DE19510167C2

DE19510167C2 - Fahrwerk mit Pendeldämpfung

Info

Publication number: DE19510167C2
Application number: DE19510167A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Hellinger; Ari Vaisaenen
Original assignee: R Stahl Foerdertechnik GmbH
Current assignee: R Stahl Foerdertechnik GmbH
Priority date: 1995-03-21
Filing date: 1995-03-21
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2015-03-22
Also published as: US5811945A; JPH08268683A; EP0733580A3; DE19510167A1; EP0733580A2

Description

Aus der Praxis ist es bekannt, Fahrwerke von Hebe zeugen mit Asynchronmotoren auszurüsten, wenn es darum geht, daß die Hebezeuge kraftgetrieben längs einer Fahr schiene laufen können. Asynchronmotoren laufen mit im wesentlichen konstanten Drehzahlen und sie haben in der Regel auch ein verhältnismäßig starkes Anfahrmoment, das zu einer ruckartigen Beschleunigung beim Anfahren des Fahrwerkes führt. Diese starke Beschleunigung ist solange nicht störend, wie die Kette des Hebezeugs nicht nennens wert ausgefahren, d. h. die Last nicht nennenswert abge senkt ist. Problematisch wird die Sache dann, wenn mit über eine lange Kette abgesenkter Last angefahren werden muß.

Das mit einem Asynchronmotor ausgerüstete Fahrwerk beschleunigt schnell und geht nach kurzer Fahrstrecke in eine konstante Fahrgeschwindigkeit über. Die Folge der ruckartigen Beschleunigung des Fahrwerks ist, daß die Last, die an der weit ausgefahrenen Kette hängt, ins Pendeln gerät und das Pendeln auch dann nicht aufhört, wenn das Fahrwerk sich mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegt. Die Bewegung der Last kann in zwei Komponen ten zerlegt werden, nämlich eine gleichförmige Bewegung in Fahrtrichtung und eine schwingende Bewegung, die bestrebt ist abwechselnd das Fahrwerk zu verzögern oder zu be schleunigen. Wegen der harten Kennlinie des Asynchronmo tors kann das Fahrwerk dieser durch die Pendelbewegung induzierten Kraft nicht folgen, weshalb das Fahrwerk für die Pendelbewegungskomponente wie eine starre ortsfeste Aufhängung wirkt.

Um die Auswirkungen der Lastpendelung zu vermindern, ist es aus der DE 20 22 745 B2 bekannt, die Katze eines Krans mit einer Drehzahlregeleinrichtung für den Fahr antrieb zu versehen. Die Steuerung soll so erfolgen, daß während des ersten Teils der von der Katze zurückzulegen den Wegs die Katze so beschleunigt und während des letzten Teils so verzögert wird, daß die Bewegung der Katze und die Schwingung der Last am Zielort gleichzeitig zu null werden. Um diese Bedingung exakt zu erfüllen, müssen bereits vor Beginn der Fahrt exakt die Länge des Fahrwegs und die Seillänge bekannt sein. Die Vorgabe der Fahrweg länge ist verhältnismäßig einfach zu erreichen, während die Seillänge größere Probleme bei der Erfassung macht. Die bekannte Lösung geht deswegen auch von einer mittleren Seillänge aus, die in der Steuerung fest vorgegeben ist. Damit entsteht ein gewisser unvermeidbarer Restfehler.

In jedem Falle ist der regelungstechnische Aufwand zur Unterdrückung unerwünschter Pendelschwingungen recht beachtlich und Fehler in der Relation zwischen der Ände rung der Fahrgeschwindigkeit der Katze und der Phasenlage der pendelnden Last können dazu führen, daß die Pendel schwingungen zusätzlich angeregt werden, anstatt sie zu eliminieren.

Aus dem Bereich des Kraftfahrzeugwesens ist es aus der DE 27 55 201 A1 bekannt, in Verbindung mit einem geschalteten Stufengetriebe elektronisch einen Freilauf nachzubilden. Dazu ist in dem Antriebsstrang eine elek trohydraulisch betätigte Reibkupplung vorgesehen, die über eine zentrale Steuerung betätigt wird. Sobald der Drehmo mentfluß an der Reibkupplung durch null geht und beginnt, sich umzukehren, wird durch die Steuerung die Reibkupplung ausgerückt. Umgekehrt wird sie eingerückt, wenn wieder ein treibendes Moment übertragen werden soll.

Die Schwierigkeit bei dieser Anordnung liegt darin, die Drehmomente auf beiden Seiten der Reibkupplung zu erfassen, um daraus das erforderliche Steuersignal zu gewinnen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrwerk für Hebezeuge zu schaffen, das bei geringerem Aufwand ein weniger starkes Pendeln der an dem Tragorgan hängenden Last hervorruft bzw. die Lastpendelung rasch dämpft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrwerk mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei einem Antriebssystem mit Freilaufcharakteristik kann das Fahrwerk der Pendelbewegung folgen, weil beim Vorwärtsschwung der Last das Fahrwerk der Last folgen kann. Diese Eigenschaften des Antriebssystems gestatten es, die Pendelenergie in Fahrenergie umzusetzen, womit nach verhältnismäßig kurzer Wegstrecke das Lastpendeln zur Ruhe gekommen ist und sich die Last mit derselben Ge schwindigkeit bewegt wie das Fahrwerk.

Die Vorgänge, die bei der neuen Lösung zu einer schnellen Dämpfung der Lastpendelung führen, sind noch allerdings nicht vollständig geklärt. Folgender Wirkzu sammenhang wird vermutet:

Wenn bei ruhender Hakenlast das Fahrwerk durch den Motor beschleunigt wird, hat sich das Fahrwerk aus der Ruhelage bereits ein nennenswertes Stück entfernt, ehe auch die am Haken hängende Last in Fahrtrichtung beschleu nigt wird. Wenn hierbei eine ruckartige Beschleunigung aus dem Stillstand entsteht, wird durch die ruckartige Be schleunigung eine Lastpendelung induziert. Infolge der Lastpendelung wird nach einer bestimmten Fahrstrecke des Fahrwerks die Last bestrebt sein, dem Fahrwerk vorauszu eilen, d. h. die pendelnde Last zieht nun ihrerseits das Fahrwerk und versucht es zu beschleunigen. Im Gegensatz zu einfachen Asynchronmotoren kann das mit dem neuen An triebssystem ausgerüstete Fahrwerk dieser durch die Last pendelung hervorgerufenen Beschleunigung folgen. Die in der pendelnden Last steckende Energie wird auf diese Weise in Fahrenergie umgesetzt, die das Fahrwerk in Bewegung hält. Erst wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrwerks wieder unter den Sollwert sinkt, wird das Antriebssystem wieder für den Vortrieb des Fahrwerks sorgen, wobei aller dings ein wesentlicher Teil der Pendelenergie bereits in Antriebsenergie umgesetzt ist. Auf diese Weise wird prak tisch beim ersten Überholen des Fahrwerks durch die Last die Lastpendelung bereits weitgehend gedämpft.

Eine solche Antriebscharakteristik kann entweder mittels eines Asynchronmotors mit Freilauf oder mit Hilfe eines Motors mit Hauptschlußcharakteristik erreicht wer den. Dies deshalb, weil der Motor mit Hauptschlußcharak teristik nicht als Bremse wirken kann, denn es gibt keine Drehzahl, bei der eine generatorische Wirkung zustande kommen kann, solange nicht die Polarität zwischen Anker und Feldwicklung geändert wird.

Außerdem hat der im Hauptschlußbetrieb arbeitende Universalmotor eine sehr weiche Drehzahldrehmomentkenn linie.

Unterstützend kommt hierbei noch hinzu, daß die den Universalmotor auf konstante Drehzahl regelnde elektroni sche Steuerung die Stromversorgung für den Universalmotor drosselt oder abschaltet, wenn der Universalmotor infolge der Lastpendelung auf Drehzahlen gebracht wird, die über der Solldrehzahl liegen.

Abgesehen von diesen Effekten ist bei einem Fahrwerk mit geregeltem Universalmotor als Antrieb die Lastpende lung ohnehin vermindert, denn diese Art des Antriebs ver ringert ruckartige Beschleunigungen.

