DE2230142A1

DE2230142A1 - Vorrichtung zum anzeigen der hoechstzulaessigen last fuer einen kran

Info

Publication number: DE2230142A1
Application number: DE2230142A
Authority: DE
Inventors: Bernard David Franci Hutchings
Original assignee: Pye Ltd
Current assignee: Pye Electronic Products Ltd
Priority date: 1971-06-25
Filing date: 1972-06-21
Publication date: 1973-01-11
Also published as: GB1358871A; JPS5538613B1; US3870160A

Description

PP.1105 Va/FP

r. Herbert Sehol« 2 2 3 0 1 A 2

Pctcntint/slt

AkfeNo.; PP₁ 1103

Anmeldung voini 20. Juni 1972

PIE Limited St. Andrews Road Cambridge England

"Vorrichtung zum Anzeigen der höchstzulässigen Last für einen Kran."

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belastungsanzeigevorrichtung zur Anwendung bei Kränen, Hebeböcken und anderen Hebeeinrichtungen mit einen gelenkigen Ausleger, der mit Hilfe eines hydraulischen Stossels oder einer anderen Auslegers fitzvorrichtung geschwenkt werden kann.

Ein Kran dieser Art v/eist einen Ausleger mit einer

Anzahl telo3lcopischür Teile auf, von denen der unterste gelenkig mit einem Sockel verbunden ist, damit eine Schwenkbewegung mit Hilfe eines hydraulischen Gtöasels vollführt werden kann, welcher Stös3el auch gelenkig mit einem Ende mit dem Sockel verbunden ist, während sein andere ι Ende gelenkig mit einem Punkt auf dem unter«ton Teil verbunden iot, rlfjrarl, d-isa der Ausleger unter einem Winkel (dem Schwenkwinkel) zu rior fin abgestützt wird, der durch das Mass, in dom der Stösael

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nalerweise ub<

ausgeschoben ist, bestimmt wird. Der Sockel kann normalerweise über einen ganzen Kreis oder einen Teil eine3 Kreises u;a eine senkrechte Achse schwenken. Statt von einem hydraulischen Stösael kann der Ausleger auch von einemWindensell abgestützt werden, daa am Aussenende dea Auslegers befestigt ist und zum Schwenken des Auslegers auf- und abgewickelt werden kann. In diesem Falle ist der Ausleger meistens nicht teleskopisch.

In der Auegangsbetriebslage des Kranes wird eine

Last von einem Hebeseil abgestützt, das über eine Leitrolle am Aussenende daß Auslegers geführt wird. Der Kran kann Lasten heben, die innerhalb eines Bereiches von Radien liegen, die von seinem Schwenkmittelpunkt an gemessen werden.

Im allgemeinen kann, wenn der Ausleger teleskopisch iat, jede beliebige aus vielen Kombinationen von Auslegerlänge und Schwenkwinkel benutzt werden, um die Leitrolle senkrecht oberhalb einer Last zu bringen, die sich in einem gewissen Radius von dem Schwenkmittelpunkt befindet. Bei einem nichtteleskopischen Ausleger können nur verschiedene Radien erhalten werden, wenn der Schwenkwinkel geändert wird.

Die höchstzulässige Last bei einem gegebenen Radius

i3tabhängig V.d.Krankonetruktion.Der Kranhersteller gibt eine Kurve oder Tabelle^in der die hochstzulässige Last für jeden Rauiuswert angegeben ist. Bei einem teleskopinchon Ausleger ist in dieser Kurve oder

Tabelle, auch die höchstzulässige Last als Funktion·der Auslegerlänge ' für jeden Radiuawert angegeben, weil sich die hochstzulässige Last mit der Auslegerlänge ändern wird.

Zur Behandlung verhältnisraässig leichter Lasten wird in der Praxis ein Ansatz oder Schwurigarm am Ende des Aussenteiles des

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luslegere befestigt und wird das liebeseil über eine Leitrolle' am Aussehende des SchwUiifiarm.es geführt. Dadurch kann der Kran Lasten bei einem

grösseren Radius als bein Betrieb In der AUBgangS^erreichen. Im aufläge

gemeinen ist das Gewicht des Schwungarmes im Vergleich zu dem des Auslegers vei^hältnismSssig gering, so dass der Ausleger jede von dem Schvungarm auf ihn übertragene Belastung aushalten kann, ungeachtet seiner Länge (im Falle eines teleskopischen Auslegers) und seines Scbwenkwinkels. Die höchstzulässige Last bei Anwendung eines Schwungarmeß ist also eine Funktion des Entwurfes des Schwungarmes und ändert sich mit dem Winkel, den der Schwungarm mit der Waagerechten einschüeestÄ Da der Schwungarm unter einem festen Winkel zu der Achse des Auslegers angeordnet ist, ist die höchstzulässige Last bei Anwendung eines Schwungarmes von dem Auslegerschwenkwinkel abhängig. Der Kranhersteller gibt auch eine Kurve oder Tabelle, in der die höchstzulässige Last bei Anwendung eines Schwungarme3 als Funktion des Schwenkwinkels angegeben ist.

