Drehmomentes des Hubmotors anspricht und bei der ein dem Istwert der Motorgeschwindigkeit entsprechendes Signal und ein dem Sollwert der Motorgeschwindigkeit entsprechendes Signal miteinander verglichen und zu einem Differenz- oder Summensignal für die Steuerung des Hubmotors zusammengesetzt werden. Bei Überschreiten einer maximalen Geschwindigkeit wird der Motor abgeschaltet und gleichzeitig eine Bremse eingelegt. Das erhaltene Unterschieds- oder Differenzsignal wird mit einem vom Strom des Hubmotors oder mit einem Signal, das der Motorstromgröße entspricht, verglichen, und es wird so ein zweites Unterschieds- oder Differenzsignal gebildet, das über ein Zeitverzögerungsgerät einem Schaltgerät zum Abschalten des Hubmotors und Betätigen der Bremse zugeführt wird.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik bzw. einem älteren Patent liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die einleitend genannte Sicherheitseinrichtung für Kranhubwerke so weiter zu entwickeln, daß sie bei Überschreiten eines vorbestimmten, sich aus der Drehzahl, dem Stromlastverhalten und einem Sollwert ergebenden Differenzwertes das Anhalten eines Drehstromasynchronmotors sicherstellt.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Sicherheitseinrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hubmotor ein Drehstromasynchronmotor ist, daß in dem Ständerkreis des Asynchronmotors ein Strom-Istwertgeber angeordnet ist, dessen Ausgangssignale mit άέη Ausgangssignalen des Drehzahl-Istwertgebers zu einem kombinierten Istwert-Signal in einem Istwert-Steuergerät zusammengefaßt werden, das parallel zur Strom-Sollwert-Steuerschaltung mit einem Differenz-Signalverstärker verbunden ist, welcher mit einer Schaltung zur Steuerung eines den Läuferwicklungen des Asynchronmotors zugeordneten Thyristor-Lastkreises in Verbindung steht, und daß mit dem Differenz-Signalverstärker ein Schwellwertdetektor verbunden ist, der beim Über- oder Unterschreiten der Grenzwerte eine nachgeschaltete Überwachungs-Schalteinrichtung betätigt, die mit einer auf das Hubwerk wirkenden Bremseinrichtung und einer Umschalteinrichtung in dem Ständerkreis des Asynchronmotors gekoppelt ist und bei Betätigung diese Einrichtungen zur Stillsetzung des Hubwerkes schaltet.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Sicherheitseinrichtung unterscheidet sich von bekannten Einrichtungen dadurch, daß sie eine ständige Überwachung des Betriebes gewährleistet, daß sie sowohl beim Heben wie beim Senken wirksam ist, daß sie für die einfachen, bevorzugten Drehstromasynchronmotore angewendet werden kann und daß sie von dem Bauwerk des Kranes bzw der Hebeeinrichtung dynamische Beanspruchungen und Stöße weitgehend fernhält. Außerdem zeichnet sich die erfindungsgemäß ausgebildete Sicherheitseinrichtung gegenüber bekannten Einrichtungen, z. B. solchen, die mit Tippbetrieb arbeiten, durch einfachen Aufbau und hohe Lebensdauer aus.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird das Hubwerk beim Annähern bzw. Überschreiten

wesentlich erhöhter Lastgrenzen mittels geregelter oder ungeregelter Bremskraft stillgelegt. Dadurch kann einerseits der für manuellen Betrieb übliche Sicherheitsgrad der Grenzbelastung für das Hubwerk erheblich verringert werden, andererseits reduziert sich die dynamische Stoßbelastung, so daß ein größerer Sicherheitskoeffizient für das Hebezeug erziei'bar ist. Ferner werden die Bemessungswerte für die Konstruktion und damit die Fertigungskosten verringert. Es ist darüber hinaus ein präzises Lastverfahren sichergestellt und der Fahrleistungsverlust verringert, so daß die Wirtschaftlichkeit gesteigert wird.

Zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Sicherheitseinrichtung sind in den Unteransprüchen genannt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 Prinzipdarstellung eines Hubwerks,

Fig. 2 Funktionsschaltbild der Sicherheitseinrich tung,

F i g. 3 Diagramm der Differenzverstärker-Ausgangsspannung,

Fig.4 Fahrdiagramm eines Hubwerks mit erfindungsgemäßer Sicherheitseinrichtung.