Die Flexibilität des Fahrantriebes kann weiter ge steigert werden, wenn die Schalteranordnung wenigstens einen dritten Schaltzustand aufweist, in dem die Stromzu fuhr zu dem Motor möglich ist. Diesem dritten Schaltzu stand kann entweder eine weitere starre Fahrgeschwindig keit oder der Betriebszustand "Beschleunigen" zugeordnet werden. Somit ist das Fahrwerk dann wenigstens mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten festgelegter Größe oder aber auch mit einer bis zu einer Maximalgeschwindig keit zu erhöhenden stufenlosen Geschwindigkeitseinstellung zu betreiben.

Mit jeder Art von Motor kann bei Bedarf auch die Fahrtrichtung umgekehrt werden, wenn das Fahrwerk einen bidirektionalen Fahrbetrieb aufweisen soll. In diesem Falle ist die Schalteranordnung entweder mit nur einem oder mit zwei weiteren Schaltstellungen ausgerüstet, damit in jeder Fahrtrichtung dieselben Möglichkeiten hinsicht lich der Fahrgeschwindigkeit zur Verfügung stehen.

Die Schalteranordnung kann von Ferne aus einer über geordneten Prozeßsteuerung bedient werden, beispielsweise wenn das Hebezeug in einer weitgehend automatisierten Anlage fährt oder aber es besteht die Möglichkeit, die Schalteranordnung über ein manuell zu bedienendes Betäti gungsorgan in die verschiedenen Schaltstellungen zu über führen. Im letzteren Falle handelt es sich um eine Tast schalteranordnung, wie sie üblicherweise in Steuerbirnen von Hebezeugen Anwendung findet.

Gleichgültig, ob eine nur in Stufen oder stufenlos veränderbare Fahrgeschwindigkeit möglich ist, hat das Fahrwerk oder der Motor einen Drehzahlsensor, der an die elektronische Steuerung angeschlossen ist und der der elektronischen Steuerung ein der Fahrgeschwindigkeit proportionales Signal überliefert.

Zur Steuerung des Hauptschlußmotors kommen grundsätz lich zwei verschiedene Ansteuersysteme in Frage. Das eine besteht in einer sogenannten Phasenanschnittsteuerung, die vorteilhafterweise dann verwendet wird, wenn der Motor aus einem Wechselstromnetz ohne vorherige Gleichrichtung gespeist werden soll. Die andere Möglichkeit besteht in einem pulsweitenmodulierten Steller, der allerdings entwe der am Eingang oder in einem Zwischenkreis ein Gleich spannungssignal benötigt. Die Drehzahleinstellung des Motors geschieht dann entweder, indem der Phasenanschnitt- oder Zündwinkel bei der Phasenanschnittsteuerung verändert wird oder das Tastverhältnis bei einer Pulsweitenmodula tion. Dabei kann die Phasenanschnittsteuerung im weitesten Sinne auch als eine Art Pulsweitenmodulation mit fester Taktfrequenz angesehen werden, die durch die Netzfrequenz vorgegeben ist. Mit dem Gleichstellungssteller mit Puls weitenmodulation können dagegen höhere Taktfrequenzen erreicht werden, was gegebenenfalls von Vorteil sein kann, wenn es darum geht, die impulsförmige Netzbelastung zu vermindern.

Die Regelung der Motordrehzahl bei einem Motor mit Hauptschlußcharakteristik kann entweder mit Hilfe eines Proportionalreglers oder mit Hilfe eines Integralreglers erfolgen. Letzterer hat den wesentlichen Vorteil, daß bei Ausregelung kein Restfehler verbleibt.

Obwohl der Regler jederzeit mit Hilfe von diskreten physikalischen Bauelementen aufgebaut werden kann, ist es zweckmäßig, den Regler auf der Basis eines Mikroprozessors zu implementieren, was bedeutet, daß der Regler selbst inkremental arbeitet. Allerdings lassen sich mit einem solchen digital implementierten Regler Regelcharakteristi ken erzeugen, die mit diskreten Bauelementen nicht oder nur außerordentlich schwer umzusetzen sind. Insbesondere gelingt es mit Hilfe eines Digitalreglers, bestimmte unangenehme Eigenschaften von Integralreglern, wie langsa mes Ansprechen bzw. Starten mit dem falschen Anfangswert, leicht zu eliminieren.

So hat es sich beispielsweise als vorteilhaft erwie sen, wenn dem Regler ein Anfangswert zugeordnet ist, der zwangsläufig zur Wirkung kommt, wenn das Fahrwerk aus dem Stillstand angefahren wird. Dieser Anfangswert muß nicht notwendigerweise identisch sein mit denjenigen Schritten, um die der Wert des Reglers bzw. der Zustand des Reglers inkrementiert wird, wenn nach dem ersten Einschalten des Betriebs die gewünschte Regelung im Sinne einer Konstant haltung der Drehzahl bzw. dem Erreichen einer gewünschten Drehzahl aktiviert ist.

Da für gewöhnlich der Stromflußwinkel schneller größer wird als das Fahrwerk beschleunigen kann, wird beim Erreichen der Nenndrehzahl der Stromflußwinkel größer sein als es zur Konstanthaltung dieser erreichten Drehzahl notwendig ist. Um ein starkes Überschießen der Fahrge schwindigkeit zu unterdrücken, das durch die Zeitkonstante des Reglers verursacht werden kann, wird zweckmäßigerweise der Zustand des Reglers nach dem ersten Überschreiten der Sollgeschwindigkeit um einen Wert zurückgenommen, der wiederum zweckmäßigerweise größer ist als der Inkremental wert, mit dem der Regler sonst im Normalbetrieb arbeitet.

Anders ausgedrückt, der Regler arbeitet mit anderen oder größeren Sprüngen als im Normalbetrieb, wenn eine Betriebssituationsänderung eintritt, die letztlich durch eine Änderung der Schalterstellung verursacht ist.

Wenn das Fahrwerk mit einer weitgehend stufenlos einstellbaren Fahrgeschwindigkeit arbeiten soll, wird ein Sollwertgeber verwendet, der je nach Schalterstellung andere Werte annehmen kann. Im Falle der Beschleunigung aus dem Stillstand oder einer bestehenden Fahrgeschwindig keit wird der Sollwertgeber auf einen Wert gesetzt, der der maximal möglichen oder einer größeren Geschwindigkeit entspricht. Sobald der Benutzer oder das das Hebezeug in einer höheren Hierarchieebene steuernde System erkennt, daß die gewünschte Fahrgeschwindigkeit erreicht ist, wird der Wert des Sollwertgebers auf den aktuellen Geschwindig keitswert umgesetzt, so daß sich der Regler fortan an diesem Sollwert orientieren kann, bis die nächste Ver stellung angeordnet wird. Sinngemäß das gleiche gilt natürlich auch im Falle der Verzögerung, d. h. der Ver minderung der Fahrgeschwindigkeit in Richtung auf eine niedrigere Geschwindigkeit.

Im übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen stand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung für ein Fahrwerk mit Asynchronmotor, um Pendelungen der Last weitgehend zu unterdrücken,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung für ein Fahrwerk mit Motor mit Hauptschlußcharakteristik, um Pendelungen der Last zu unterdrücken,

Fig. 3 ein Schaltbild für das Antriebssystem nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Flußdiagramm für die Steuerung des Fahrwerks nach Fig. 2 und

Fig. 5 Diagramme für den Stromflußwinkel und die Fahrgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Betriebssitua tionen.

