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Einrichtung zur iastmomentbegrenzung Die Erfindung bezieht sicht auf
eine Einrichtung zur Lastmomentbegrenzung für einen Kran mit einem längenveränderbaren
und in der Neigung verstellbaren Ausleger0 Bei bisher bekannten Einrichtungen dieser
Art ist es erforderlich, daß nicht nur mehrere ermittelte Meßgrößen (zOBO Auslegerlänge,
Neigungswinkel des Auslegers, Stützkraft an einem oder mehreren Stützpunkten des
Kranes, Zustand der Abstützung des Kranes nur auf den Rädern oder auf Stützen) zum
Vergleich mit Sollwerten verarbeitet werden, sondern es muß.
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außerdem das Sollwert-Signal über dem gesamten Ausladungsbereich im
Sinne der jeweiligen Funktion des Kranes geändert werden. Das bedingt wegen der
großen Zahl der zu berücksichtigenden Funktionsglieder einen großen baulichen Aufwand
und dementsprechend hohe Kosten sowie eine Summierung der Fehler und somit eine
Erschwernis hinsichtlich der Erzielung hoher Genauigkeit.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige
und genaue Lastmomentbegren zung Tftit geringstem Aufwand zu erreichens Die Erfindung
ist in erster Linie gekennzeichnet durch:
Ein erstes Meßglied zum
Erfassen jeweils einer von der Standsicherheit des Kranes abhängigen Kraft als Ist-Wert,
einen Speicher für ein unabhängig von der Ausladung konstantes Signal als Soll-Wert,
eink zweites Meßglied zum Erfassen jeweils der Auslegerlänge, ein Umschaltgerät,
das jeweils das aus dem Speicher kommende Signal nach Maßgabe der vom zweiten Meßglied
erfaßten Auslegerlänge ändert, ein Kompensationsglied, das in Abhängigkeit von dem
jeweiligen Neigungswinkel des Auslegers die im ersten Meßglied erfaßte Kraft oder
das Signal so wandelt, daßin einem Vergleichsgerät die Werte, die aus der Kraft
und dem vom Umschaltgerät geänderten Signal abgeleitet sind, sofern bei dem jeweiligen
Betriebszustand des Kranes die höchstzulässige Tragkraft erreicht ist, einen Impuls
zur Betätigung einer Sicherheitseinrichtung auslösen.
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Hierdurch wird wegen der Bezugnahme auf das von der Ausladung unabhängige
Signal erreicht, daß mit verhältnismäßig wenigen Funktionsgliedern eine zuverlässige
Lastmomentbegrenzung erzielt wird, wofür man durch eine geeignete Anordnung des
ersten Meßgliedes ohne weiteres die Voraussetzung geben kann0 Insbesondere ist es
nicht mehr notwendig, in dem den Soll-Wert liefernden Speicher Tragkraftkurven für
die verschiedenen Auslegerlängen als Parameter zu speichern.
Doch
läßt sich erforderlichenfalls in dem Kompensationsglied in einfacher Weise die jeweilige
Auslegerlänge als Korrekturwert berücksichtigen.
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Die oben gekennzeichnete Einrichtung kann grundsätzlich über der gesamten
Ausleger-Ausladung wirksam seinO Doch wird man es u.U. vorziehen, daß für den Bereich
kleiner Ausladung, in welchem für die zulässige Tragkraft nicht die Standfestigkeit
des Kranes, sondern die Belastbarkeit der Lastaufnahmemittel und der Teleskopier-Mittel
maßgegend ist, ein drittes Meßglied zum Erfassen der jeweiligen Last und ein weiteres
Vergleichsgerät vorgesehen werden, in welch letzterem jeweils nach Maßgabe der von
dem zweiten Meßglied gelieferten Auslegerlänge ein Soll-Wert für die höchstzulässige
Last mit dem vom dritten Meßglied gelieferten Wert verglichen wird und von welchem
beim Erreichen der höchstzulässigen Last unabhängig von dem ersten Vergleichsgerät
ein Impuls zur Betätigung einer Sicdrheitseinrichtung ausgelöst wird Bei einem Drehkran
wird das erste Meßglied zum Erfassen der von der Standsicherheit des Kranes abhängigen
Kraft vorzugsweise an den drehbaren Oberbau des Kranes angebracht, welches Meßglied
z.B.