Mit der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 1 wird die Arbeitsweise eines Hubwerks mit erfindungsgemäßer Sicherheitseinrichtung erläutert. Das Drehmoment des Drehstromasynchronmotors 1 wird über die Welle 2 und die Kupplung 3 auf die Getriebewelle 4 mit den Zahnrädern 5 übertragen, welche entsprechend der Stellung durch die Getriebeumschaltung 14 in die korrespondierenden Zahnräder 15 der umsteuerbaren Getriebewelle 13 eingreifen. Über das Zahnrad 16 und die auf der Getriebewelle 6 aufmontierten Zahnräder 7 wird das Drehmoment über das Zahnrad 18 der Seiltrommelachse 17 auf die Seiltrommel 19 übertragen und schließlich über das Seil 20 am Haken 21 wirksam. An der Seiltrommelachse 17 ist eine weitere Kupplung 22 für einen wahlweisen Verbundantrieb vorgesehen. An der Getriebewelle 6 ist kraftschlüssig der als aktiver Meßgenerator bzw. passiver Meßumformer ausgebildete Drehzahl-Istwertgeber 12 angeordnet und gleichzeitig die Bremse 8, welche in der Bremskraft von einem Bremsmagneten 10 und einem zentralwirksamen Federsystem 11 gesteuert ist, wobei der Bremsbelag 9 über die Bremstrommel wirksam wird.

In Fig.2 ist das Funktionsschaubild der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung dargestellt. Der Ständerkreis des Drehstromasynchronmotors 1 ist über die als Wendeschützsteuerung ausgebildete Umschalteinrichtung 23a, 23b und die Sicherungen 22 an das Drehstromnetz angeschaltet. Im Läuferkreis beliebiger Schaltungsart sind ein- oder mehrstufige Schlupfwiderstände 25 entsprechend vorgegebenen Drehmomentstufen angeordnet Der dem Sternpunkt naheliegende, in Sonderfällen dem Läuferkreis naheliegende Schlupfwiderstandskreis 28 ist durch einen in Reihen-, Gegenparallel- oder beliebig kombinierter Schaltung ausgelegten Thyristor-Lastkreis 27 mit den Thyristoren 29 ersetzt Der gegebenenfalls aus Sicherheitsgründen vorgeschriebene Sternpunkt-Abschlußwiderstandskreis 28 kann dem Thyristor-Lastkreis 27 parallelgeschaltet werden. Parallel ist phasensynchron eine Thyristor-Steuerschaltung, bestehend aus einem Steuertrafo mit einer ersten Gleichrichterschaltung 30, Strom-Sollwertsteuerschaltung 32, Differenz-Signalverstärker 3.7, drehsynchrongesteuerter zweiter Gleichrichterschaltung 33 und Impulssteuerventil 31 angeordnet, wobei der

νs Impulssteuerteil 31 den Thyristor-Lastkreis 27 im Sperrbzw. Durchlaßverhalten steuert.

Mit dem Drehstromasynchronmotor 1 ist über das Hubwerkgetriebe ein die Ivtotordrehzahl erfassender Meßgenerator 12 kraftschlüssig verbunden, dessen Meßwerte einem Istwertsteuergerät 36 zugeführt werden. Gleichzeitig erhält dieses Istwertsteuergerät 36 über die Steuerschaltung 34 Meßwerte von dem im Ständerkreis angeordneten Strom-Istwertgeber 35. Die Ausgangswerte des Istwertsteuergerätes 36 sind dem Differenzsignalverstärker 37 zugeführt.

Die mechanisch wirksame Bremse 8 wird von einem dynamisch regelbaren Bremsmagnet 10 betätigt, welcher über das Schaltschütz 43 der Bremsschalteinrichtung 42 an das Netz im Ständerkreis über die Sicherungen 45 oder direkt über die Zuleitung 44 angeschlossen ist. Das Schaltschütz 43 wird von einem direktgesteuerten Überwachungsrelais 39 oder über einen zeitregelbaren Schwellwertdetektor 40 betätigt. Die Überwachungs-Schalteinrichtung 38,39 ist über die Sicherungen 41 netzgespeist.

Bei gelöster Bremse 8. wird lastabhängig das Drehmoment des Drehstromasynchronmotors 1 von dem im Läuferkreis wirksamen Stromintegral bestimmt, welches kontinuierlich durch den impulsgesteuerten Thyristor-Lastkreis 27 im Nutzverhältnis »Gefordertes Drehmoment/Erreichtes Drehmoment« variierbar bzw. stufenförmig durch Zu- und Abschalten von Schlupfwiderständen 25 veränderbar ist. Wird durch äußere Einflüsse das Lastmoment am Haken 21 so ve, ändert, daß die zulässigen und voreingestellten Regelbereichs-Grenzwerte des Hubwerks (Lastmoment, Antriebsgeschwindigkeit od. dgl.) über- oder unterschritten werden, so steuert die Ausgangsspannung des Differenzsignalverstärkers 37, vom Istwertsteuergerät 36 (Drehmomentverhalten, Stromlastverhalten) primär beeinflußt, die Überwachungsschalteinrichtung 38 derart, daß die Bremse 8 mit geregeltem oder ungeregeltem Kraftmoment wirksam wird. Bei maximaler negativer Beschleunigung (z. B. Notbremsung) wird im Überlappungsbetrieb zeitverzögert die Stromzufuhr für den Drehstromasynchronmotor 1 abgeschaltet, womit beispielsweise beim Senken einer Last eine Maximalnutzung des Motorengegendrehmoments mit Bremszeitverkürzung erfolgt.