Die Erfindung bezweckt, für einen Kran oder eine andere Hebeeinrichtung der erwähnten Art eine Vorrichtung zum Anzeigen der höchstzulässigen Last zu schaffen, die die von den Kran abgestützte Istlast in bezug auf die höchstzulässige Last anzeigt und die ein Warnsignal abgibt, wenn die Istlast gleich der höchstzulässigen Last wird _ oder diese übersteigt, sowohl beim Betrieb des Kranes in der

als auch bein Betrieb des Kranes unter Verwendung eines Ansatzes oder

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung enthält eine

Bel-üstuiigsanaeigevorrichtung zur Anwendung bei einem Kran oder einer » anderan Hebeeinrichtung der erwähnten Art Kittel zum Erzeugen eines Signals, daa das Gesaintdi'ehmornent des Auslegers un seine Achse, durch

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den Winkel zwischen den Mitteln zum Abstützen des Auslegers und dem Ausleger ausgedrückt, und die Reaktion darstellt, die die Auslegerabstützmittel durch das Abstützen des Auslegers und jeder daran gehängten Last aufrechterhalten wird* Mittel zum Erzeugen eines Bezugssignals, das das höchstzulässige Drehmoment des Auslegers um seinen Gelenkpunkt für den laufend erhaltenen Schwenkwinkel und Lastradius darstellt und Mittel, die auf diese Signale ansprechend und das resultierende Ausgangssignal liefern, das zur Anzeige der Last benutzt werden kann..

Unter dem Ausdruck "Reaktion"iist hier die Kraft zu

' verstehen, der die Auslegerabstützmittel beim Abstützen des Auslegers (und der Last) unterworfen werden. Wenn die Auslegerabstützmittel aus ' einem hydraulischen Stössel bestehen, ist die Kraft eine Punktion des Pluiddruckes in dem Stössel, während, wenn die Auslegerabstützmittel aus einemVindeneeilbestehen, die Kraft eine Punktion der Spannung ist, der das Windenseil unterworfen ist. Die von den Auslegerabstützmitteln aufrechterhaltene Reaktion lässt sich somit leicht in Form eines elektrischen Signals durch einen Druckwandler oder einen Widerstandsdehnungsmesswandler ermitteln, der auf eine in bezug auf den Entwurf des Kranes geeignete Weise angebracht ist.

Nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann die BeIa-

ftungsanseigevorrichtung einen Wandler enthalten, dor ein erstes Signal erzeugt, das eine Funktion der Reaktion ist, die von den Auslegerabstützmitteln durch das Abstützen dee Auslesers und jeder daran gehängten. Last aufrechterhalten wird, und ferner eine Winkeldetektorvorrichtung zur Aenderung des erwähnten ersten Ginnais gemäso dem Sinus des Winkels zwischen den Auslegerabstütznitteln und dem Aufleger, um ein erstes resultierendes Signal zu erzeugen, da3 das Gesamtdrehmonent des Auslegers um seine Gelenkachse darstellt, eine Auslegerwinkeldetektionsvorrichtung

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zum Erzeugen eines zweiten Signals, das dem Kosinus des Auslegerschwenkwinkels proportional ist; eine Auslegerlängeddektionsvorrichtung zur Aenderung des erwähnten zweiten Signals gemäss der Auslegerlänge, um ein zweites resultierendes Signal zu erzeugen, das den Lastradius darstellt; einen laBt-RadiUB-Eunktionsge^jeur Anwendung beim Betrieb

<£erator
gemäss dem Last- Radius-Verhältnis des Kranes, welcher Generator auf das erwähnte zweite resultierende Signal anspricht und ein Bezugesignal örzeugt, das das Gesamtdrehmoment des Auslegergelenkpunktes bei höchst- ' zulässiger Last bei dem dem erwähnten zweiten resultierenden Signal entsprechenden Radius darstellt, und Mittel, die auf das erwähnte erste resultierende Signal und auf das erwähnte Bezugssignal ansprechen und ein Ausgangssignal entsprechend jedem Unterschied zwischen diesen Si -

fialen und somit zwischen Istlast und hochstzulässiger Last erzeugen.

Sie Erfindung nach diesem ersten Aspekt kann bei dem

obenerwähnten Betrieb in der Ausgange^ e3 Kranes verwendet werden.

lage
Nach einem zweiten Aspekt,der vorliegenden Erfindung

enthält eine Belastungsanzeigevorrichtung zur Anwendung bei einem Kran oder einer anderen Hebeeinrichtung der erwähnten Art, die für Betrieb mit einem Schwungarm geeignet ist, Mittel zum Erzeugen eines Signals, da3 die Reaktion darstellt, die von den AuslegerabstÜtsmitteln durch das Abstützen des Auslegers und jeder daran gehängten Last aufrechterhalten wird, Kittel zum Erzeugen eines Bezugssignals, das die Eeaktion der Ausleßorabstützmittel darstellt, die erforderlich wäre, um die Auslegerabstützmittel unter dem laufend erhaltenen Auslegerschwahkwinkel bei dar an dem Schwungarm hängenden höchstzulässigen Last für diesen Schwenkwinkel zu halten, und Mittel, die auf diese Signale ansprechen und ein resultierendes Auagangssignal erzeugen, das eine Anzeige flUer die Last liefern kann.

