DE19918449C2 - Lasthebesystem zur Feinpositionierung und aktiven Schwingungsdämpfung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasthebesystem mit mehreren zusammenwirkenden Lasthebemitteln zur pendelfreien Feinpositionierung und aktiven Schwingungsdämpfung pendelfrei zu führender Last, wobei sich die Lasten in allen 6 Freiheitsgraden, abhängig von äußeren und inneren Einflüssen, bewegen können. DOLLAR A Das Lasthebesystem ist dadurch gekennzeichnet, daß für jeden einzelnen verstellbaren Freiheitsgrad jeweils ein Regelungssystem und ein Regler zur Feinpositionierung der Last und ein separater Regler zur Schwingungsdämpfung der Last angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft Lasthebesystem entsprechend dem ersten Patentanspruch.

Insbesondere bei Hubeinrichtungen für den vollautomatischen Containerumschlag dienen solche verstellbaren Lasthebesysteme dazu, die Behälter mittels Feinpositionierung zielgenau und in kürzester Zeit abzusetzen, aufzunehmen und zu stapeln, obwohl äußere Störeinflüsse, wie z. B. Windkräfte, Massenträgheitskräfte (beim Beschleunigen oder Bremsen von Kran- oder Katzfahrwerk) und exzentrische Beladung die Behälter in alle beliebige Raumrichtungen verschieben, verdrehen und zum Pendeln anregen können.

Bekannt sind z. B. Krane mit einem sogenannten Seilschacht, bei dem mehrere Hubseile schräg verspannt sind. Wegen dieser schrägen Seilverspannungen haben Hebesysteme mit Seilschacht schon eine natürliche Steifigkeit und Stabilität in alle Raumrichtungen, sie genügen aber trotzdem noch nicht ganz den Anforderungen für einen vollautomatischen Lastumschlag, wo es auf schnelle und präzise Lastpositionierung trotz Pendelneigung und Störkräften ankommt. Daher gibt es die verschiedensten Bemühungen, durch Verstellmechanismen (Stellglieder), z. B. durch Hydraulikzylinder, Gewindespindelantriebe, verstellbare Umlenkrollen, Kipphebel, verschiebbare Gestelle o. ä. die Seile zu beeinflussen und damit die Last genau zu positionieren und Lastpendelungen zu dämpfen.

Dazu ist eine Vielzahl der verschiedensten Lösungen bekannt. Jedes einzelne dieser bekannten Systeme hat aber für sich genommen auch bestimmte Eigenschaften, die den Erfordernissen eines präzisen und schnellen automatischen Containerumschlags entgegenstehen:

Es gibt viele Systeme, welche die Problemstellung zwar von unterschiedlichen Richtungen her angehen, z. B. Seilführungen, Stellglieder, Sensorik, Pendeldämpfung usw. und die in Teilbereichen Verbesserungen gebracht haben, ohne jedoch die Problematik in ihrer Gesamtheit zu sehen und ein übergeordnetes Gesamtsystem anzugeben. Sie sind daher nur als Teilsysteme für bestimmte Anforderungen geeignet.

Bekannt sind diverse Sensorsysteme zur Lageerkennung der Last mittels Kameras und Bildverarbeitungssystemen, Laserstrahlen, Radarsystemen oder Mikrowellenmeßeinheiten, z. B. DE 44 27 138 A1, EP 0 822 158 A1, EP 0 869 096 A2, DE 196 31 623 C2, DE 196 14 248 A1, DE 38 16 988.6. Sie ermitteln zwar die Istwerte der Lastposition bzw. deren Abweichung vom Ziel für bestimmte Raumkoordinaten, machen aber oft kaum Angaben dazu, wie man damit die Last rasch und präzise entgegen den Störeinflüssen positionieren kann.

Andere Anmeldungen wie DE 195 21 066.2, EP 0866 022 A2 beschränken sich auf ausführliche Angaben zu möglichen Seilführungen und Stellgliedern, machen aber teilweise kaum Angaben dazu, wie die einzelnen Stellglieder für eine präzise Feinpositionierung anzusteuern sind. Insbesondere die für einen automatischen Containerumschlag notwendigen geschlossenen Regelschleifen, die mittels einer Sensorik die Abweichungen der Last aus ihrer Sollposition erkennen und die einzelnen Stellglieder permanent nachregeln, um Seildehnungsänderungen wegen Störkräften (z. B. Windlasten) und Änderungen der Seilgeometrie bei unterschiedlichen Hubhöhen auszugleichern, werden dort nicht angegeben.