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ein Dehnungsmeßstreifen, auf die Verformung dieses Oberbaues unter
der Belastung bei dem jeweiligen Betriebszustand des Kranes anspricht. Dieses Meßglied
kann an dem Oberbau nahe oberhalb des diesen tragenden Drehkreanzes und insbesondere
möglichst nahe der durch die Mittellinie des Auslegers gelegten lotrechten Ebene
angeordnet seine
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
sei anhand der Zeichnung erläutert.
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Fig0 1 der Zeichnung zeigt einen Autokran in Ansichto Fig. 2 zeigt
Tragkraftkurven über der Ausladung des Auslegers des Autokranes bei verschiedenen
Betriebszuständen, Die Fig. 3 und 4 sind Schaubilder, welche den Verlauf der Tragfähigkeit
bei einem bestimmten Betriebszustans des Kranes bzw. einer Meßgröße und des Soll-Wertesüber
der Ausladung des Auslegers veranschaulichenD Fig. 5 ist ein Block-Schaltbild der
LastmomentbegrenzungO zung0 In Fig. 1 und 2 sind für den Autokran die folgenden
Bezugszahlen verwendet worden: 1 für das Fahrgestell, 2 für die Räder, 3 für Stützen,
die seitwärts bzw. nach hinten vom Fahrgestell ausgefahren sind, 4 der Kugeldrehkranz
mit seiner loftrechten Achse 5, 6 ein auf dem Kugeldrehkranz 4 unmittelbar gelagerter
starrer Zylinder des Kran-Oberbaues, 7 für die Plattform des Kranoberbaues, 8 für
den auf der Plattform 7 stehenden Stützbock mit den gegenüber der Achse 5 versetzten
Lagern 9 des Auslegers, 1o für den Grundausleger, 11, 12, 13 für ein- und ausschiebbare
Teile des Teleskopauslegers, 14 für den Lasthaken, 15 für ein hydraulisches
Wippwerk,
16 für das Hubwerk und (nur in Fig. 2) 17 für ein auf den Teleskopteil 13 aufzusetzXendes
Verlängerungsstück des Auslegers0 In Fig. 1 ist bei der dargestellten Lage des Auslegrs
dessen Ausladung mit Bezug auf die Achse 5 mit A bezeichnet0 In Fig0 2 smnd über
der Auslading A die Tragkraftkurven T1 bis T6 aufgetragen0 Die Kurven T1 bis T5
gelten für den Fall, daß der Kran in der Aus Fig. * 1 und 2 ersichtlichen Weise
mittels der Stützen 3 abgestützt ist, während die Kurve T6 den P*ll betrifft, daß
der Kran nur auf den Rädern 2 abgestützt ist und trotzdem der Kran-Oberbau rundum
gedreht werden kann. Die Kurve T1 gibt den Verlauf der zulässigen Tragkraft wieder,
wenn die Auslegerteile 11, 12, 13 völlig eingefahren sind und das Verlängerungsstück
17 nicht vorhanden ist. Die Kurven T2, T3, T4 und T5 gelten, wenn nacheinander die
Auslegerteile 11, 12, 13 ausgefahren sind, bzw. schließlich das Verlängerungsstück
17 aufgesetzt ist. Die entsprechenden Betriebszustände des Auslegers in seiner steilsten
Lage, wenn der Neigungswinkel (Fig. 1) den größten Wert hat, sind mit I, II, III,
IV bzw. V bezeichnet worden. Die entsprechenden Betriebszustände des soweit wie
möglich abgesenkten Auslegers sind mit I', II' bzw. III' bezeichnet0 Die Kurven
T6 gilt für den Fall, daß der Ausleger gemäß den Zuständen I I' die geringste Länge
hat.
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Jede Tragkurve besteht aus drei Ästen. Der der kleinsten Ausladung
zugeordneten Ast w T 1, T21, T31, T41, T51, T61 ~ gilt in erster Linie für die Beschränkung
der Tragkraft im Hinblick auf die zulässige
Beanspruchung der Lastaufnahmemittel
und der DeleskopiermittelO Der anschließende Ast - zOB.