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Nach diesem zweiten Aspekt der Erfindung werden bei

einem teleskopischen Ausleger Mittel zur Aenderung des erwähnten Bezugssignale in Abhängigkeit von der Auslegerlänge angebracht. Auch bei einem teleskopischen Ausleger empfiehlt es sich, um eine gröesere Genauigkeit der Schwungarmlastanzeige zu erzielen, das erwähnte Bezugssignal weiter als Punktion der Verechieoung des kombinierten Schworpunktes des Auslegerschwungarmes und der Last infolge einer Aenderung der Auslegerlänge zu ändern.

Insbesondere kann die Belastungsanzeigevorrichtung

enthalten; einen Wandler zum Erzeugen eines ersten Signals, das eine Funktion der von den Auslegerabstützmitteln durch das Abstützen des Auslegers und jeder daran gehängten Last aufrechterhaltenen Reaktion ist; eine Auslegerwinkeldetektion3vorrichtung zun Erzeugen eines zweiten Si gnals, da3 dem Auslegerschwenkwinkel proportional ist; einen ersten Last-¹'

iunktiona^»

Winkel- ^generator zur Anwendung beim Batrieb gemäss dem Schwungarmlast/Auslegerwinkel-Verhältnis des Kranes, welcher Generator auf das erwähnte zweite Signal anspricht und ein erstes Bezugssignal liefert, ti; das die Auslegerabstützmittelreaktion darstellt, die erforderlich wäre, um den Ausleger bei maximaler Länge bei der höchstzulässigen Schwungarmlast des durch das erwähnte zweite Signal dargestellten Schwehkwinkels abzustützen; eine Auslegerlängemletektionsvorrichtung zur Aenderung des erwähnten ersten Bezugssignals in Abhängigkeit von der Auslegerlängöj einen zweiten Last/Winkel-Geeetzgenerator, obenfalls zur Anwendung beim Betrieb gemäss dem Schwungarmlast/Auslegorwinkel-Verhältnis des Kranes, welcher Generator auf das erwähnte zweite nigjral anspricht und ein zweites Bezu£33ignal liefert, das die Aenderung do3 iJchtierpunktes des AuslegerSf des Schwun^armes und der Last boi Aenderung der Auslegerlänge daratelltj Mittol zum Erzeugen eines resultierenden BezugO3ignal3

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infolge des geänderten ersten Bezugssignals und des zweiten Bezugssi jjnäls, und Mittel, die auf das erwähnte erste Signal und auf das erwähnte resultierende Bezugssignal ansprechen und ein Ausgangssignal entsprechend jedem Unterschied zwischen diesen Signalen und somit zwischen der Ist-Schwungarmlast und der hochstzulässigen Schwungarmlast liefert.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigern

Pig. 1 schematisch einen Kran mit einem teleskopischen Ausleger zum Schwenken,

Fig. 2 eine charakteristische Datenkurve für den Kran nach Fig. 1,

Fig. 3 schematisch den Kran nach Fig. 1 mit einem Ansatz oder Schwungarm,

Fig. 4 eine charakteristische Datenkurve für den Kran nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer effindungsgemäs3en

Vorrichtung zur Anzeige der höchstzulässigen Last, und j

Fig. 6a ein Blockschältbild eines <?g¥neratore der

f Belastungsanzeigevorrichtung und }

Fig. 6b. verschiedene Strom-Spannungs-Kurven | Der Kran nach Fig. 1 besitzt einen Ausleger 1 mit !

einem unteren Teil 2, einem teleskopisch in das obere Ende des Teiles 2 ,

f einschiebbaren Zwischenteil 3 und einem teleskopisch in das obere Ende , _:

den Teiles 5 einschiebbaren oberen Teil 4· Ein nicht dargestellter hy- ' draulischer Ausschiebestö3sel dient zur Aenderung der Lage des Teiles 3 in bezug auf die des Teiles 2, während ein ähnlicher Stössel die Lage dos Teiles 4 in bezug auf die des Teiles 3 bestimmt, so dass die Ge-3a;ntlänge den Auslesers 1 auf jeden gewünschten -Wert zwischen der obsron _ ·

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und der unteren Grenze eingestellt werden kann.

Das untere Ende des Auslegerteiles 2 ist gelenkig mit

einem waagerechten Sockel 5 an eineia Punkt 6 verbunden, so dass der Ausleger eine Schwenkbewegung vollführen kann. Ein hydraulischer Schwenkstössel 7 ist mit einem Ende eines Zylinders 0 gelenkig mit dem Sookel 5 an einem Punkt 9 verbunden, während eine Kolbenstange 10, die sich _ durch das andere Ende des Zylinder 8 erstreckt, gelenkig mit dem Auslegerteil 2 an dem Punkt 11 verbunden ist. Die Achse des Auslegers 1 schliesst einen Winkel 0 (den Schwenkwinkel) mit dem waagerechten Sockel 5 ein, wobei 0 durch Aenderung der Länge des Schwenkstössels 7 geändert wird. Eine La3t ist mit einem Hebeseil' 12 aufgehängt, das über eino (nicht dargestellte) Leitrolle, die am Punkt 13 bib. Aussenende des oberen Auslegerteiles 4 angebracht wird, zu einen (ebenfalls nicht dargestellten) Hebemechanismus geführt wird. Der Sockel 5 kann durch nicht dargestellte Mittel derart angeordnet sein, dass er um eine senkrechte Achse 14 schwenken kann.