Wieder andere Anmeldungen sind reine Pendeldämpfungssysteme ohne Feinpositionierung der Last. Auslenkungen wegen Windlasten oder exzentrischer Beladung werden nicht kompensiert, ein vollautomatischer Umschlag der Last ist also kaum möglich. Sie haben außerdem oft eine entsprechende Hydraulik oder Mechanik (zusätzliche Stabilisierungsseile, verschiebbare Gelenkrahmen, bewegliche Zusatzmassen auf dem Lastaufnahmemittel), siehe DE 31 26 206, DE 197 21 136, DE 42 36 696, EP 0 841 296.

Es sind aber auch Gesamtsysteme zum zielgenauen Positionieren und Stapeln von Behältern bekannt. Diese haben manchmal einen großen mechanischen bzw. maschinenbaulichen Aufwand, der stör- und verschleißanfällig ist und erhebliche, unerwünschte Zusatzlasten auf der Krankatze oder dem Lastaufnahmemittel aufweist. Hierzu einige Beispiele:

Bekannt sind z. B. Krane, bei denen Feinpositionierung und Pendeldämpfung der Last mit schräg verspannten zusätzlichen Hilfs- und Stabilisierungs- oder Führungsseilen geschehen.

PCT WO 97/08094 zeigt so ein System, mit Hilfsseilen. DE 43 25 946 C2 bzw. EP 0 638 510 A1 zeigt 2 Varianten: Einmal ebenfalls mit zusätzlichen Führungsseilen mit eigenen Seiltrommeln und Antrieben, zum anderen durch Verstellung der Tragseile mit zwei zusätzlichen Verschiebeplatten, die an einem von der Katze abgehängten Gestell erheblicher Größe und Gewichtes angebracht sind und die durch Hydraulikzylinder verschoben werden.

Als Gesamtsystem bekannt ist auch DE 44 23 797 A1, bei welchem mittels einer Sensorik die Lage des Behälters erfasst wird und in einem geschlossenen Positionsregelkreis die durch Störkräfte verursachten Abweichungen kontinuierlich ausgeregelt werden. Bei diesem System befindet sich jedoch der Stellmechanismus auf dem Lastaufnahmemittel statt auf der Katze und verstellt das Lastaufnahmemittel anstatt der Seile. Dabei gibt bei Verstellung der Last der Seilschacht nach, da der Schwerpunkt der Last sich immer zur tiefstmöglichen Stelle zurückbewegt.

Weiterhin ist in EP 0 865 406 A1 ebenfalls ein Gesamtsystem angeben, bestehend aus Seilschacht, Stellgliedern, Elektronischer Steuerung/Regelung und Sensorik zur Positionserfassung. Während der Seilschacht sehr genau beschrieben ist und seine natürliche Steifigkeit hervorgehoben wird, sind jedoch die Ansprüche für Stellglieder, Steuerung/Regelung und Sensorik ganz allgemein gehalten und nicht weiter beschrieben. Außerdem sind die Seilführungen äußerst aufwendig und kompliziert über eine große Zahl von Umlenkrollen geführt, wie z. B. die Fig. 4 und 8 der angegebenen Anmeldung EP 0 865 406 A1 zeigen.

Außerdem können die bekannten Lösungen die Last meistens nur in einige wenigen der 6 möglichen Freiheitsgrade der Lastbewegung beeinflussen. Die Freiheitsgrade sind bekanntlich:

• 1. Freiheitsgrad: z (Verschiebung vertikal in z-Richtung (Hubrichtung)
• 2. Freiheitsgrad: x (Verschiebung horizontal in Richtung Querachse der Last, Katzfahrrichtung)
• 3. Freiheitsgrad: y (Verschiebung horizontal in Richtung Längsachse der Last, Kranfahrrichtung)
• 4. Freiheitsgrad: phi (Drehung um die z-Achse, Gieren, engl.: Skew oder Yaw)
• 5. Freiheitsgrad: psi (Drehung um die x-Achse, Nicken, engl.: Trim oder Roll)
• 6. Freiheitsgrad: rho (Drehung um die y-Achse, Rollen, engl.: List oder Pitch)

Im folgenden einige Beispiele hierzu:

DE 38 30 429 C2 beschreibt ein rein hydraulisches System, welches wegen seiner speziellen Seilführung nur die Drehbewegungen phi, psi und rho verstellen und die entsprechenden Drehschwingungen bedämpfen kann. Eine Sensorik zur Positionserfassung der Last ist nicht vorhanden und damit auch keine Rückkopplung zur präzisen Feinpositionierung.