Fig. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine mecha nische Ausführungsform eines Antriebssystems für das Fahrwerk eines Hebezeugs, beispielsweise ein Katzfahrwerk, wie es bei flurfreien Fördereinrichtungen verwendet wird. Das Antriebssystem weist einen lediglich in einer Richtung laufenden Asynchronmotor 1 auf, dessen Ausgangswelle 2 mechanisch mit einem schematisch dargestellten Freilauf 3 gekuppelt ist. Ausgangsseitig ist der Freilauf 3 mit einer Eingangswelle 4 eines Untersetzungsgetriebes 5 verbunden, dessen Ausgangswelle 6 wiederum mit einem der Antriebs räder 7 drehfest gekuppelt ist. Das Antriebsrad 7 läuft auf einer schematisch gezeigten Fahrschiene B.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Antriebseinrich tung ist wie folgt:
Wenn über einen nicht gezeigten Steuerschalter dafür gesorgt wird, daß der Antriebsmotor 1 mit elektrischer Energie versorgt wird, beginnt er sich zu drehen und zwar mit der konstruktiv vorgegebenen Drehrichtung. Er treibt dabei über den in dieser Richtung kraftschlüssig kuppeln den Freilauf 3, die Eingangswelle 4 des Getriebes 5 an, das daraufhin das Antriebsrad 7 in Bewegung setzt. In Folge des relativ großen Anlaufsdrehmomentes des Asyn chronmotors 1 wird das Fahrwerk relativ abrupt beschleu nigt. Dieser starken Beschleunigung kann die an dem Last aufnahmemittel in Gestalt eines Seils oder einer Kette hängenden Last nicht folgen, weshalb sie dem Fahrwerk zunächst nacheilen wird. Nach einer von den Verhältnissen abhängigen Zeit erreicht der Asynchronmotor 1 seine Nenn drehzahl, was bedeutet, daß das Fahrwerk von nun an mit konstanter Geschwindigkeit längs der Fahrschiene 8 fahren wird. Die zunächst der Bewegung des Fahrwerks nacheilende Last bildet unter der mit konstanter Geschwindigkeit fahrenden Fahrwerk ein Pendel, das durch die ruckartige Anfahrbewegung ausgelenkt wird und der mit der ihm eigenen Zeitkonstante schwingt, die von der ausgefahrenen Länge des Lastaufnahmemittels und der Masse der angehängten Last abhängig ist. Entsprechend dieser Zeitkonstante wird nach einer entsprechenden Fahrstrecke des Fahrwerks die in Fahrrichtung pendelnde Last das Fahrwerk einholen, in dem Sinne, daß sich die Last unmittelbar unter dem Fahrwerk befindet. Bis zu diesem Zeitpunkt hat die pendelnde Last eine verzögernde Kraft auf das Fahrwerk ausgeübt. Begin nend mit dem Augenblick, wo sich die Last unter dem Fahr werk befindet und von nun an, da die Last im Sinne eines Vorauseilens das Fahrwerk überholt, wird die Last eine Zugkraft auf das Fahrwerk ausüben, die bestrebt ist, das Fahrwerk zu beschleunigen.

Der Asynchronmotor 1 kann dieser Beschleunigung nicht folgen, weil er höchstens bis zur synchronen Drehzahl beschleunigen kann, die im praktischen Betrieb nur wenige Prozent unter der beim Antrieb des Fahrwerks auftretenden Lastdrehzahl liegt. Der Freilauf 7 kuppelt in dieser Betriebssituation aus und ermöglicht es so, dem Fahrwerk der nach vorne schwingenden Last zu folgen. Die nach vorne schwingende Last wird dabei einen Teil ihrer Pendelenergie als Vortriebsenergie in das Fahrwerk einspeisen. Die Folge ist, daß das von der Last gebildete Pendel im Umkehrpunkt nicht soweit von der Nullage, in der sich die Last un mittelbar unter dem Fahrwerk befinden würde, entfernt ist, wie dies der Fall wäre, wenn der Antriebsstrang zwischen dem Rad 7 und dem Motor 1 nicht ausgekuppelt hätte. In Folge des selbsttätigen Auskuppelns des Freilaufs 3 hat das von der Last nachgezogene Fahrwerk einen Teil der Pendelenergie aufgenommen.

Dadurch kann in wenigen Pendelzyklen die gesamte Pendelenergie herausgedämpft werden, ohne steuerungstech nische Maßnahmen zu benötigen. Die Pendeldämpfung erfolgt dabei jeweils beim Vorwärtsschwung, d. h. derjenigen Hälfte der Schwingung, in der die Last bestrebt ist, dem Fahrwerk vorauszueilen, weil während dieser Halbwelle die Pendel energie in Fahrenergie für das Fahrwerk umgesetzt wird.

Der Motor 1 liefert während dieser Phase selbst keine Vortriebsenergie. Da das Pendel immer symmetrisch zur Nullage schwingen muß (es kann nicht ständig schräg im Raum stehen), ist die Amplitude im Rückschwung höchstens so groß wie die Amplitude beim zuletzt vorausgehenden Vorwärtsschwung.

Ohne den im Antriebsstrang zwischen dem Motor 1 und dem Antriebsrad 7 befindlichen Freilauf 3 würde keine so wirksame Pendeldämpfung zustandekommen, denn dann wäre das Pendel gleichsam starr aufgehängt und könnte in seiner Aufhängung keine Energie übertragen. Anders dagegen bei der Verwendung des Freilaufes 3, wodurch eine Antriebs anordnung zustandekommt, die einem gedämpft aufgehängten Pendel entsprechen würde.

Die in Fig. 1 gezeigte rein mechanische Lösung eignet sich vorzugsweise für Einschienenhängebahnen, bei denen die Fahrwerke längs einer geschlossenen Bahn immer in derselben Richtung fahren. Wenn eine Drehrichtungs umkehr erforderlich ist, müßte der Freilauf 3 in seiner Wirkungsrichtung entsprechend der Fahrrichtung umgekehrt werden und zwar so, daß eine in Fahrrichtung auf das Fahrwerk einwirkende Kraft in der Lage sein muß, das Fahrwerk tatsächlich unter Abkuppelung von dem Motor 1 zu beschleunigen.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der neuen Antriebs einrichtung, bei der mechanische Freilauf 3 gleichsam elektrisch nachgebildet ist.

Der Antriebsmotor bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein im Hauptschlußbetrieb arbeitender Universalmotor 9 bestehend aus einem Anker 11 und einer zugehörigen Feld wicklung 12. Der Anker 11 liegt mit einer Anschlußklemme an einem Phasenleiter 13 eines Wechselstromnetzes, wäh rend einer anderer Anschluß des Ankers 11 mit einem Ende der Feldwicklung 12 verbunden ist. Das andere Ende der Feldwicklung liegt über einen Triac 14 an einer anderen Phasenleiter 15 oder einem Nulleiter des Wechselstromnet zes. Der Anker 11 treibt eine Eingangswelle 16 eines Untersetzungsgetriebes 17, dessen Ausgangswelle 18 wieder um drehfest mit dem Antriebsrad 7 des Fahrwerkes verbunden ist.

Der Triac 14 wird mittels einer elektronischen Steu ereinrichtung 19 gesteuert, deren Ausgang 21 Triggerimpul se an das Gate des Triac 14 liefert. Die Steuerung 19 weist einen Eingang 22 auf, der über eine Verbindungs leitung 23 mit einem Drehzahlgeber 24 verbunden ist. Der Drehzahlgeber 24 ist drehfest mit dem Anker 11 gekuppelt.

Die Betätigung der Steuerung 19 geschieht durch eine an einem Eingang 25 angeschlossene schematisch angedeutete Schalteranordnung 26. Diese Schalteranordnung 26 kann wahlweise eine manuell zu betätigende Tastschalteranord nung sein oder sie können auch Signale repräsentieren, die von einer übergeordneten Steuerung kommen und die Steue rung 19 betätigen bzw. steuern. Der Einfachheit halber sei angenommen, daß es sich um Handtaster handelt, die vom Benutzer des betreffenden Hebezeugs bedient werden.

Nachstehend ist die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 2 erläutert und zwar unter der Annahme, daß die Schalteranordnung 26 lediglich zwei Schaltstellungen kennt, nämlich eine Neutral- oder Nullstellung und eine Fahrstellung.

In der Neutral- oder Nullstellung gibt die Steuerung 19 keine Triggerimpulse an den Triac 14 ab, weshalb der durch den Motor 9 führende Stromkreis unterbrochen bleibt.