Der Hersteller gibt Daten über den Kran in bezug auf

die höchstzulässigen Lasten L , die bei verschiedenen Radien 15 vom Schwenkmittelpunkt 14 aus gehoben werden können. Eine charakteristische Datenkurve 16 für einen Kran der beschriebenen Art nach Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Der Lastenradius R. kann sich zwischen einem Mindestwert 17 bei völlig ausgeschobenem Schwenkstösael 7 und bei völlig eingeschobenem Schwenkstössel 7 And bei völlig ausgeschobenen Ausleger-, teilen 3 und 4 ändern. Ein 2_wi_schenradius, wie 19» kann dadurch erhalten werden, dass der (die) Auslegerteil(e) 3 und/oder 4 teilweise eingesdhoben wird (werden) unter Beibehaltung der völlig au3geschobenen Lage des Schwenkstössels 7» das3 der Schwenkstössel 7 teilweise eingeschoben wird unter Beibehaltung der völlig ausgeschobenen Lage dor Auslegerteile '

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3 und 4» oder dass der Schwenkstössel 7 sowie die Auslegerteile 3 und 4 teilweise eingeschoben werden.

Der Kran zum Betrieb unter Verwendung eines Ansatzes

oder einea Schwungarmes wird nun an Hand der Pig. 3 beschrieben, in der entsprechende Teile wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Ein Ausleger 1 mit teleskopisch ausschiebbaren Teilen 2, 3 und 4 i^st gelenkig auf einem Sockel 5 an einem F\mkt 6 angebracht und wird von einem hydraulischen Schwenk3tössel 7 abgestützt, dessen Zylinder 8 gelenkig auf dem Sockel 5 am Punkt 9 angebracht und dessen Kolbenstange 10 gelenkig mit dem untersten Auslegerteil 2 am Punkt 11 verbunden ist. Wie in Fig. 1 ist der Sockel 5 derart angeordnet, dass er um eine senkrechte Achse 14 schwenken kann.

. Ein Schwungarm 21 ist am Aussenende des Auslegerteiles 4 am Punkt 13 befestigt. Der Schwungarm 21 ist unter einem Winkel zu der Längsachse des Auslegers 1 dargestellt, so dass die Längsachse des Schwungarmes 21 unter einem Winkel, der etwas kleiner als der Schwenkwinkel 0 iet, zu der Waagerechten geneigt ist, wobei aber der Winkel β gleich Null sein kann, d.h. dass der Schwungarm 21 zu dem Aue-· leger 1 linear jist. Das Ilebeseil 12 wird nun über eine am. Aussenende 2-2 des Schwungarmes 21 angebrachte Leitrolle geführt.

Wie oben erwähnt wurde, 3ind die Stärke des Auslegers

und die Stabilität des Krane3 als Ganzes derartig, dass die Höchstbelastung, die der Schwungarm 21 am Punkt 13 ausüben kann, mittels" jeder beliebigen Kombination von Auslegerlänge und Aualegerschwenkwinkel 0 angestützt werden kann. Die höchstzuläsoige vom Hebe3eil 12 abzustützende Last wird daher durch die Stärke den Schwungarmes 21 und den Winkel (^ö - β )» ^{den ΘΓ mit} der Waagerechten ein3chliesst, bestimmt. Da /6 konstant ist, kann für den Kran also für jede Belastung der Ausleger-

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achwenkwinkel O gegeben werden, Eine diesbezügliche Kurve für einen Kran der in Fig. 2 beschriebener. Art ist in Fig. 4 dargestellt.

Eine Belaatuncsanzeigevorrichtung zur Anwendung entweder beim Betrieb de3 Kranes im ^Ausgangsmodus (Fig. 1) oder beim Betrieb des Kranes mit einen Schwungana (Fig. 4) wird nun an Hand der Fig. 5 beschrieben.

In dieser Vorrichtung liefert ein Bezugssignalgenera-

tor 24, z.B. ein 700—Hz-Rechteckwellenos'zillator, ein stabiles Signal V , konstanter Spannung, Das Signal V wird einen Wandler 25 zugeführt, der mit dem Schwenkstössel 7 verbunden ist und ein Ausgangsaignal P erzeugen kann, das eine Funktion der von dem Gtössel durch das Unterstützen des Auslegers (i) und jeder daran gehängten Last aufrechterhaltenen Reaktion iat. Wenn der Stcssel 7 eine einfach wirkende Vorrichtung iet, ist das Auegangssignal dos Wandlers 25 eine Funktion des hydraulischen Fluiddruckes unterhalb des Stösselkolbens 10 (d.h. proportional zu diesem Druck), Bei einem doppelt wirkenden Stössel ist das Ausgangssignal des Wandlere eine Funktion des Unterschiedes zwischen den Drücken unterhalb und oberhalb des Stösselkolbens 10 (d.h. zu diesem Unterschied proportional), welcher Unterschied durch das Verhältnis der wirksamen Gebiete der oberen und unteren Seiten des Kolbons geändert wird.