DE 195 21 066.2 verstellt x, y und phi

PCT WO 97/08094 positioniert und dämpft ebenfalls nur x, y, und phi.

DE 43 25 946 C2 bzw. EP 0 638 510 A1 dämpft und verstellt x und y, also keinerlei Drehbewegungen oder Drehschwingungen.

Wegen Bodenunebenheiten schräg stehende Container müssen jedoch auch aufgenommen werden können. Lasten, die wegen exzentrischer Beladung schräg hängen, müssen zum Stapeln waagrecht ausgerichtet werden können. Dazu sind auch die Verstellungen der Freiheitsgrade psi und rho notwendig. Für einen vernünftigen vollautomatischen Containerumschlag ist also eine Beeinflussung aller 6 Freiheitsgrade erforderlich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Lasthebesystem zu entwickeln, das eine funktionssichere Feinpositionierung und aktive Schwingungsdämpfung von Lasten realisiert, die sich in allen 6 Freiheitsgraden, abhängig von äußeren und inneren Einflüssen, bewegen können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit der Lösung werden folgende Vorteile realisiert:

• - Die Last wird in allen 6 möglichen Freiheitsgraden ihrer Bewegung kontrolliert, d. h. in allen Achsen verstellt, wichtige Positionsabweichungen durch Rückkopplung von Sensorsignalen genau ausregelt und Pendelungen gedämpft.
• - Der mechanische Aufwand ist dafür gering und die Seilführungen einfacher gegenüber bisher bekannten Systemen.
• - Dadurch sind die Zusatzlasten auf der Laufkatze und dem Lastaufnahmemittel ebenfalls klein.
• - Das System erlaubt im Prinzip beliebige Seilführungen.
• - Der Seilschacht wird trotz Verstellung in allen Seilen stabil gehalten, so daß er nicht kippt.
• - Die Komplexitäten des Systems bestehen in einer elektronische Steuerung, wo notwendige Struktur- oder Parameteranpassungen des Systems, z. B. während der Inbetriebnahme oder bei der Projektierung weiterer, modifizierter Krane, einfach durchzuführen sind.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze mit Stellgliedern und Seilführungen,

Fig. 2 eine Seitenansicht,

Fig. 3 eine Steuerung bei optischer Erfassung der Lastposition und

Fig. 4 eine Steuerung bei optischer Erfassung der Lastposition und zusätzlicher Seilkraftmessung.

In der beispielhaften Ausführung besteht das Lasthebesystem eines Containerkranes aus einem Seilschacht mit 8 schrägverspannten Seilen, deren Seilendpunkte über Umlenkrollen am Lastaufnahmemittel nach oben zur Laufkatze zurückgeführt und dort an 8 Hydraulikzylindern 1-8 befestigt sind. Die Seilenden können also mit den Hydraulikzylindern verstellt werden.

Somit sind die Hydraulikzylinder die Stellglieder für die Lastpositionierung. Jeder einzelne dieser Zylinder 1-8 hat eine eigene Positionsregelung für seine Kolbenstellung, bestehend aus Lagegeber, Positionsregler 31-38 und elektrisch ansteuerbarem Proportional- oder Servoventil. Die Positionsregler 31-38 für die Hydraulikzylinder sind als Software in einer speicherprogrammierbaren Steuerung implementiert.

Die Istposition der Last wird entweder relativ zur Katze oder relativ zum Transportmittel von einem Sensorsystem erfasst, welches, wie z. B. in EP 0 822 158 A1 beschrieben, aus Bildverarbeitungskameras, Entfernungsmessern, Laserscannern o. ä. besteht. Es sind auch andere Meßeinrichtungen nach anderen Prinzipien möglich. Wichtig ist nur, daß die Istpositionen der Last 82-84 in Form ständig aktualisierte Zahlen in der speicherprogrammierbaren Steuerung zur Verfügung stehen, und zwar für diejenigen Freiheitsgrade, die in einem geschlossenen Regelkreis präzise ausgeregelt werden sollen. In praktischen Anwendungen sind das meistens die Freiheitsgrade x, y und phi. Das im Beispiel verwendete Sensorsystem liefert genau diese Istwerte für die x-Verschiebung 82, y- Verschiebung 83 und die Verdrehung um die Vertikalachse 84, denn diese sind für den vollautomatischen Containerumschlag die wichtigsten.