Will der Benutzer das Fahrwerk des Hebezeugs in Gang setzen, betätigt er den Tastschalter 26, d. h. er bringt den Schalter in die Fahrstellung. Die Steuerung 19 bekommt dadurch an ihrem Eingang 25 ein entsprechendes Signal und beginnt von da an mit der Wechselspannung des Netzes synchronisierte Triggerimpulse in bekannter Weise an das Gate des Triac 14 zu liefern. Bei jedem ersten Zündimpuls für den Triac 14 geht dieser in den leitenden Zustand und bleibt leitend, solange bis die Netzwechselspannung und damit verbunden auch der Strom durch den Universalmotor 9 verschwindet. Der Triac 14 löscht zu diesem Zeitpunkt und bleibt während der nächsten Halbwelle solange gesperrt, bis er an seinem Gate einen erneuten Zündimpuls seitens der Steuerung 19 bekommt.

Die relative Lage der Zündimpulse gegenüber den jeweils vorausgehenden Nullstellen der Netzwechselspan nung, auch Phasenanschnitt- oder Zündwinkel genannt, bestimmt welche Leistung der Universalmotor 9 dem Netz entnehmen kann. Die Steuerung 19 wirkt als Regler und regelt den Phasenanschnitt- oder Zündwinkel im Sinne einer Stabilisierung der Drehzahl des Universalmotors 9, wozu sie über den Drehzahlsensor 24 dessen Ankerdrehzahl er faßt. Die Steuerung 19 ist somit im weitesten Sinne ein Regler, der bei entsprechendem Signal an seinem Eingang 25 die dem Universalmotor 9 zugeführte elektrische Leistung so einstellt, daß der Universalmotor 9 mit einer vorgege benen Drehzahl läuft.

Wegen dieses Verhaltens der Steuerung 19 wird der Phasenanschnittwinkel für den Universalmotor 9 klein und folglich der Stromflußwinkel groß, wenn der Motor belastet wird und seine Drehzahl zu sinken droht bzw. umgekehrt wird der Phasenanschnittwinkel groß und damit der Strom flußwinkel klein, wenn die Drehzahl des Universalmotors 9 wegen einer Beschleunigung oder Entlastung steigen will.

Der angenommene Benutzer hat bei stillstehendem Fahrwerk den Tastschalter 26 in die Fahrstellung gebracht. Da die Steuerung 19 von dem Sensor 24 die Drehzahl Null gemeldet bekommt, wird sie den Triac 14 zunächst einmal mit einem sehr kleinen Phasenanschnittwinkel betreiben, damit der Universalmotor 9 viel elektrische Leistung dem Netz entnehmen kann, um das Fahrwerk zu beschleunigen. In dem Maße, in dem sich seine Drehzahl der Solldrehzahl nähert, beginnt die Steuerung 19 den Phasenanschnitts winkel zu vergrößern, was zu einer Verminderung der Lei stungsaufnahme aus dem Netz erfolgt, solange bis die Nenndrehzahl erreicht ist.

Wie bereits oben beschrieben, wird wegen des Anfahr vorgangs die Last dem Fahrwerk nacheilen, d. h. das von der Last gebildete Pendel ist entgegen der Fahrtrichtung ausgelenkt. Sobald der Universalmotor 9 seine Nenndrehzahl erreicht hat, die mit Hilfe der Steuerung 19 eingeregelt wird, hört die weitere Beschleunigung der pendelnden Last auf. Die Pendelschwingung wird nun in Richtung der Fahrt richtung erfolgen. Sobald dabei das von der Last gebildete Pendel seine Nullage, bei der sich die Last unmittelbar vertikal unter dem Fahrwerk befindet oder mit anderen Worten das Lastaufnahmemittel parallel zum Schwerkraftvek tor ausgerichtet ist, überschritten hat und beginnt nach vorne in Fahrtrichtung dem Fahrwerk vorauszueilen, ist die Last bestrebt, das Fahrwerk hinter sich herzuziehen. Die elektrischen Eigenschaften des im Hauptschlußbetrieb arbeitenden Universalmotors 9 in Verbindung mit der Steue rung 19 wirken jetzt wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Freilauf 3, indem sie es dem Fahrwerk ermögli chen, durch die Last angetrieben zu werden. Die voreilende Last will das Fahrwerk ziehen und führt so zu einer ab triebsseitigen Entlastung des Motors 9, der folglich weniger Antriebsenergie liefern muß.

Dieses weniger an Antriebsenergie würde ohne Ein greifen der Steuerung 19 nicht wirksam werden, sondern der Universalmotor 9 würde bei Entlastung seine Drehzahl weiter erhöhen, wenn die Leistung zuvor aus dem Stromnetz konstant bleibt. Die Regelung durch die Steuerung 19 wirkt dem jedoch entgegen, in dem Sinne, daß sie den Phasenan schnittwinkel vergrößert, um eine solche Beschleunigung des Fahrwerks, die durch Zusammenwirken der nach vorne schwingenden Last und dem Antriebsmotor zustandekommen würde, zu verhindern. Da jetzt der Universalmotor 9 weni ger Antriebsleistung bereitstellt, muß die zum Fahren notwendige Energie aus der Pendelenergie gespeist werden und außerdem läuft das Fahrwerk der Last nach, was bedeu tet, daß das Pendel während der Phase des Vorwärtsschwungs gedämpft wird.

Wesentlich unterstützend wirkt dabei die Hauptschluß charakteristik des Universalmotors 9, der eine hyperbo lisch verlaufende Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie aufweist und bei dem es keine Grenzdrehzahl gibt, oberhalb der er als Generator und somit bremsend für das Fahrwerk wirken könnte. Jede Stabilisierung der Fahrgeschwindigkeit im Sinne eines Festklemmens der Fahrgeschwindigkeit würde die Pendeldämpfung verhindern. Da aber der Hauptschlußmotor nicht als eine solche Bremse wirken kann, ist die nach vorne in Fahrtrichtung schwingende, das Fahrwerk überho lende Last in der Lage, das Fahrwerk hinter sich herzu schleppen, wodurch die nach vorne gerichtete Amplitude vermindert wird. Unter nach vorne gerichteter Amplitude ist dabei die im Umkehrpunkt auftretende Maximalauslenkung gegenüber der Nullage zu verstehen. In der Nullage befin det sich die Last unmittelbar unter dem Fahrwerk und das Lastaufnahmemittel, also das Seil oder die Kette, verläuft parallel zum Schwerkraftvektor.

Ein wesentlicher Vorteil der Anordnung nach Fig. 2 besteht darin, daß kein mechanischer Freilauf benötigt wird, sondern daß verhältnismäßig billige und wenig Platz erfordernde elektronische Bauteile verwendet werden, um die Freilaufcharakteristik nachzubilden. Die Fahrstrecken, die ein Katzfahrwerk während der Lebensdauer zurücklegen muß, sind nicht so groß, als daß der bei einem Univer salmotor vorhandene Kommutator und dessen Lebensdauer eine Beeinträchtigung darstellen würde.

Ferner kann durch Hinzunahme eines weiteren Schalt ersatzes jederzeit die Drehrichtung des Universalmotors geändert werden, womit Fahrten in beiden Richtungen mög lich sind. Es genügt hierzu, wenn die Feldwicklung 12 wie in Fig. 3 gezeigt in bekannter Weise über eine Polwende einrichtung mit dem Anker 11 elektrisch verbunden wird, um die Drehrichtung des Universalmotors 9 zu ändern. Das Fahrwerk kann mit Hilfe einer solchen Ergänzung wahlweise in beide Richtungen in Gang gesetzt werden, wobei in beiden Richtungen die pendeldämpfenden Eigenschaften des neuen Antriebskonzeptes wirksam werden.

Schließlich besteht ein wesentlicher Vorteil der Anordnung nach Fig. 2 darin, daß auf vergleichsweise einfacher Weise Fahrwerke mit mehreren Geschwindigkeiten oder auch stufenloser Geschwindigkeitseinstellung reali siert werden können, wie dies nachstehend erläutert ist.