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T12 ~ zeigt an, wie die höchstzulässige Tragkraft in dem anschließenden
Ausladungsbereich unter Berücksichtigung der Festigkeit des Auslegers abnimmt. Der
Zweig - z,B. T13 - jeder Tragkraftkurve in den Bereichen der großen Ausladung zeigt,
wie die höchstzulässige Tragkraft im Hinblick auf die Standsicherheit des Kranes
verläuft. Die beiden ersten Äste jeder Tragkraftkurve - z.B. T11 und T12 -liegen
umso höher, je kürzer der Ausleger isto Doch überschneiden sich die Tragkraftkurven
für verschiedene Auslegerlängen bei zunehmender Ausladung, da in den Bereichen großer
Ausladung der durch die Standsicherheit des Kranes bedingte Ast - zeBo 223 T umso
tiefer liegt, je kürzer der Ausleger isto Dies liegt an dem verschiedenartigen Einfluß
des Eigengewichtes des Auslegers je nach dem, ob eine bestimmte Ausladung mit einem
mehr oder weniger weit ausgefahrenen Ausleger erzielt wird0 Die Lastmomentbegrenzungs-
Einrichtung ist so eingerichtet, daß immer dann, wenn einer der Bebiebszustände
I, II, III, IV, V durch Änderungen der Auslegerlänge verlassen wird, schlagartig
auf diejenige Traglastkurve umgeschaltet wird, die bei der jeweiligen Ausladung
und bei dem neuen Betriebszustand die entsprechende Tragkraft zuläßt.
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Zur Erläuterung der Lastmomentbegrenzungs-Einrichtung ist für das
Schaubild nach Fig. 3 eine der Tragkraftkurven a, b, c herausgegriffen, die für
eine bestimmte Ausleger-Länge 1 gilt. Diese Kurve hat in dem Bereich O bis Ab einen
waagerechten Ast a-b, für den in erster Linie die Beanspruchung der
Lastaufnahmemittel
und der Teleskopiermittel maßgebend isto Hieran schließt sich für die Ausladung
Ab bis Ac ein hyperbolischer Ast b-c an, der die Tragfähigkeit im Hinblick vor allem
auf die Standerheilt des Kranes wiedergibt0 Zur Ermittlung der Ist-Werte, die in
der Lastmomentbegrenzungs-Einrichtung mit Soll-Werten verglichen werden sollen,
dienen Dehnungsmeßstreifen 18 (Figol die eingangs ganz allgemein als erstes Meßglied
bezeichnet worden sind. Die Dehnungsmeßstreifen 18 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
an dem starren Zylinder 6 des Kran-Oberbaues nahe über dem Kugeldrehkrnaz 4 angebracht,
und zwar symmetrisch zu der durch die Mittellinie des Auslegers und durch die lotrechte
Achse 5 gelegten Ebene, auf der von dem Stützbock abgewandten Seite des Zylinders
60 Naturgemäß können die Dehnungm8reifen a;uch auf der gegenüberliegenden Seite
des Zylinders 6 oder an beiden einander gegenüberliegenden Stellen dieses Zylinders
angeordnet werden0 In bekannter Weise verwendet man zur Temperaturkompensation mindestens
zwei Dehnungsmeßstreifen in einer Brückenschaltung und einer solchen Anordnung,
daß bei TemperaturverEnderungen keine Spannungs differenzen auftreten.
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Die Dehnungsmeßstreifen 18 sprechen auf die Verformungen des Zylinders
6 unter dem Einfluß der an dem Kranhaken 14 hängenden Last sowie des Eigengewichtes
des Auslegers und der Lastaufnahmemittel an.
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Statt der Dehnungsmeßstreifen 18 können auch irgendwelche anderen
Meßglieder verwendet werden, die auf die Beanspruchung eines Kranbauteiles durch
die Belastung
des Kranes ansprechen0 In dem Block-Schaltbild nach
Fig. 5 ist das z.B. durch die Dehnungsmeßstreifen 18 gebildete erste Meßglied mit
19 bezeichnet.