Ebenso erzielt die vorzugsweise Anordnung des Drehzahl-Meßgenerators 12 bzw. des Meßumformers 12 an den Getriebewellen 6, 17 eine automatische Kontrolle des kraftschlüssigen Getriebe- bzw. Kupplungseingriffs. Gleichzeitig wird mit dieser Sicherheitseinrichtung eine ständige Überwachung der Stromphasen bzw. der Bauelemente erreicht und bei auftretenden Störungen selbsttätig eine Notbremsung eingeleitet.

Außerdem kann der aktive Meßgenerator 12 mit einer elektrisch wirksamen Funktions- und Überdrehzahlkontrolleinrichtung ausgestattet werden, deren Meßsignale für eine optische Kontrolleinrichtung (Drehzahl, Drehmoment, Lastlage usw.) im Führerstand nutzbar sind.

In Fig.3 ist beispielsweise das Diagramm der Differenzverstärkerausgangsspannung dargestellt, welche beim Senken mit der Amplitude 46 und beim Heben mit der Amplitude 47 den Thyristor-Lastkreis 27 und somit über das wirksame Stromintegral das Drehmomentverhalten des Drehstromasynchronmotors 1 steuert Der bei einem Hubwerk mit erfindungsgemäßer Sicherheitseinrichtung erzielbare Obersteuerungsbereich für Senken ist mit der Diagrammfläche 49, und

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derselbe für Heben ist mit der Diagrammfläche 51 ausgewiesen, wobei die Flächen von der Notbremsamplitude 48 bzw. 50 begrenzt sind. Beim Ausfall einer Stromphase bzw. eines Bauteils erfolgt sofortige Notbremsung im Amplitudenbereich 53 mit Grenzwert 52.

Im Fahrdiagramm nach Fig.4 ist beispielsweise die Arbeitsgeschwindigkeit ν mit Last abhängig von der Stellung des Steuerschalters und des Regelvolumens

dargestellt. Die Kennlinien 55 und 57 entspre Hubwerk ohne Sicherheitseinrichtung. Hing zeichnen die Kennlinien 56 und 58 das Betriel eines Hubwerks mit erfindungsgemäßer Siel richtung. Das dynamisch wesentlich verb« triebsverhalten und die erzielte Übersteuei stik wird durch die Diagrammflächen '. ausgewiesen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheitseinrichtung für Kranhubwerke mit einem Drehzahl-Istwertgeber mit Strom-lstwert- und Sollwertgebern, wobei die Istwerte und Sollwerte miteinander verglichen werden, und mit einem Schwellwertdetektor sowie einem Schaltgerät zum Abschalten des Hubmotors und zur Betätigung der Bremse, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubmotor (1) ein Drehstrom- ι asynchronmotor ist, daß in dem Ständerkreis des Asynchronmotors (1) ein Strom-lstwertgeber (35) angeordnet ist, dessen Ausgangssignale mit den Ausgangssignalen des Drehzahl-Istwertgebers (12) zu einem kombinierten Istwertsignal in einem >Istwert-Steuergerät (36) zusammengefaßt werden, das pcrallel zur Slrom-Sollwert-Steuerschaltung (32) mit einem Differenzsignalverstärker (37) verbunden ist, weicher mit einer Schaltung (31, 33) zur Steuerung eines den Läuferwicklungen des Asyn- ?' chronmotors zugeordneten Thyristor-Lastkreises (27) in Verbindung steht, und daß mit dem Differenzsignalverstärker (37) ein Schwellwertdetektor (40) verbunden ist, der beim Über- oder Unterschreiten der Grenzwerte eine nachgeschaltete Überwa- ' chungs-Schalteinrichtung (38, 39) betätigt, die mit einer auf das Hubwerk wirkenden Bremseinrichtung (8, 10) und einer Umschalteinrichtung (23a, 23b) in dem Ständerkreis des Asynchronmotors (1) gekoppelt ist und bei Betätigung diese Einrichtungen (8, v< 10; 23a, 23b) zur Stillsetzung des Hubwerkes schaltet.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom-lstwertgeber (35) mit einer Steuerschaltung (34) verbunden ist, die <zusammen mit dem Drehzahl-lstwertgeber (12) an das Istwert-Steuergerät (36) angeschlossen ist.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Strom-Sollwert-Steuerschaltung (32) und dem Läuferkreis γ eine erste Gleichrichterschaltung (30) angeordnet

4. Sicherheitseinrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuerschaltung (31, 33) a eine gesteuerte zweite Gleichrichterschaltung (33) aufweist.

5. Sicherheitseinrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschalteinrichtung (38) ein Überwachungsrelais (39) enthält, welches einen zugeordneten Schalter (43) zur Aktivierung eines Bremsmagneten (10) betätigt.

• „H-r stufenförmiger Beschleunigung bis zur ^mltSleTn^ ArbeigSSwindigkeit und beim Senken maximalen ^Arbe^^sgeSC _{ine sle}f_ige oder stufenförmige

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u 1,Jn Verfahren mit Drehstromasynchronmotoze,chne en Verfahre _{fQr das geringsle}

Idlh für das Absinken des leeren Hakens, inöglicSer Sei.länge bemessen sein. Hier-Twanesweise beim Senken mit maximaler Sau erhöhen Arbeitsgeschwindigkeit mit starke? Bremsverzögerung gebremst bzw be.m Heben J«ahlaff hängend«Tseii mit starker Beschleunigung bis 1 I asDunkf eingefahren und die Last momentartig angehoben Diese dUmtohen Stoßmomente muß die Hebezeug Konstruktion auffangen, wom.t zwangswe«e dn erhöhter Sicherheits- bzw. Bemessungsgrad verbun-

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Kranhubwerke mit einem Drehzahl-Istwertgeber mit Strom-Istwert- und Sollwertgebern, wobei die Istwerte und Sollwerte miteinander verglichen werden, und mit einem Schwellwertdetektor sowie einem Schaltgerät zum Abschalten des Hubmotors und zur Betätigung der

Bremse.

Bei Hebezeugen, vorzugsweise Krananlagen, ist es erforderlich, das Hubwerk so zu steuern bzw. dessen Tätigkeit so zu überwachen, daß beim Heben mit bzw. rihnp I .ast ein stoßfreies Anfahren aus dem Ruhezustand FahStungsverlust zur Folge haben und em praz.ses I astverfahren behindern. ... ,

En verbesserter Arbeitsablauf w.rd mit dem IntervaU-Verfahren (Tippbetrieb) erzielt wobei das Hubwerk in kurzen Zeitfolgen betneben wird. H.erbe. können technisch bis zu tausend Schalungen pro Q?nnH," realisiert werden. Ein wesentlicher Nachte.l des ÄÄfrS ist der erhebliche Verschleiß an Schaltmtteln und die in Folge der zahlreichen dynamischen Stoßbelastungen auftretenden Abnut-ÄSheinungen an den mechanischen Bauteilen des ^HUbWrl

,nnt - Technische Mitteilungen AEG-TelefSkeniii Heft 3, S. 156 bis 158 bzw. AEG-M.tte,-Engen I**. Heft 1/2, S. 133 bis 140 -Steuerungen fur Hebezeuge so auszubilden, daß abhangig von der Drehzahl dem Ständerstrom und einem von einem Sollwert-Steuergerät gelieferten Wert der Hebezeugmo or mittels Thyristoren gesteuert wird Es ist auch bereits bekannt, im Läuferkreis des Drehstromasynchronmotors einen Thyristor-Lastkre.s vorzusehen. Mit Hilfe dieser Einrichtungen kann ein Kranhubwerk jedoch nicht während des gesamten Betriebes standig im Sinne einer Sicherheitsfunktion überwacht werden.

Eine im Sinne einer Sicherheitsüberwachung wirkende Kontrolle ist aus der US-PS 33 45 550 bekannt jedoch wird bei dieser bekannten Vorrichtung eine drehzahlabhängige Tacho-Spannung einem Steuerkreis zugeführt, d.h. ausschließlich die Drehzahl wird zu. überwachten Größe. Ein Schaltverstärker kann dabei nur auf eine maximal zulässige Geschwindigkeit fui Heben oder Senken einer Last eingestellt werden, un beim Überschreiten dieses einen ausgewählten Grenz wertes das Hubwerk durch eine zugehörige Bremsein .. richtung stillzusetzen. Eine ständige, gleitende Kontroll« des Drehmoment-Verhaltens in jeder Bewegungs- un. Steuerphase ist nicht möglich.

Eine bekannte Sicherheitseinrichtung - DT-P. 8 88 760 - dient zur Kontrolle der Geschwindigkei eines Fördermaschinenantriebs in Leonard-Schaltun während der Verzögerungspt-riode, wobei zusätzlich Regelglieder in Abhängigkeit von Größe und Richtun des Ankerstromes zwischen Leonard-Generator un