Die übrigen 3 Freiheitsgrade z, psi und rho können im angegebenen Beispiel auch gesteuert werden, es gibt jedoch für sie keine Rückkopplung von der Sensorik in diesem Beispiel. Bei Erweiterung der Sensorik, z. B. durch Lastmeßbolzen für die Seilkräfte, können aber auch diese Freiheitsgrade in geschlossenen Regelschleifen mit Rückkopplung betrieben werden.

Diese Variante wird weiter unten beschrieben. Die Steuerung der 3 sensorlosen Freiheitsgrade geschieht, indem man die Stellsollwerte 61, 65 und 66 für diese Freiheitsgrade durch eine Handsteuerung verändert. Das wird dann notwendig sein, wenn sich wegen Alterung der Seile unterschiedliche Seillängungen ergeben haben, die dann ab und zu von Hand ausgeglichen werden müssen. Mit der Handsteuerung kann dann das Lasthebemittel wieder in eine waagrechte Position gebracht werden. Wichtig ist die psi - und rho - Verstellung auch, wenn ein wegen Bodenunebenheiten schräg stehender Container aufgenommen werden soll, denn dann muß das Lastaufnahmemittel entsprechend schräg gestellt werden, oder wenn eine wegen exzentrischer Beladung schräg hängende Last gestapelt werden soll und dazu waagrecht ausgerichtet werden muß. Den Stellsollwert 61 für die Vertikalposition z wird man so vorgeben, daß die Zylinderkolben möglichst eine mittlere Position einnehmen und so nach oben und unten ausreichender Stellweg für die automatischen Regler bleibt.

Die Istwerte 82, 83, 84 der Lastposition (von den Meßkameras) werden mit den Sollwerten für die Lastposition 122, 123, 124 verglichen und die Differenz den Positionsreglern 102, 103, 104 zur Feinpositionierung vorgegeben. Deren Ausgangssignale, also die Stellgrößen der Feinpositionierung 142, 143, 144 werden durch einen Lastfaktor 163 dividiert. Der Lastfaktor wird aus dem Istwert des Lastgewichts 161 über einen Tiefpassfilter 162 gebildet und repräsentiert die träge Masse der angehängten Gesamtlast. Damit werden bei schweren, trägen Lasten die Stellglieder 1-8 weniger schnell verstellt als bei leichten, und die Selbsterregung von Schwingungen wegen zu nervösen Reglern bei schweren Lasten wird vermieden.

Zur Schwingungsdämpfung existiert für jeden geregelten Freiheitsgrad ein eigener Dämpfungsregler 112, 113, 114. Dazu wird zunächst für jeden Freiheitsgrad die Schwingungsabweichung 92, 93, 94 errechnet, indem man die von der Sensorik gemessenen Istpositionen der Last 82, 83, 84 mit den Istwerten der Seilverstellungen 72, 73, 74 vergleicht. Die Differenz gibt an, um wieviel die Last momentan gegenüber der Stellung der Seilfestpunkte ausgelenkt ist, also schwingt. Eine eigenen Sensorik zur Erfassung der Schwingungen wird in diesem Fall also nicht gebraucht. Die Schwingungsdämpfungsregler 112, 113, 114 errechnen aus den Istwerten der Schwingungsabweichungen 92, 93, 94 Dämpfungsstellsignale 152, 153, 154 für die einzelnen Freiheitsgrade, welche dann den Stellsignalen 142, 143, 144 der Feinpositionsregler 102, 103, 104 überlagert werden. Damit erhält man die Stellsollwerte für die Seilverstellungen 62, 63, 64 in den cartesischen, rechtwinkligen Raumkoordinaten für diese geregelten Freiheitsgrade. Die Dämpfungsregler 112, 113, 114 beeinflussen die Seilverstellung über die Hydraulikzylinder 1-8 derart, daß die Seilverstellungen den Schwingungsabweichungen 92, 93, 94 entgegenwirken und damit Lastpendelungen, die durch Störkräfte angeregt worden sind, sehr rasch abklingen lassen.