Das Signal P wird über einen Verstärker 26 einer Eingangsklemme eines Winkeldetefctorv. 27 zugeführt, der ein Potentiometer mit einer Widerstandsbahn 28 enthält. Die Enden der Bahn 28 sind über Widerstände 29 bzw. 30 geerdet, während da3 Signal P an eine Anzapfung 31 zwischen den Enden der Bahn 28 angelegt wird. Ein Schieber J2 bildet einen Kontakt mit der Bahn 28. Das Potentiometer wird in einer festen Beziehung zu dem Ausleger 1 angeordnet uni der Schiober 32 ist mecha-

ni3ch mit den Schwenkstössel 7 derarjj gekuppelt, dass er eich ütoor die

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Bahn 28 verschiebt,wenn der zwischen dem Ausleger 1 und dem Stßseel 7 eingeschlossene Winkel ψ sich mit der Länge des Stössels ändert. Die Bahn 28 wird gemäss einem Sinusgesetz derart kalibriert, dass das am ■ Schieber 32 auftretende Signal M zu sin LP proportional ist. Die Widerstände 29 und 30 dienen zur Begrenzung des Bereiches von Werten von sin γ auf den Bereich, der dem Bereich von Werten des Winkels yentspricht, den die Bauart des Kranes gestattet,

Betrachtung der Fig. 1 zeigt, dass das Gesamtdrehmoment des Auslegers 1 um den Gelenkpunkt 6 von der Reaktion des Stöesels 7 multipliziert mit sin (J ausgeglichen wird. Das Signal M ist daher eine Funktion dieses Drehmoments.

Bei einer anderen Ausführungsfora des Stösselwinkel-

detektore 27 wird das Potentiometer durch eine Anzahl fester in Reihe geschalteter Widerstände ersetzt, wobei die Verbindungspunkte aufeinanderfolgender Widerstandspaare mit aufeinanderfolgenden festen Kontaktofen eines Mehrwegdrehschalters verbunden sind. Die relativen Werte der festen Widerstände werden gemäss einem Sinusgesetz derart gewählt, dass eine stufenförmige Potentiometerkette entsprechend der Potentiometerbahn 28 erhalten wird. Der bewegliche Kontakt des Drehschalters iet dann' dein Fotentiometerschieber J2 ähnlich.

Da3 von dem StÖ33elwinkeldetektor 27 erzeugte Ausgangs«

signal wird dann einem ersten festen Kontakt eines Umschalters 33 züge- i führt. Der zweite feste Kontakt de3 Schalters 33 wird mit dem Ausgang des Verstärkers 26 und der bewegliche Kontakt wird mit einem Eingang einoc Summierverstärkers 34 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 34 wird nit einem Meß—)35 Όχιά mit einen Eingang einer Alarmvorrichtung

feerät
verbunden.

Daa 3ignal V, das von der Vorrichtung 24 erzeugt wird,

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wird auch eine» Eingang eines Äuslegerwinkeldetectoro 37 zugeführt» der ein Potentiometer 30 mit einem Kosinusgesotz und ein Potentiometer 39 mit einem linearen Gesetz enthält, welche Potentiometer parallel zvi— ι «ften der Signalleitung und Erde angeordnet sind. Die Potentiometer 38 und 39 werden derart angebracht, dass sie der Bewegung des Auslegers 1 folgen, wöhrend ihre Schiebekontakte 40 bzw. 4I durch die Schwerkraft derart wirksam gemacht werden, dass am Schieber 40 ein Signal V₁ proportional zu dem Kosinus des Winkels 0 auftritt, den der Ausleger mit der Waagerechten einschliesst (der Schwenkwinkel), während am Schieber 41 ein Signal V„ proportional zu den Winkel 9 auftritt. Es ist günstig, wenn der Auslegerwinkeldetektor 37 zwei Neigungsmeter der in der britischen Patentschrift Nr. 965017 beschriebenen Art enthält."

Der Schieber 40 wird mit einem ersten festen Kontakt

eines Umschalters 42 verbunden, während der Schieber 41 »it einem Eingang eines Last/Winkel· /"ryi/nerators 431 mit einem Eingang eines

CEanktionB^ ließ-;

Last/Winkel · * generators 44 und mit einem ÄerÜ-fc45 verbunden ist.

Der Ausgang des Generators 43 ist mit einem zweiten festen Kontakt des Umschalters 42 und der bewegliche Kontakt des Schalters 42 ist mit einem Eingang eines Auslegerlängendetektors 46 verbunden. Der Detektor 46 enthält ein Potentiometer 47 und einen festen Widerstand 48. Der Schieber 49 des Potentiometers 47 ist mit dem Ausleger derart gekuppelt, dass er von dem in der Nähe des Widerstandes 48 liegenden Ende des Potentiometers 47 zu dem anderen ;Jhde verschoben wird, wenn die Auslegerlänge vom. Mindestwert zu dem Höchstwert geändert wird. Die Widerstandawerte des linearen Potentiometers 47 und des Widerstandes 48 werden derart gewählt, dass der Gesamtreihenwiderstand der Auslegerlänge in vBllig ausgeschobener Lage proportional ist, während der Widerstand 48 der s Auslegerlänge in völlig eingeschobener Lage proportional ist. Es iet

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einleuchtend, dass in denjenigen Fällen, in denen die Auslegerlänge konstant ist, das Potentiometer 47 durch einen festen Widerstand ersetzt werden kann.

Der Schieber 49 iet mit dem beweglichen Kontakt eines Umschalters 50 verbunden. Ein erster fester Kontakt des Schalters 50 ist mit einem Meter 51 und mit einem Eingang eines Laat/Radiui-Punkticni generators 52 verbunden. Ein zweiter fester Kontakt des Scheitere 50 iet mit einem Eingang eines Summierverstärkers 53 verbunden. Der Ausgang des Generators 44 ist auch mit dem Eingang des Verstärkers 53 verbunden.