Hierzu sei angenommen, daß die Steuerung 19 ein Mikroprozessor ist, der in der Lage ist, die gewünschten netzsynchronen Zündimpulse an seinem Ausgang 21 an den Triac 14 zu liefern, und der außerdem über seinen Eingang 25 an einen Schaltersatz angeschlossen ist. Dieser Schalt ersatz hat, wie vorher eine Neutral- oder Nullstellung, eine erste Schaltstellung, die einer Schleichgeschwindig keit entspricht, und eine zweite Schaltstellung, die der Eilgeschwindigkeit entspricht, wobei bei beiden Schalter stellungen das Fahrwerk in derselben Richtung läuft. Darüberhinaus gibt es eine dritte und eine vierte Schal terstellung, die dazu dienen, das Fahrwerk in der umge kehrten Richtung mit der Normal- oder der Eilgeschwindig keit zu bewegen.

Fig. 3 zeigt das zugehörige Prinzipschaltbild und zwar ist dabei den Schalterstellung I bis IV jeweils ein eigener Schaltersatz zugeordnet, während die Null- oder Neutralstellung einer Betriebssituation entspricht, in der sämtliche Schalter gleichzeitig geöffnet sind.

Soweit bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 be reits beschriebene Bauteile wiederkehren, sind sie mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht erneut be schrieben.

Bei Anordnung nach Fig. 3 liegt die Feldwicklung 12 über einen von einer Relaiswicklung 27 betätigten Umpol schalter 28 in dem Serienstromkreis bestehend aus dem Anker 11 und dem Triac 14. Die Steuerung 19 ist im we sentlichen ein Mikroprozessor, der gegebenenfalls um die erforderlichen Leistungsendstufen erweitert ist, die der Einfachheit halber nicht mitgezeichnet sind, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht von Bedeutung sind.

An den Eingang 25, der vier einzelne voneinander getrennte Leitungen aufweist, sind die den einzelnen Schaltzuständen entsprechenden Schalter, die mit I bis IV bezeichnet sind, angeschlossen. Sie sollen die unter schiedlichen Signalzustände am Eingang repräsentieren, wobei die oben genannte Zuordnung gilt. Diese Schalter I bis IV liegen an einem Ende gemeinsam an einer positiven Versorgungsgleichspannung U.

Zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat die Steuerung 19 einen weiteren Ausgang 29, über den die Relaiswicklung 27 angesteuert wird, damit die Drehrichtung des Universalmotors 9 geändert werden kann.

Mit Hilfe des die Steuerung 19 realisierenden Mikro prozessors wird ein PI-Regler 31, ein Soll-Istwert-Ver gleicher 32 und eine umschaltbare Referenz 33 implemen tiert.

Ein Eingang des Soll-Istwert-Vergleichers 32 ist mit dem Eingang 22 verbunden, während der andere Eingang an einen Ausgang 34 der Referenz angeschlossen ist. Das von dem Vergleicher 32 erhaltene Ausgangssignal gelangt in einen Eingang 35 des PI-Reglers 31, der an einem Eingang 36 ebenso wie die Referenz an ihrem Eingang 37 über von dem Eingang 25 kommende Signale gesteuert wird.

Der PI-Regler 31 weist schließlich noch einen Ausgang 38 auf, der mit dem Ausgang 21 der Steuerung 19 in Ver bindung steht.

Die Funktionen der Referenz 33 des Vergleichers 32 und des PI-Reglers 31 werden durch Programmabschnitte in dem Mikroprozessor verwirklicht. Fig. 5 zeigt das Flußdia gramm, das jenen Ausschnitt aus dem Gesamtprogramm des Mikroprozessors veranschaulicht, das für die gewünschte Steuerung des Motors 9 implimentiert ist. Mit Hilfe dieses Programms gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 4 arbeitet die Einrichtung wie folgt:

Solange keiner der Schalter I bis IV betätigt ist, wird das in Fig. 4 gezeigte Flußdiagramm nicht durchlau fen. Erst die Betätigung eines der Schalter I bis IV bzw. das Zuführen eines entsprechenden Steuersignals führt dazu, daß der Mikroprozessor ein dem Flußdiagramm nach Fig. 4 entsprechendes Programm startet. Das Programm wird bei 41 begonnen und fragt an einer Programmstelle 42 ab, welcher der Schalter I bis IV betätigt ist. Dieser Betäti gungszustand wird gespeichert und das Programm fährt dann fort, um bei 43 den Eingang 22 abzufragen, an dem ein die Drehzahl des Universalmotors 9 kennzeichnendes Signal von dem Drehzahlgeber 24 abgeliefert wird. Die Istdrehzahl v_ist wird abgespeichert und das Programm läuft zu der Programm stelle 44 weiter, an der eine Referenzdrehzahl generiert wird, mit der die Istdrehzahl verglichen wird.

Parameter für diesen Rampengenerator zur Führung der Istdrehzahl ist der betätigte Schalter und die Zeit, die seit der Betätigung des Schalters vergangen ist. Für die weitere Beschreibung sei angenommen, daß dem Schalter I eine Normalgeschwindigkeit in Vorwärtsrichtung, dem Schal ter II eine Eilgeschwindigkeit in Vorwärtsrichtung, dem Schalter III eine Normalgeschwindigkeit in Rückwärtsrich tung und dem Schalter IV die Eilgeschwindigkeit in Rück wärtsrichtung zugeordnet sind.

Je nachdem, welcher dieser Schalter betätigt wurde, läuft der Rampengenerator während mehrerer Programmdurch läufe allmählich entweder bis zu einer der Normalgeschwin digkeit entsprechenden Geschwindigkeit oder bis zu einer der Eilgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit hoch.

Nach der Definition bzw. Aktualisierung der Führungs größe V_soll wird an der Verzweigungsstelle 45 abgefragt, ob seit dem letzten Durchlauf an dieser Stelle sich der Zustand an dem Eingang 25 geändert hat bzw. ob die Schal terstellung verändert wurde oder ob nach einer vorausge henden Schalteränderung erstmalig der Referenzwert V_soll überschritten wurde.

Für die weitere Erläuterung sei angenommen, daß erstmalig der Schalter I betätigt wurde, was einem An fahren aus dem Stillstand und einer Beschleunigung bis zu der Normalgeschwindigkeit entspricht. Das Programm geht deswegen zu der Verzweigungsstelle 46, an der geprüft wird, ob aus dem Zustand keine Schalterbetätigung in den Zustand mit der Schalterbetätigung des Schalters I oder des Schalters II gewechselt wurde. Für die Rückwärtsrich tung gelten natürlich sinngemäß an der Stelle die Werte III und IV. Wenn diese Prüfung positiv ausfällt, also ein Zustandswechsel stattgefunden hat, der einer Beschleuni gung aus dem Stillstand entspricht, geht das Programm zu einem Anweisungsblock 47, an dem ein integraler Anteil ϕ für den Stromflußwinkel auf einen vorgegebenen Startwert ϕ_s1 gesetzt wird. Damit wird für die Anfahrphase aus dem Stillstand ein fester Stromflußwinkel eingestellt, der einem weitgehend ruckfreien, aber hinreichend schnellen Anfahren aus dem Stand entspricht.

Sodann fährt das Programm an einem Anweisungsblock 48 fort. Bei 48 berechnet das Programm die Differenz zwischen dem Referenzwert v_soll und der Istgeschwindigkeit V_ist und gewinnt hieraus einen Regelabweichungsparameter p.

Auf diese Berechnung erfolgt bei 49 eine Verzweigung, abhängig davon, ob der Regelabweichungsparameter p größer als null ist oder nicht. Wenn der Regelabweichungsparame ter p größer als null ist, bedeutet dies, daß die Ist drehzahl nach wie vor kleiner als die Solldrehzahl ist oder die dem Universalmotor 9 zugeführte elektrische Leistung reicht noch nicht aus, um den Fahrantrieb auf die gewünschte Geschwindigkeit zu bringen. Deshalb wird in einem Anweisungsblock 51 der Stromflußwinkel ϕ um ein Δ vergrößert und erneut abgespeichert. Dabei kann der In krementalwert Δ selbst seine Funktion des Regelabwei chungsparameters p oder aber konstant sein.

Da der Regler 31 als PI-Regler wirkt, muß zu dem Stromflußwinkel ϕ, der den Integralanteil repräsentiert, noch ein Proportionalanteil hinzuaddiert werden. Hieraus wird der tatsächliche Stromflußwinkel α erhalten, indem zu dem Integralanteil ϕ des Stromflußwinkels der Regelabwei chungsparameter p bzw. eine davon abgeleitete Größe hin zuaddiert wird.