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Die von den Dehnungsmeßstreifen - in Form von elektrischen Spannungen
- wiedergegebenen Meßgrößen sind in Fig, 4 für den Fall, daß sie der zulässigen
Tragkraft nach der Gruppe a, b, c nach Fig. 3 entsprechen als eine Grenz-Linie ABC
über der Ausladung A aufgetragen. Diese Kurve steigt zwischen der Ausladung 0 und
Ab geradlinig von dem Punkt A bis zum Punkt B an, Von da an fällt die Kurve bis
ur Ausladung Ac hyperbolisch ab und erreicht den Punkt C.
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Wesentlich für die Erfindung ist es nun, daß in einem Speicher, der
in Fig. 5 mit 20 bezeichnet ist, ein über der Ausladung konstanter Soll-Wert vorgegeben
ist. Der Speicher 20 liefert ein somit konstantes Signal zu einem Umschalter 21,
in den die jeweilige Auslegerlänge 1 getragen wird. Diese wird in irgendeiner bekannten
Weise ermittelt, z.BO mittels eines Seiles, dessen eines Ende an der Auslegerspitze
befestigt und dessen anderes Ende um eine unter Pederspannung stehende Trommel gewickelt
ist, deren Drehungen beim Verlängern und Verkürzen des Auslegers gemessen wird0
Eine entsprechende Vorrichtung ist eingangs als zweite Meßglied und in dem Block-Schaltbild
nach Fig. 5 mit 22 bezeichnet0 In dem Umschalter 21 wird das von dem Speicher 20
gelieferte Signal je nach der von dem zweiten Meßglied 22 gelieferten Auslegerlänge
gewandelt0 Demgemäß liefert der Umschalter an ein Vergleichsgerät 23 einüber der
Ausladung konstantes Signal, das in Fig.4
für diejenige Auslegerlänge,
die der Kurve a-b-c in Fig. 3 zugrundegelegt ist, eine durch den Punkt C gehende
waagerechte Linie A'B'C wiedergegeben ist.
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Damit in dem Vergleichsgerät 23 der richtige Ist-Wert/Soll-Wert Vergleich
erfolgen kann, werden die vom ersten Meßglied 19 ermittelten Meßgrößen durch ein
Kompensationsglied 24 in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel dU des Auslegers so
umgewandelt, daß die Ordinaten der Kurve A-B-C in Fig. 4, die für den Fall der höchszulässigen
Tragkraft gilt, für jeden einzelnen Wert der Ausladung A auf den konstanten Wert
der Linie A'-B1- herabgesetzt werden. Man erhält also für den Fall, daß die tatsächliche
Belastung des Kranes die zulässige Tragkraft erreicht, einen über der Ausladung
konstantIentRert, der sich mit dem Soll-Wert der Linie A'-B'-O deckt. In diesem
Fall wird in den Vergleichsgerät 23, in das der mittels noppe im ersten Meßglied
19 umgewandelten und in einem Verstärker 25 verstärkte Ist-Wert eingeführt wird,
ein Impuls angelöst, der über einen Schaltautomaten 26 einen Schalter 27 zur Auslösung
der Sicherheitseinrichtung betätigt. Hierdurch wird dasjenige Krantriebswerk ausgeschaltet,
z.B. das Hubwerk 16, das Wippwerk 15 und/oder der Teleskopierantrieb, das bei weiterem
Betrieb die Standsicherheit des Kranes aufheben würden.
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Solange die Meßgrößen, die durch das Kompensationsglied 24 gewandelt
und durch den Verstärker 25 verstärke sind, niedriger liegen als die Linien A-B'-O
in Fig. 4, wird die Sicherheitseinrichtung nicht betätig. Wenn die Auslegerlänge
1 größer oder kleiner ist, als es in dem beschriebenen Pall angenommen waN
liegt
das über der Ausladung konstante Soll-Wert-Signal höher oder tiefer, d.h. es ist
für Fig. 4 eine waagerechte Soll-Wert-Gerade maßgebend, die höher oder tiefer liegt
als die Linie A'-B'-C0 Wenn man aus dem Diagramm nach Fig. 4 rückwärts ermittelt,
welche Tragkraft-Kurve der waagerechten Geraden A'-St-O in Figo 4 entspricht, erhält
man in Fig. 3 die gestrichelte Linie a'-b'-cO Man hat es in der Hand, die Dehnungsmeßstreifen
18 od. dglo so anzuordnen, daß die Linien a'-b'-c wenigstens in dem Bereich zwischen
den Ausladungen Ab und Ac nur geringfügig von der Kurve der zulässigen Tragkraft
bc abweicht. Wegen dieser geringen Abweichung wird das Kompensationsglied 24 einfach.