Vorzugsweise werden alle Umschalter 33» 42, 50 und 54

beim Betrieb zusammengefügt, so dass die beweglichen Kontakte sämtlicher Schalter eine Verbindung mit ihren EUgehörigeiiferaten festen Kontakten oder mit ihren BUgehörigeOßweiten festen Kontakten herstellen.

Beim Betrieb des Kranes im Ausgangsmodgs (d.h. ohne

Schwungarm 21) befinden aich alle Schalter 33» 43» 50 und 54 in der in Fig. 5 dargestellten Lage.

Wie oben beschrieben wurde, wird das Signal P, das

eine Funktion der von dem Schwenkstössel 7 durch das Abstützen des Auslegers 1 und der Last aufrechterhaltenen Reaktion ist, dem Stösselwinkel·» detektor 27 zugeführt, in dem es mit dem Sinu3 des Winkels 4^ zwischen dem Schwenkatösael 7 und dem Ausleger 1 multipliziert wird, umd das Signal Mod P sin γ zu erzeugen, das eine Funktion dea Drehmoments des Auslegers 1 um den Gelenkpunkt 6 i3t. Pas Signal M wird dem Eingang des Summierverstärkers 34 augeführt.

Der Aualegerwinkeldetektor 37 erzeugt ein Ausgangesignal V₁ proportional zu cos 0, wobei 0 den Aualegerachwenkwinkel dar- «teilt, welch-2ε Ausgaugsaignal dem Lfingendetektor 46 zugeführt wird. Das gnal der Vorrichtung 46 ißt ein Signal R proportional zu dar

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Auslegerlänge multipliziert mit cos Q, d.h. proportional zu dein waagerechten Abstand 55 (Fig. Ό zwischen der Last und dem Auslegerge'lenkpunkt 6. Daa Signal R wird ^den(^f^a4- 5¹ zugeführt, da3 derart kalibriert ist| daaa es den Radius 15 der Last von dem üchvenkmittelpunkb I4 aua anzeigt. Die Null ^de3c~^~g+ 31 wird entweder auf elektrischen oder auf mechanischen! Wege um einen betrag verschoben, der dem Abstand 56 zwischen- dem Auslegargelenkpunkt 6 und dem Schwenkmittelpunkt 14 entspricht. Die Verschiebung kann, je nach den Erfordernissen, jedes Vorzeichen haben, abhängig von dem Entwurf des Kranes, Bei gewissen Entwürfen liegt der Auslegergelenkpunkt auf der der La3t gegenüber liegenden Seite, wie in Fig. 1, während bei anderen Entwürfen dieser Gelenkpunkt auf derselben Seite liegt·

Das Signal R wird auch dem Eingang de3 Last/Radiua-

Funktlone-generatora 52 zugeführt. Dieser Generator wei3t in bezug auf die vom Kranherateller gegebene Laet/Radius-Kurve (16, Fig. 2) eine derartige Kennlinie auf, dass sein Ausgangssignal dem Gesamtmoment am Gelenkpunkt des Auslegers beim Heben der höchstzulässigen Lest bei dem dem Eingangssignal R entsprechenden Radius umgekehrt proportional ist.

Es ist einleuchtend, daso jeder Krantyp und/oder jede

Krankapazität einen anderen Generator erfordert, weil auch die vom Hersteller gegebenen Daten verschieden sind. Aus diesem Grunde wird der Generator 52 vorzugsweise als eine gesonderte Vorrichtung eingebaut, die Mittel enthält, mit deren Hilfe aio mit der,i übrigen Toil der Anlage verbunden ist und die z.B. aus einer Stocker-iiuchsenVerbindung oder aus Anschlussblöcken bestehen und leicht ersetzt werden können. Aehnlichea trifft für die Vorrichtungen 45 und 44 «u, Nachstehend wird im Detail

Funktional
eine Ausführungaform eines igonerator3 an Hand der Fig. 6 beschrieben.

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Das Ausgang3signal des Last/Radius- /^generators

52 wird üter den Umschalter 54 dem Eingang des Summierverstärkera 34 zugeführt.

Die den Eingang des Summierverstärkers 34 erreichenden

Signale sind daher ein dem Istdrehmoment am Auslegergelenkpunkt proportionales Signal und ein Signal, das dem Drehmoment umgekehrt proportionä ist, das erzeugt werden würde, wenn der Kran seine höchstzulässige Last bei demselben Radius wie die Istlast heben würde. Die Verstärkungsfaktoren der verschiedenen Teile der Anlage sind derart gewählt, dass die Proportionalitätskonstanten für die beiden Signale gleich gemacht werden.

Wenn daher der Kran seine höchstzulässige Last hebt, i3t das Nettoeingangssignal des Verstärkers 34 gleich null, wodurch ein Nullausgangssignal erhalten wird, was am Kalibrierpunkt der Skala

des Last-mefl^ 35 angezeigt wird (die Null auf der Skal^is* auf me-

fgerätee '

chanischem Wege während der Herstellung zu diesem Punkt verschoben).