Auch für die übrigen 3 Freiheitsgrade sind Schwingungsdämpfungen möglich, wenn für diese Freiheitsgrade Istwerte vorliegen, die von einer Sensorik gemessen werden. Diese Variante wird weiter unten beschrieben.

Die Stellsollwerte 61-66 müssen nun in Sollpositionen 21-28 für die Stellglieder 1-8 umgerechnet werden.

Die Verstellung der Seilfestpunkte durch die Hydraulikzylinder 1-8 bewirkt eine Verstellung der an den Seilen hängenden Last, die von der Seillänge (also der Hubhöhe) und den Seilwinkeln (also der Geometrie des Seilschachtes) abhängt. Mathematisch gesehen, bedeutet das eine Koordinatentransformation vom rechtwinkligen Koordinatensystem in ein schrägwinkliges Koordinatensystem, welches durch die Seilwinkel gegeben ist: Es ist vorteilhaft, sich dazu der Matrizenrechnung zu bedienen, welche sich in modernen speicherprogrammierbaren Steuerungen sehr leicht programmieren läßt und die sehr übersichtlich ist, sobald man erst einmal die Transformationsmatrix erstellt hat. Die Koordinatentransformation mittels Matrizenrechnung hat den Vorteil, das alle Freiheitsgrade sehr anschaulich in den gewohnten rechtwinkligen Koordinaten x, y, z und phi, psi, rho geregelt und gerechnet werden können und nur bei Ausgabe der Steilsignale an die schrägen Stellglieder umgerechnet werden müssen.

Die Stellsignale 61-66 für die 6 Freiheitsgrade, die in den cartesischen Raumkoordinaten vorliegen, werden also durch Matritzenmultiplikation mit einer Transformationsmatrix in Stellkoordinaten 21-28 für die 8 hydraulischen Stellglieder 1-8 transformiert und ihnen als Sollwerte 21-28 für die Kolbenstellung vorgegeben:

v = T . u

wobei v der Spaltenvektor der 8 Stellpositionen 21-28 für die Stellglieder,
u der Spaltenvektor der 6 Stellgrössen 4146 für die 6 Freiheitsgrade,
und T die Transformationsmatrix der Dimension 8 × 6 ist.

Die Transformationsmatrix wird vom Konstrukteur aus der Geometrie des Seilschachtes, insbesondere den Seilwinkeln, bestimmt und im Speicher der SPS abgelegt. Aus der gewählten Seilführung kann man also die Elemente der Transformationsmatrix errechnen. Aus den Rollendurchmessern und Rollenabständen zu den Seilfestpunkten wird eine trigonometrische Formel abgeleitet, die angibt, um wieviel man den Seilfestpunkt in Seilrichtung verstellen muß, um unten am Lastaufnahmemittel eine bestimmte Versteilung der Last zu erhalten. Diese mathematische Funktion ist abhängig von der Hubhöhe. Im beispielhaften Seilschacht sind alle Seile symmetrisch angeordnet und haben bei jeder beliebigen Hubhöhe alle den gleichen Winkel. Damit ist der Hubhöheneinfluß für alle Seile gleich und kann aus den Elementen der Transformationsmatrix herausgezogen werden. Als Elemente der Transformationsmatrix bleiben dann höhenunabhängige Konstanten übrig.

Im allgemeinen Fall jedoch kann der Krankonstrukteur den Seilschacht im Prinzip beliebig im Rahmen der Physik auf optimale Statik, Dynamik und Wirtschaftlichkeit hin ausgelegen, ohne zunächst die spätere Steuerung berücksichtigen zu müssen, denn im Prinzip kann zu jeder beliebigen Seilführung eine Transformationsmatrix bestimmt werden. Für die hier beschriebene Steuerungsmethode muss also die Seilführung nicht unbedingt so wie im gezeigten Beispiel sein, sondern sie kann beliebig sein, d. h. also, auch die "trapezoiden" Seilführungen von EP 0 865 406 A1, oder die "prismen- quader- oder pyramidenstumpfförmigen" Seilführungen von DE 195 21 066.2 oder sonst eine günstige Seilführung. Eine symetrische Anordnung der Seile hat zwar den Vorteil, daß die Matrix zur Koordinatentransformation sehr einfach wird, sie ist aber nicht zwingend notwendig.