Nachdem so der Stromflußwinkel α bestehend aus dem integralen und dem proportionalen Anteil berechnet wurde, wird bei 52 der Stromflußwinkel α in den Zeitpunkt umge rechnet, an dem, bezogen auf die vorausgehende Nullstelle der Netzwechselspannung, der Zündimpuls für den Triac 14 abgegeben werden muß, um den gewünschten Stromflußwinkel zu bekommen. Das Programm kehrt daraufhin zu dem Block 42 zurück und überprüft, ob sich in der Zwischenzeit die Stellung der Schalter I bis IV verändert hat. Angenommen, es wurde keine Änderung beobachtet, dann bleibt der ge speicherte Zustand über die Schalterbetätigung erhalten und das Programm kann bei 43 erneut die Istdrehzahl v_ist abfragen und die entsprechende Speichervariable aktuali sieren.

Da, wie erwähnt, der Parameter für die Sollgeschwin digkeit v_soll zeitlich vergrößert wird, bis auf den Wert, der der betreffenden Schalterbetätigung I oder II bzw. III oder IV entspricht, steigt der Wert der Führungsgröße v_soll allmählich während aufeinanderfolgender Durchläufe an.

Wie eingangs vorausgesetzt, war die Schalterbetäti gung nicht verändert worden und außerdem befindet sich das Fahrwerk nach wie vor in der Beschleunigungsphase, d. h. v_ist ist kleiner als die durch die Schalterbetätigung vorgegebene Zielgeschwindigkeit. Das Programm wird deswe gen unmittelbar über den Block 48 fortfahren und im Block 51 den integralen Anteil ϕ des Stromwinkels inkremental erhöhen, während andererseits der Regelabweichungsparame ter p allmählich kleiner wird, weil die Differenz zwischen v_ist und v_soll sich entsprechend vermindert.

Nachdem eine Vielzahl von Durchläufen in der be schriebenen Art erfolgt ist, wird irgendwann der Zeitpunkt eintreten, an dem der Rampengeneratur einen Referenzwert v_soll zur Verfügung stellt, der gleich der Zielgeschwindig keit ist, mit der das Fahrwerk entsprechend der Schalter betätigung I fahren soll. Von da an liefert der Rampenge nerator bei 44 einen konstanten Referenzwert v_soll solange, bis sich die Schalterstellungen am Eingang 25 verändern.

Während der Beschleunigungsphase wird ebenfalls nach mehreren Durchläufen der oben beschriebenen Programm schleife erstmalig die Situation auftreten, daß die Ist geschwindigkeit v_istt die Referenzgeschwindigkeit v_soll über schreitet. In der Regel ist zu diesem Zeitpunkt wegen der vorausgehenden Beschleunigungsphase der Stromflußwinkel α größer als es für das Fahren mit der konstanten Geschwin digkeit v_soll erforderlich ist, obwohl inzwischen der Pro portionalanteil p nahezu zu null geworden ist. Diese Reglersituation mit einem zu großen integralen Anteil ϕ würde zu einem unerwünschten Überschießen bei der Fahr geschwindigkeit führen, weshalb das Programm bei 45 nicht unmittelbar in den Block 48 geht, sondern nach dem Ver gleich des Sollwertes mit dem Istwert in dem linken Teil bei 53 fortfährt, wo eine Verzweigung zu einem Anweisungs block 54 vorgesehen ist. In dem Anweisungsblock 54 wird der integrale Anteil des Stromflußwinkels ϕ sprunghaft um einen größeren Betrag als Δ vermindert, indem von dem integralen Anteil des Stromflußwinkels ϕ eine feste Größe K₁ abgezogen wird. Nach dieser Rechenoperation fährt das Programm, wie beschrieben, bei 48 fort.

Wenn beim nächsten Schleifendurchlauf die Istge schwindigkeit immer noch größer als die Sollgeschwindig keit ist, wird nunmehr an der Verzweigungsstelle 45 wie derum wie ursprünglich bei 48 fortgefahren, denn es han delt sich nicht um das erste Überschreiten des Referenz wertes v_soll nach einer vorausgehenden Änderung der Schal terstellungen. Da in dieser Betriebssituation die Istge schwindigkeit immer noch größer ist als die Sollgeschwin digkeit wird der Regelabweichungsparameter negativ sein, weshalb das Programm nach der Verzweigungsstelle 49 nicht zu dem Anweisungsblock 51 geht, sondern zu einem Anwei sungsblock 55. In diesem Anweisungsblock 55 wird der Integralanteil des Stromflußwinkels ϕ inkremental um Δ vermindert, das wiederum eine Funktion von p sein kann oder einen konstanten Wert aufweist. In der nächsten Zeile wird der integrale Anteil ϕ um den Betrag des Regelab weichungsparameters p oder einer daraus abgeleiteten Größe vermindert, um den wirklichen Stromflußwinkel α zu erhal ten, der dann wiederum an der Programmstelle 52 in den entsprechend abgegebenen Zündimpuls umgesetzt wird.

In der stationären Phase wird nach wie vor fortlau fend das in Fig. 4 skizzenhaft beschriebene Programm durchlaufen, wobei die Fahrgeschwindigkeit ständig um die Sollgeschwindigkeit herumpendeln wird, weshalb das Pro gramm nach der Verzweigungsstelle 49 abwechselnd über den Anweisungsblock 51 oder den Anweisungsblock 55 fortfahren wird.

Die eingangs erwähnte Freilaufcharakteristik wird dadurch realisiert, daß während des Vorpendelns der Last und damit während der Schleppens des Fahrwerks durch die pendelnde Last die Sollgeschwindigkeit überschritten wird, was dazu führt, daß der PI-Regler über den Anweisungsblock 55 läuft und zunehmend den Integralanteil ϕ verkleinert. Der Stromflußwinkel wird entsprechend kleiner, d. h. die Vortriebsenergie für das Fahrwerk kommt aus der ziehenden Last.

Zum Stillsetzen des Fahrwerks läßt der Benutzer sämtliche Schalter los, womit der Durchlauf des Programms nach Fig. 4 beendet wird.

Zusätzlich zu den beschriebenen Funktionen müssen noch eine Reihe anderer Varianten berücksichtigt werden. Eine Variante ist die Betätigung des Schalters II, d. h. dem Anfahren und anschließenden Beschleunigen bis zu der Eilgeschwindigkeit. Diese Maßnahme macht sich im wesentli chen nur im Bereich des Sollwertgebers bei 44 bemerkbar, insofern, als dort der Referenzparameter V_soll bis zu der der Eilgeschwindigkeit entsprechenden Zielgeschwindigkeit hochgesetzt wird. Ansonsten verhält sich das Programm wie vorher beschrieben, denn es läuft beim ersten Start, ausgehend vom Zustand null, wie vorher über die Verzwei gungsstelle 46 und den Anweisungsblock 47.

Die nächste Variante, die zu berücksichtigen ist, besteht in der Betätigung des Schalters II, nachdem be reits der Schalter I betätigt worden ist und das Fahrwerk mit der Normalgeschwindigkeit fährt. Dies entspricht einem Beschleunigen aus der Normalgeschwindigkeit in die Eilge schwindigkeit.

Um hier die unangenehmen langsamen Regelcharakteri stiken des Integralreglers zu vermeiden, läuft beim ersten Durchlauf nach der Betätigung des Schalters II das Pro gramm im Anschluß an die Verzweigung 45 zu einer Verzwei gungsstelle 56, an die sich ein Anweisungsblock 57 an schließt, wo der Integralanteil ϕ sprunghaft um eine Konstante K₂ vergrößert wird. Im Anschluß daran verhält sich das Programm wie eingangs beschrieben.