Eine Zunahme der Last oberhalb des angegebenen Höchstwertes ergibt ein Nettoeingangssignal einer gewissen Polarität und ein

Meß-J

entsprechendes Ausgangssignal des Verstärkers 34» wodurch das/gerät 35 eine Anzeige in dem Ueberlastungsbereich seiner Skala liefert. Geringer©

Lasten ergeben ein Nettoeingangssignal und ein entsprechendes AusgangBsignal entgegengesetzter Polarität des Verstärkers 34» wodurch das Meßgerät 35 wieder in den zulässigen Bereich gelangt und die verfügbare

Hebekapazität anzeigt.

Die Alarmvorrichtung kann ein hörbares und/oder sichtbares Alarmsignal abgeben, wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 34· gleich Null ist oder die eine vorerwähnte Polarität aufweist, d.h. wenn die Istlast gleich der höchstzulässigen Last wird oder diese übersteigt,

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welche Vorrichtung auch einen Schaltkreis enthalten kann, mit dessen Hilfe der Hebemechanismus des Kranes unter diesen Bedingungen stillgesetzt werden kann·

Wenn der Kran mit einem Schwungarra wirken soll, werden die Umschalter 33» 42, 50 und 54 auf die der in Piß. 5 gezeigten Lage entgegengesetzte Lage eingestellt.

Das Signal P, das eine Punktion der von dem Schwenk-

stössel 7 durch das Abstützen des Auslegers, des Schwungarraes und der Last aufrechterhaltenen Reaktion ist, wird auf obenbeschriebene Weise erzeugt und wird von dem Ausgang des Verstärkers 26 über den Schalter 33 dem Eingang des Summierverstärkers 34 zugeführt.

Das Ausgang3Signal V„ des Auslegerwinkeldetektora 37 wird von dem Winkelmesser 45 angezeigt und wird auch dem Eingang des Last/Winkel^^^^^M^ators 43 zugeführt. Dieser Generator weist in bezug auf die von dem Hersteller gegebene Last-/Auslegerwinkelkurve für Betrieb unter Verwendung eines Schwungarmes (23, Fig. 4) eine derartige Kennlinie auf, das3 das Ausgangssignal der Vorrichtung 43 ein Signal ist, das der Stösselreaktion umgekehrt proportional ist, die erforderlich wäre, um den Ausleger in völlig ausgeschobener Lage mit an dem Schwungarm hängendeiJnöchstzulässiger Last unter den durch das Ausgangssignal V„ dargestellten Ausleger3chwenkwinkel abzustützen.

Das Signal der Vorrichtung 43 wird über den Schalter 42 dem Auslegerlängendetektor 46 zugeführt, in den es derart geändert wird, dass der Schieber 49 ein Signal empfängt, das auch eine Funktion der Auslegerlänge ist und das über den Schalter 50 dem Eingang des Summierverstärkers 53 zugeführt wird.

Ein weiteres Signal wird dem Eingang des Verstärkers 53 aus dem folgenden Grunde zugeführt. Die von dem Schwenkstossel auf- > .· 209882/07 0 9

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rechterhaltene Reaktion bei Abstützung einer Last durch den Schwungarm ändert sich nicht nur mit dem Auslegerwinkel und der Auslegerlänge, sondern auch mit einer Punktion zweiter Ordnung der Last infolge der Lage des kombinierten Schwerpunktes des Auslegers, des Schwungafmes und der Last, die sich mit der Auslegerlänge ändert.

Das Ausgangssignal V₂ des Auslegerwinkeldetektors 37

Punktione^

wird dem Last/Winkel- /'generator 44 zugeführt, der in bezug auf die gegebene Last/Auslegerwinkel-Kurve 93 eine derartige Kennlinie aufweist, dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, das dem Summierverstärker 53 zugeführt wird und der Aenderung des Schwerpunktes bei Aenderung der Aus legerlänge unter dem durch das Ausgangssignal V₂ dargestellten Auslegersohwenkwinkel umgekehrt proportional ist.

Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 53 ist daher.

genau das Inverse des Signals P, wenn die hochstzulässige Schwungarmlast bei jedem Auslegerwinkel oder jeder -Länge gehoben wird, Dieses Auegangseignal Wird über den Schalter 54 dem Eingang des Summierverstärkers 34 zugeführt.

Das Gesamteingangssignal des Verstärkers 34 ändert sich bei Anwendung des Systems in einem Kran für Betrieb mit einem Schwungarm daher auf die bereits in bezug auf die Anwendung des Systems in einem Kran für Betrieb im AuagcLngsbenjrtfftJbesohriebene Weise· !

Ohne das weitere Signal des Generators 44 wäre die

hochstzulässige Schwungarmlast nicht so genau festgelegt, weil bei Jedem; beliebigen Auslegerwinkel die zum Abstützen des Auslegers, des Schwungarmes und jeder daran gehängten Last erforderliche Stösselreaktion bei jainiraaler Auslegerlänge minimal sein würde, aber bei zunehmend ex Auelegerlänge würde die Reaktion nicht gerade proportional zunehmen, was auf die Aenderung der Lage des kombinierten Schwerpunktes zurückzuführen

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ist. Tatsächlich würde die Reaktion etwas grosser als eine gerade proportionale Zunahrae sein. Das Ist-Reaktionssignal P schliesst diesen Paktor ein, aber das vom ( generator 43 errechnete und vom Längendetektor 46 geänderte Signal schliesst diesen Faktor nioht ein und ist etwa3 kleiner, als es sein sollte, und zwar um einen Paktor bezogen auf die Aenderung des kombinierten Schwerpunktes mit der Auslegerlänge. Dies könnte eine Bedingung veranlassen, unter ddr das Ausgangssignal des SuEimiervers barker3 53 kleiner als das Signal M ist, wodurch ein Differenzsignal erzeugt wird, das die hochstzulässige Schwungarmlast anzeigt, wenn tatsächlich das Signal M s-ich auf eine Schwungarnla3t bezieht, die grosser als die höchstzulässige Last ist.