Da sich also die Seilwinkel und damit die Wirkungsrichtung der Stellglieder mit der Hubhöhe ändern, wird in die Stellsignale 61-66 ein Höheneinflußfaktor 166 eingerechnet, welcher sich wiederum als Funktion der aktuellen Hubhöhe 164 errechnen läßt, die von den Drehgebern an den Seiltrommeln hergeleitet wird. Damit erhält man die Sollverstellungen für die Zylinder 41-46 in cartesischen Koordinaten. Diese werden, wie angegeben, über eine Koordinatentransformation 170 mit Matritzenrechnung in die Positionssollwerte 21-28 für die Stellglieder umgerechnet.

Die Istwerte der Zylinderpositionen 11-18, also der Seilverstellungen, werden über eine Koordinatenrücktransformation 171 in cartesische Koordinaten zurückgerechnet. Die Matrix R zur Rücktransformation kann ebenfalls aus der Geometrie der Seilführung bestimmt werden.

Die Pendelsollwerte 132, 133, 134 können dazu dienen, durch Störgrößenaufschaltung der Beschleunigungen von Katz- oder Kranfahrwerk, die man den Antriebsreglern entnehmen kann, die Pendelauslenkung so vorzusteuern, daß die Anfangsauslenkung der Pendelung bei Beschleunigungen minimal bleibt. Alle Regler und die Koordinatentransformation sind als Software in einer üblichen speicherprogrammierbaren Steuerung implementiert. Die Regelung erfolgt quasi­ kontinuierlich mit einer Zykluszeit im Bereich zwischen 20 und 200 msec.

Eine weitere vorteilhafte Variante des Lasthebesystems ergibt sich, wenn die einzelnen Seilkräfte z. B. durch Lastmeßbolzen gemessen werden und als Istwerte vorliegen. Diese können dann ebenfalls rücktransformiert und auf auf die Regler rückgekoppelt werden. Dann kann die Pendelung der übrigen 3 Freiheitsgrade (z, psi, rho) ebenfalls gedämpft werden, so daß alle 6 Freiheitsgrade eine Pendeldämpfung haben. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß Schwingungen des Krantragwerkes und der Laufkatze, die über die Seile auf die Last übertragen werden, ebenfalls von den Lastmeßbolzen erfaßt und dann von den Reglern gedämpft werden. (Fig. 3)

Zusätzliche Vorteile ergeben sich bei einer weiteren Variante, bei der aus den Kraftistwerten und den bekannten Seilelastizitäten die aktuellen Seildehnungen berechnet werden. Sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Feinpositionierung nicht übermäßig groß, so kann auf Kamerasysteme zur Erfassung der Lastposition ganz verzichtet werden. Die Lastposition wird dann für jeden Freiheitsgrad aus der Summe von rücktransformierter Seildehnung und rücktransformierten Istwerten der Seilverstellung gebildet. Als einzige Sensoren für eine Pendeldämpfung und Feinpositionierung sind dann nur die gegenüber Kameras sehr robusten Lastmeßbolzen in jedem Seil notwendig. Da die Seilelastizitäten einem Alterungsprozeß unterworfen sind, ist es dann notwendig, ab und zu die Seilelastizitäten neu zu bestimmen und in der Steuerungssoftware abzuspeichern. Dies geschieht durch ein "Automatisches Eichen" des Seilschachtes, in dem das Lastaufnahmemittel waagrecht an festen Referenzpunkten befestigt wird und die Zylinderkraft über eine Kraftregelung gleichmäßig erhöht wird. Die Zylinderstellwege und die zugehörigen Kraftistwerte werden abgespeichert, so daß dann die neuen Seilkennlinien und Seilelastizitäten in der SPS vorliegen.

Mit solchen Lasthebesystemen, wie hier in 3 Varianten gezeigt, ist eine präzise und schnelle Feinpositionierung und Pendeldämpfung der Last in allen Bewegungsrichtungen (6 Freiheitsgrade) und somit ein erheblich verbesserter vollautomatischer Lastumschlag möglich.