Die letzte Variante, die zu beachten ist, besteht im Zurückschalten von der Schalterstellung II in die Schal terstellung I, also einem Verlangsamen der Fahrgeschwin digkeit aus der Eilgeschwindigkeit in die Normalgeschwin digkeit. Beim ersten Schleifendurchlauf nach einem solchen Zustandswechsel geht das Programm an der Verzweigungs stelle 45 in den linken Ast nach Fig. 4 zu einer Verzwei gungsstelle 58, in der überprüft wird, ob die Istgeschwin digkeit größer ist als die Sollgeschwindigkeit, was in der Regel beim Zurückschalten immer der Fall sein wird, wor aufhin dann über einen Anweisungsblock 59 in den Normal teil des Programms zu dem Anweisungsblock 48 zurückgekehrt wird. In dem Anweisungsblock 59 wird der Integralanteil ϕ auf einen neuen Anfangswert ϕ_s2 gesetzt, der kleiner ist als es dem Fahren mit der Normalgeschwindigkeit ent spricht.

Wie die Schalterstellungen III und IV in den Rück wärtsbetrieb umzusetzen sind, ist dem Fachmann bekannt und braucht deswegen nicht näher beschrieben zu werden. Das Regelprogramm hingegen ist dasselbe, wie es im Zusammen hang mit den Schalterstellungen I und II erläutert wurde.

Abgesehen von einer stufenweisen Umschaltung der Fahrgeschwindigkeit ist es auch möglich, die Fahrgeschwin digkeit stufenlos zu variieren. In diesem Falle wird ein Programm entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 5 ver wendet. Soweit hier bereits erläuterte Verzweigungsstellen und Anweisungsblöcke auftreten, sind sie mit denselben Bezugszeichen wie bei dem Flußdiagramm nach Fig. 4 ver sehen und nicht erneut beschrieben.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß die Schalterstellung I bzw. die Schalterstellung III einem Zustand entspricht, in dem das Fahrwerk mit der zum Um schaltzeitpunkt erreichten Fahrgeschwindigkeit weiterfah ren soll. Die Schalterstellung II und dementsprechend auch die Schalterstellung IV hingegen bedeutet Anfahren oder Beschleunigen des Fahrzeugs, solange wie dieser Schalter zustand beibehalten wird oder eine maximal zulässige Fahrgeschwindigkeit noch nicht überschritten ist.

Unter Berücksichtigung dieser geänderten Bedeutungen der Schalterstellungen I bis IV arbeitet das Programm wie folgt:
Zum Anfahren aus dem Stillstand muß der Benutzer die Schalterstellung II oder IV erreichen, was bedeutet, daß in dem Rampengenerator der Referenzwert V_soll im Verlauf mehrerer Schleifendurchläufe bis maximal auf den Wert V_max gesetzt wird. Dieses Verhalten an dem Block 44 entspricht insoweit etwa dem Verhalten des Blocks 44 nach Fig. 4.

Da aus dem Stillstand angefahren wurde, also der Schalter II erstmals betätigt worden ist, verzweigt das Programm an der Abfragestelle 45 in den linken Teil zu einer Abfragestelle 61, die im wesentlichen mit der Ab fragestelle 46 nach Fig. 4 korrespondiert. Wenn die dort das Kriterium bildende Bedingung erfüllt ist, wird der Integralanteil ϕ des Stromflußwinkels auf einen Startwert ϕ_s1 gesetzt und das Programm fährt bei dem Anweisungsblock 48 weiter, von wo ab es sich genauso verhält, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert ist.

Angenommen während der Beschleunigungsphase stellt der Benutzer fest, daß das Fahrwerk sich jetzt mit der gewünschten Geschwindigkeit bewegt, dann wird er in den Zustand I umschalten. Dies hat zur Folge, daß bei dem Rampengenerator 44 eine Verzweigung bei 62 so durchlaufen wird, daß als Referenzwert V_soll der gemessene aktuelle Wert V_ist übernommen wird. Mit anderen Worten, die zum Umschalt zeitpunkt erreichte aktuelle Fahrgeschwindigkeit wird der Bezugswert, um den herum künftig die Fahrgeschwindigkeit eingeregelt werden soll. Diese Aktualisierung oder Über nahme geschieht allerdings nur dann, wenn das Programm das Umschalten aus dem Zustand II in den Zustand I erkennt, nicht jedoch, wenn der Zustand I dauernd anhält.

An der Verzweigungsstelle 45 wird ebenfalls nochmals die Umschaltung aus dem Zustand II in den Zustand I er kannt, womit das Programm wiederum in den linken Ast verzweigt und zu der Abfragestelle 63 läuft. Hier ver anlaßt das Programm, daß der integrale Anteil ϕ sprunghaft um eine Konstante K₂ vermindert wird, weil während der vorausgehenden Beschleunigungsphase der Stromflußwinkel Werte erreicht hat, die größer sind, als sie zum Fahren mit der konstanten Geschwindigkeit erforderlich sind. Die sprunghafte Änderung des Integralanteils ϕ vermeidet ein unnötiges Überschießen der Fahrgeschwindigkeit, wenn von dem Zustand II (= Beschleunigen) in den Zustand I (= Geschwindigkeit halten) zurückgeschaltet wird. Der Regler schwingt dadurch schneller ein.

Nach der sprunghaften Änderung des Integralanteils ϕ in dem Block 64 kehrt das Programm zu dem Anweisungsblock 48 zurück und verhält sich ansonsten wie im Zusammenhang mit Fig. 4 ausführlich beschrieben.

Wenn aus der gehaltenen Geschwindigkeit heraus weiter beschleunigt werden soll, hat dies lediglich Auswirkungen auf das Verhalten des Rampengenerators bei 44 insofern, als der Bezugswert erneut bis auf die maximale Geschwin digkeit hochgefahren wird. Die weitere Folge ist, daß nach der Verzweigung bei 45 eine Abfrage 65 erreicht wird, die zu einem Anweisungsblock 66 führt, der dafür sorgt, daß der Integralanteil ϕ sprunghaft auf ϕ_s2 vergrößert wird, damit ein zügiges Beschleunigen erreicht werden kann.

Anschließend verhält sich das Programm nach Fig. 5 beim erstmaligen Überschreiten der Referenzgeschwindigkeit genauso wie das Programm nach Fig. 4.

Ein Fahrantrieb für ein Katzfahrwerk von Hebezeugen weist einen Antriebsstrang auf, der bezüglich der Fahr richtung eine Freilaufcharakteristik zeigt. Dies hat zur Folge, daß eine Lastpendelung schnell herausgedämpft werden kann, weil während der Halbschwingung der Lastpen delung, in der die Last dem Fahrwerk vorauseilt, keine Konstanthaltung des Fahrwerks aufgezwungen wird. Vielmehr ist die pendelnde Last in der Lage, das Fahrwerk beschleu nigend hinter sich herzuschleppen und auf diese Weise Pendelenergie in Fahrenergie umzusetzen.

Claims

1. Elektrischer Antrieb für Fahrwerke von Hebezeugen, mit einem elektrischen Antriebssystem (1, 3, 9), das getrieblich mit wenigstens einem Rad (7) des Fahrwerks verbunden ist und das Mittel (19) aufweist, die dem An triebssystem (1, 3, 9) zumindest näherungsweise eine Frei laufcharakteristik verleihen, in dem Sinne, daß bei einer von außen einwirkenden Kraft, die bestrebt ist, das Fahr werk zu beschleunigen, eine Kraftübertragung von dem Antriebssystem (1, 3, 9) auf das Rad im wesentlichen unter bleibt.

2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1,
mit wenigstens einem Elektromotor (9), der getrieb lich mit wenigstens einem Antriebsrad (7) des Fahrwerks verbunden ist und im wesentlichen die Charakteristik eines Hauptschlußmotors aufweist,
mit wenigstens einer Signalerzeugungsanordnung (26), die wenigstens einen ersten (0) und wenigstens einen zweiten (I, II, III, IV) Zustand aufweist, wobei der erste Zustand (0) dem Abschalten der Stromzufuhr zu dem Elektro motor (9) und der zweite Zustand (I, II, III, IV) der mögli chen Stromzufuhr (Fahrstellung) zu dem Elektromotor (9) entspricht,
mit einer elektronischen Steuerung (19), an die die Signalerzeugungsanordnung (26) angeschlossen ist und die einen in einer Stromzuleitung zu dem Elektromotor (9) lie genden elektrisch steuerbaren Schalter (14) aufweist, wobei die elektronische Steuerung (19) in einem ersten Zustand den steuerbaren Schalter abgeschaltet hält, wenn sich die Signalerzeugungsanordnung (26) sich in dem ersten Zustand (0) befindet, und in einem zweiten Zustand den elektronischen Schalter (14) im Sinne einer Stabilisierung der Fahrgeschwindigkeit betätigt, wenn sich die Signaler zeugungsanordnung in dem zweiten Zustand (I, II, III, IV) befindet.