Es genügt u.U. eine Ausführung des Kompensationsgliedes 24 mit einem einfachen Potentiometer
in Parallelschaltung mit festen Widerständen, wodurch eine Kompensierung nach Hyperbel-Verlauf
erzielt wird0 In Fig. 5 ist vorgesehen, daß das Kompensationsglied 24 durch die
von dem zweiten Meßglied 22 ermittelte Auslegerlänge 1 beeinflußt wird0 Das kann
aber u.U. entfallen, wenn bei entsprechend günstiger Anordnung der Dehnungsstreifen
18 odO dglo der Einfluß der Auslegerlänge auf das Kompensationsglied 24 praktisch
vernachlässigt werden kann.
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In dem Block-Schaltbild nach Fig. 5 ist ferner vorgesehen, daß in
dem Bereich kleiner Ausladungen bis zum Wert Ab die Sicherheitseinrichtung nicht
von dem Vergleichsgerät 23 aufgrund der von dem Dehnungsmeßstreifen 18 od. dgl.
ermittelten Meßgrößen ausgelöst wird, sondern durch einen Maximallastgeber 2) In
diesem wird eine der Kranlast entsprechende Meßgröße
T eingegeben,
die beispielsweise von der Stromstärke in dem Motor des Hubwerkes 16 abgeleitet
wird. Diese Meßgröße wird in einem zweiten Vergleichsgerät 34 ion den die, von dem
zweiten Meßglied 22 eingeleitete Auslegerlänge 1 eingegeben wird, mit den im Vergleichsgerät
30 gespeicherten Soll-Werten der zulässigen Tragkraft verglichen, die je nach Auslegerlänge
z,B. den Werten T 21' 31' T31, T41' T51, 61 entsprechen0 Wenn die von dem Maximallastgeber
29 ermittelten Meßgrößen die betrefEnden Soll-Werte erreichen, liefert das Vergleichsgerät
30 einen Impuls an eine Schaltautomation 31, die einen Schalter 32 zur Auslösung
der Sieherheitseinrichtung betätigt. In diesem Fall ist also nur der Teil B'C der
Soll-Wert-Linie in Fig04 für die Auslösung der Sicherheitseinrichtung durch das
Vergleichsgerät 23 maßgebend.
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Es ist auch möglich, daß das KomXpensationsglied 24 nicht die vom
ersten Meßglied 19 ermittelten Meßgrößen kompensiert, sondern den im Speicher 20
befindlichen konstanten Wert, wie es in den Block-Schalt-Bild nach Fig. 5 durch
die strichpunktierte Linie zwischen den Blöcken 24 und 20 angedeutet ist. In diesem
Fall würde das konstante Signal nach der waagerechten Geraden A'-B'-C in Figo 4
umgewandelt werden in die Linie A-B-C und mit dieser Linie, die nach Maßgabe der
in dem Umschalter 21 eingetragenen Auslegerlänge 1 gehoben oder gesenkt würde, würde
in dem Vergleichsgerät,23 die Ist-Wert-Kurve verglichen werden, die sich aus dem
ersten Meßglied 19 über den Verstärker 25 ergibt Wenn jeweils bei einer Ausladung
die Ordinate der letzteren Kurve die Ordinate der Linie A-B-C erreicht, liefert
das Vergleichsgerät 23 den Impuls zur Betätigung der Sicherheitseinrichtung. Auch
in diesem Fall wird eine Vereinfachung
gegenüber bisherigen Lastmomentbegrenzungs-Einrichtungen
erzielt, bei denen verschiedene Kurven für die Soll-Werte gespeichert werden.
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