Bezugszeichenliste

1

Hydraulikzylinder

1

mit Proportionalventil und Weggeber

2

Hydraulikzylinder

2

mit Proportionalventil und Weggeber

3

Hydraulikzylinder

3

mit Proportionalventil und Weggeber

4

Hydraulikzylinder

4

mit Proportionalventil und Weggeber

5

Hydraulikzylinder

5

mit Proportionalventil und Weggeber

6

Hydraulikzylinder

6

mit Proportionalventil und Weggeber

7

Hydraulikzylinder

7

mit Proportionalventil und Weggeber

8

Hydraulikzylinder

8

mit Proportionalventil und Weggeber

9

Lastaufnahmemittel

10

Laufkatze

11

Kolbenposition - Istwert Zylinder

1

12

Kolbenposition - Istwert Zylinder

2

13

Kolbenposition - Istwert Zylinder

3

14

Kolbenposition - Istwert Zylinder

4

15

Kolbenposition - Istwert Zylinder

5

16

Kolbenposition - Istwert Zylinder

6

17

Kolbenposition - Istwert Zylinder

7

18

Kolbenposition - Istwert Zylinder

8

21

Sollposition Zylinder

1

22

Sollposition Zylinder

2

23

Sollposition Zylinder

3

24

Sollposition Zylinder

4

25

Sollposition Zylinder

5

26

Sollposition Zylinder

6

27

Sollposition Zylinder

7

28

Sollposition Zylinder

8

31

Positionsregler Zylinder

1

32

Positionsregler Zylinder

2

33

Positionsregler Zylinder

3

34

Positionsregler Zylinder

4

35

Positionsregler Zylinder

5

36

Positionsregler Zylinder

6

37

Positionsregler Zylinder

7

38

Positionsregler Zylinder

8

41

Soll-Verstellung der Zylinder in z-Richtung

42

Soll-Verstellung der Zylinder in x-Richtung

43

Soll-Verstellung der Zylinder in y-Richtung

44

Soll-Verstellung der Zylinder in phi-Richtung

45

Soll-Verstellung der Zylinder in psi-Richtung

46

Soll-Verstellung der Zylinder in rho-Richtung

51

Ist-Verstellung der Zylinder in z-Richtung

52

Ist-Verstellung der Zylinder in x-Richtung

53

Ist-Verstellung der Zylinder in y-Richtung

54

Ist-Verstellung der Zylinder in phi-Richtung

55

Ist-Verstellung der Zylinder in psi-Richtung

56

Ist-Verstellung der Zylinder in rho-Richtung

61

Soll-Verstellung der Last in z-Richtung

62

Soll-Verstellung der Last in x-Richtung

63

Soll-Verstellung der Last in y-Richtung

64

Soll-Verstellung der Last in phi-Richtung

65

Soll-Verstellung der Last in psi-Richtung

66

Soll-Verstellung der Last in rho-Richtung

71

Ist-Verstellung der Last in z-Richtung

72

Ist-Verstellung der Last in x-Richtung

73

Ist-Verstellung der Last in y-Richtung

74

Ist-Verstellung der Last in phi-Richtung

75

Ist-Verstellung der Last in psi-Richtung

76

Ist-Verstellung der Last in rho-Richtung

81

Last

82

Lastposition x (Istwert von Kameras)

83

Lastposition y (Istwert von Kameras)

84

Lastposition phi (Istwert von Kameras)

91

92

Pendelabweichung in Richtung x

93

Pendelabweichung in Richtung y

94

Pendelabweichung in Richtung phi

101

102

Positionsregler für x-Richtung

103

Positionsregler für y-Richtung

104

Positionsregler für phi-Richtung

111

112

Pendeldämpfungsregler für x-Richtung

113

Pendeldämpfungsregler für y-Richtung

114

Pendeldämpfungsregler für phi-Richtung

121

122

Sollposition x

123

Sollposition y

124

Sollposition phi

131

Pendel-Sollwert in z-Richtung

132

Pendel-Sollwert in x-Richtung

133

Pendel-Sollwert in y-Richtung

134

Pendel-Sollwert in phi-Richtung

135

Pendel-Sollwert in psi-Richtung

136

Pendel-Sollwert in rho-Richtung

141

142

Positionierverstellung x

143

Positionierverstellung y

144

Positionierverstellung phi

151

Dämpfungsverstellung z

152

Dämpfungsverstellung x

153

Dämpfungsverstellung y

154

Dämpfungsverstellung phi

155

Dämpfungsverstellung psi

156

Dämpfungsverstellung rho

161

Gesamtgewicht von Lastmessung

162

Tiefpassfilter (P-T1-Verzögerung)

163

Massenträgheitsfaktor

164

Hubhöhen-Istwert (von Gebern an den Seiltrommeln)

165

Kennlinie Hubhöheneinfluß

166

Hubhöheneinflußfaktor

167

Multiplizierer

168

Dividierer

170

Koordinatentransformation von rechtwinkligen in schrägwinklige Koordinaten

171

Koordinaten-Rücktransformation von schrägwinkligen in rechtwinklige Koor­ dinaten