3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Elektromotor (9) ein Hauptschlußmotor ist.

4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalerzeugungsanordnung (26) wenig stens einen dritten Schaltzustand (II) aufweist, in dem die Stromzufuhr zu dem Elektromotor (9) möglich ist.

5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) einen dritten Betriebszustand aufweist, in dem sie den elek tronischen Schalter (14) im Sinne einer Beschleunigung des Elektromotors (9) betätigt.

6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) den elek tronischen Schalter (14) im Sinne der Konstanthaltung einer ersten Geschwindigkeit betätigt, wenn sich die Signalerzeugungsanordnung (26) in der zweiten Stellung (I) befindet, daß die Signalerzeugungsanordnung (26) einen dritten Betriebszustand (II) aufweist, und daß die elek tronische Steuerung (19) den elektronischen Schalter (14) im Sinne der Konstanthaltung einer zweiten Geschwindigkeit betätigt, wenn sich die Signalerzeugungsanordnung (26) in der dritten Stellung (II) befindet.

7. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Geschwindigkeit größer als die erste Geschwindigkeit ist.

8. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) Mittel (27, 28) aufweist, um die Drehrichtung des Elektromotors (9) umzukehren.

9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalerzeugungsanordnung (26) einen vierten Zustand (III) aufweist, der funktionsmäßig dem zweiten entspricht und dem eine umgekehrte Drehrichtung des Elektromotors (9) zugeordnet ist.

10. Elektrischer Antrieb nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungsanordnung (26) eine fünfte Schalterstellung (IV) aufweist, die funk tionsmäßig der dritten Schalterstellung (II) entspricht und der eine umgekehrte Drehrichtung des Elektromotors (9) zugeordnet ist.

11. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalerzeugungsanordnung eine Schalter anordnung (26) ist.

12. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schalteranordnung (26) ein manuell zu bedienendes Betätigungsorgan zugeordnet ist.

13. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste Zustand der Schalteranordnung (26) einer Neutralstellung des Betätigungsorgan ent spricht.

14. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der zweite, der dritte und falls vorhan den der vierte und der fünfte Zustand (I, II, III, IV) der Schalteranordnung (26) ausgelenkten Stellungen des Betäti gungsorgans entsprechen, wobei der zweite und falls vor handen der vierte Zustand (I, III) näher bei der Neutral stellung (O) liegen als der dritte und falls vorhanden der fünfte Zustand (II, IV).

15. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Elektromotor (9) oder dem Fahrwerk ein Drehzahlsensor (24) zugeordnet ist, der an die elektroni sche Steuerung (19) angeschlossen ist und der elektroni schen Steuerung (19) ein der Fahrgeschwindigkeit proportio nales Signal übermittelt.

16. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) eine Pha senanschnittsteuerung enthält.

17. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der elektronische Schalter (14) bei kraftge trieben fahrendem Fahrwerk mit einer Kette von Impulsen versorgt wird, wobei das Tastverhältnis der Impulskette von der über die Signalerzeugungsanordnung (26) ausge wählten Geschwindigkeit, dem Fahrwiderstand und der Pedel lage einer an dem Hebezeug hängenden Last abhängig ist.

18. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) einen Regler (31) mit Proportionalcharakteristik enthält.

19. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) einen Regler (31) mit Integralcharakteristik enthält.

20. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 18 oder 19, da durch gekennzeichnet, daß der Regler (31) einen Anfangs wert (ϕ_s1, ϕ_s2) aufweist, der einem vorbestimmten Tastver hältnis der Impulskette oder Stromflußwinkel entspricht.

21. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 18 oder 19, da durch gekennzeichnet, daß der Regler (31) inkremental arbeitet und daß jedem Zustand des Reglers (31) ein Strom flußwinkel oder Tastverhältnis entspricht.

22. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 21, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einer Änderung der Betriebssitua tion, für die eine Zustandsänderung der Signalerzeugungs anordnung die Ursache ist, der Zustand des Reglers ab weichend von seinem Normalbetrieb wenigstens einmal sprunghaft verändert wird.

23. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 22, dadurch ge kennzeichnet, daß die sprunghafte Änderung darin besteht, daß die elektronische Steuerung (19) den Regler (31) auf den Anfangswert (ϕ_S1, ϕ_S2) setzt, wenn (i) das Fahrwerk aus dem Stand angefahren werden soll oder (ii) beim Zurück schalten aus einer zweiten Geschwindigkeit in die erste Geschwindigkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht ist.

24. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 23, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) wenig stens einen Sollwertgeber (33, 44) aufweist und daß die elektronische Steuerung (19) Mittel (32, 48) aufweist, die ein der Drehzahl des Elektromotors (9) proportionales Signal mit dem Sollwert (v_soll) vergleichen, und daß der Regler (31) solange inkremental den Stromflußwinkel ver größert bis die Drehzahl größer als der Sollwert (v_soll) geworden ist.

25. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 22, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektronische Steuerung wenigstens einen Sollwertgeber (34, 44) aufweist, daß die elektroni sche Steuerung (19) Mittel (32, 48) aufweist, die ein der Drehzahl des Elektromotor (9) proportionales Signal mit dem Sollwert (v_soll) vergleichen, und daß die sprunghafte Änderung darin besteht, daß beim ersten Überschreiten des Sollwerts (v_soll) nach einer Beschleunigungsphase von dem Wert des Reglers (ϕ) ein vorgegebenes Inkrement (K) abge zogen wird, das sich von den Inkrementen (Δ) im Normalbe trieb unterscheidet.

26. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektronische Steuerung (19) wenigstens einen Sollwertgeber (34, 44) aufweist, daß die elektroni sche Steuerung (19) Mittel (32, 48) aufweist, die ein der Drehzahl des Elektromotor (9) proportionales Signal mit dem Sollwert (v_soll) vergleichen, und daß ein Regler (31) solange inkremental den Stromflußwinkel verkleinert bis die Drehzahl kleiner als der Sollwert (v_soll) geworden ist.

27. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Sollwertgeber (34, 44) auf einen Wert gesetzt wird, der einer maximal möglichen oder größeren Geschwindigkeit entspricht, wenn die Signaler zeugungsanordnung (26) in den dritten oder fünften Zustand (II, IV) gebracht wird, und daß der Sollwergeber (34, 44) auf einen Wert (V_ist) gesetzt wird, der der aktuellen Ge schwindigkeit entspricht, wenn die Signalerzeugungsanord nung (26) aus dem dritten oder fünften Zustand (II, IV) in den zweiten oder vierten Zustand (I, III) zurückgeschaltet wird.

28. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Sollwertgeber (34, 44) auf einen Wert gesetzt wird, der einer Geschwindigkeit null entspricht, wenn die Signalerzeugungsanordnung (26) in den ersten Zustand (O) gebracht wird, und daß der Sollwergeber (34, 44) auf einen Wert (V_ist) gesetzt wird, der der aktuel len Geschwindigkeit entspricht, wenn die Signalerzeugungs anordnung (26) aus dem ersten Zustand (O) in den zweiten oder vierten Zustand (I, III) zurückgeschaltet wird.

29. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1,
mit wenigstens einem Asynchronmotor (1), der getrieb lich mit wenigstens einem Antriebsrad (7) des Fahrwerks verbunden ist,
mit einem Freilauf (3), der getrieblich zwischen dem Rad (7) des Fahrwerks und dem Asynchronmotor (1) angeord net ist,
mit wenigstens einer Signalgeberanordnung (26), die wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Zustand (O, I) aufweist, wobei der erste Zustand (O) dem Abschalten der Stromzufuhr zu dem Asynchronmotor (1) und die zweite Stellung (I) der möglichen Stromzufuhr (Fahr stellung) zu dem Asynchronmotor (1) entspricht.