201

Seilkraftmesseinrichtung Seil

1

202

Seilkraftmesseinrichtung Seil

2

203

Seilkraftmesseinrichtung Seil

3

204

Seilkraftmesseinrichtung Seil

4

205

Seilkraftmesseinrichtung Seil

5

206

Seilkraftmesseinrichtung Seil

6

207

Seilkraftmesseinrichtung Seil

7

208

Seilkraftmesseinrichtung Seil

8

211

Seilkraftistwert Seil

1

212

Seilkraftistwert Seil

2

213

Seilkraftistwert Seil

3

214

Seilkraftistwert Seil

4

215

Seilkraftistwert Seil

5

216

Seilkraftistwert Seil

6

217

Seilkraftistwert Seil

7

218

Seilkraftistwert Seil

8

221

Kraftistwert z

222

Kraftistwert x

223

Kraftistwert y

224

Drehmoment-Istwert phi

225

Drehmoment-Istwert psi

226

Drehmoment-Istwert rho

231

Kraftistwert z (höhenkorrigiert)

232

Kraftistwert x (höhenkorrigiert)

233

Kraftistwert y (höhenkorrigiert)

234

Drehmoment-Istwert phi (höhenkorrigiert)

235

Drehmoment-Istwert psi (höhenkorrigiert)

236

Drehmoment-Istwert rho (höhenkorrigiert)

241

Kraftsollwert z

242

Kraftsollwert x

243

Kraftsollwert y

244

Drehmoment-Sollwert phi

245

Drehmoment-Sollwert psi

246

Drehmoment-Sollwert rho

251

Hubseile

1-8

Claims (10)

1. Lasthebesystem zur Positionierung und aktiven Schwingungsdämpfung pendelfrei zu führender Lasten (81) beim Stapeln von Behältern, bei dem mehrere Lasthebemittel zusammenwirken, deren Seile (251) an unterschiedlichen Angriffspunkten und in unterschiedlichen Richtungen an einer Last (81) oder einem Lasthebemittel (9) angreifen und deren Seile über Stellglieder (1 bis 8) verstellt werden können, mit mindestens einer Sensorik zur Lageerkennung der Last und einem Regelsystem, welches eine Lageabweichung der Last (81) durch kontinuierliches Nachstellen der Stellglieder (1 bis 8) entgegen der Störkräfte ausregelt, wobei für jeden verstellbaren Freiheitsgrad der sechs Freiheitsgrade jeweils ein eigenes Regelsystem und ein Regler (102, 103, 104) zur Feinpositionierung der Last (81) vorhanden ist und die Steilglieder (1 bis 8) an den Hubseilen (251) angreifen.

2. Lasthebesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein für jeden verstellbaren Freinheitsgard eigener Regler (112, 113, 114) zur Schwingungsdämpfungdämpfung der Last (81) angeordnet ist.

3. Lasthebesystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasthebemittel, Seilhubwerke oder Flaschenzüge mit schräg verspannten Hubseilen (251) darstellen, so dass Hilfsseile entfallen können.

4. Lasthebesystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem als Software-Regler in einer speicherprogrammierba­ ren Steuerung oder in einem Rechner implementiert sind.

5. Lasthebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass alle Stellglieder (1 bis 8) elektrisch pneumatisch oder hydraulisch verstellbare Kolben oder Stangen oder motorgetriebene Trommeln darstellen.

6. Lasthebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Stellglieder (1 bis 8) an, über Umlenkrollen zurückge­ führten, Seilenden angreifen.

7. Lasthebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als Sensorik zur Lageerkennung der Last (81) und damit zur Erzeugung der ISTwerte (82, 83, 84) der Lastposition für die Regler (102, 103, 104) eine Bilderkennungseinrichtung mit Kameras angeordnet ist.

8. Lasthebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als Sensorik zur Schwingungserkennung der Last (81) Lastmesseinrichtungen zur Messung der einzelnen Seilkräfte angeordnet sind, die auf das Regelsystem rückgekoppelt sind.

9. Lasthebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Lastposition aus den einzelnen Seilkräften und den be­ kannten Seilelastizitäten errechnet wird.

10. Lasthebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass Seilelastizitäten oder Seilkennlinien bei einem automatischen Eichablauf bestimmt und gespeichert werden.