Funk ti qnB-J

Die ' /generatoren 43» 44 und 52 eignen sich für

«■

je einen besonderen Krantyp. Sie sind jedoch darin einander gleich, dass sie je ein Eingangssignal aufnehmen müssen, das sich in einem Bereich von Werten ändern kann, während sie ein Ausgangssignal liefern müssen, das gemässi einem bekannten Gesetz zu dem Eingangssignal in Beziehung steht. Bei jedem gegebene! Beispiel ist das Gesetz nioht eine einfache mathematische Beziehung, aber wird in Form einer Kurve dargestellt, in der die Wert der Eingangs- und Ausgangssignale angegeben sind. Die Kurve kann komplex sein und schroffe Aenderungen oder sogar Umkehrungen der Neigung enthalten.

Die Schaltunganordnung nach *'ig. 6 ist eine Aus-

Funktiops-J

führungsform eines /generators und zeigt die Erzeugung eines Aus-

gangssignals, das eine komplexe Funktion einer Eingangsveränderlichen ist.

Eine Operationsverstärker 55 enthält einen Rückkopplungswiderstand 56 und Eingangsbahnen 57-61, von denen die Bahnen 57-60 ein Eingangssignal V empfangen, das sich in diesem Beispiel

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annahmeweise in dem Bereich von O V bis +5 T ändert. Der Eingang 61 ist mit einer Bezugsspannungsquelle (-5 V) über ein vorher eingestelltes Potentiometer verbunden.

Die Eingangsbahn 57 enthält einen Widerstand 62, ao dass der durch 62 zu dem Eingang des Verstärkers 55 fliessende Stro» (welcher Eingang ein virtueller Erdungspunkt ist) sich linear mit den Eingangssignal V ändert (siehe die Kurve 63)·

Sie Eingangabahn 58 enthält die Reihenwiderstände und 65 mit einem Schaltkreis, der die Transistoren 66 und 67 enthält, die an ihren Vefbindungspunkt angeschlossen sind. Der Strom I₉, der durch die Bahn 58 zu dem Eingang des Verstärkers 55 flieset, nimmt linear mit dem Eingangssignal V zu, bis das Potential am Emitter des Transistors 66 diesen Transistor leitend macht. Bei fortgesetzter Zunahme von V nimmt der Strom durch den Transistor 66 zu. Der Punkt, an dem der Transistor 66 zuerst leitend wird, wird durch die Einstellung des Potentiometers 68 bestimmt, das über einer Bezugsspannungsspeieequell· angeordnet ist.

Der Strom I- nimmt daher linear mit dem Eingangssi*- ♦ ftial V bis zu einem Punkt zu, der durch die Einstellung des Potentiometers bestimmt wird, wonach er konstant ist, wie durch die Kurve 69 dargestellt ist.

Sie Eingangsbahn 59 enthält zwei Reihenwiderstände ■ und einen Transistorschaltkreis gleich denen' der Bahn 58 und ferner einen Umkehrverstärker ?0, .

Sie liefert daher einen Strom I,, der linear bis zu

einem durch das Potentiometer 71 bestimmten Wert zunimmt und dann korv stant ist, aber dessen Polarität der der Ströme I₁ und 1~ entgegengesetzt ist (siehe die Kurve 72).

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Die Bahn 60 enthält einen Reihenwiderstand und einen

Reihenschaltkreis. Durch die Bahn 60 fliesst kein Strom, bis die Eingangespannung einen Wert erreicht, der durch die Einstellung dea Potentiometers 73 bestimmt wird und bei den; der Schaltkreis leitend wird. Anschliesaend nimmt der Strom I. linear mit V ζμ, wie durch die Kurve 74 dargestellt ist.

Die Bahn 61 enthält einen Reihenwiderstand, der aiii einer durch die Einstellung des Potentiometers 75 bestimmten Quelle konstanter Spannung verbunden ist. Der Strom I₁. in der Bahn 61 ist daher konstant, wie die Kurve 76 zeigt.

Der Gesamteingangsstrom I ._ am Eingang des Verstärkers 55 ist die algebraische Summe der Ströme 1-..^,Jc. I„,_o_, ändert sich mit dem Eingangssignal, wie die Kurve 77 zeigt.

Die Ausgangsspannung V_ou_ des Verstärkers 55 ist

stets derartig, dass ein Strom durch den Rückkopplungewiderstand 56 erhalten wird, der dem Eingang3strom I _ gleich und entgegengesetzt iet. Die Ausgangsspannung V_nTT„ ändert sich daher mit der Eingangsspannung V gemäss der Kurve 77» aber mit entgegengesetztem Vorzeichen.

(Fuukti οι Es leuchtet ein, dass jede' erforderliche

einem gewünschten Genauigkeitsgrad in Annäherung erreicht werden kann, wenn eine geeignete Kombination von Eingangsbahnen eines Operationsverstärkers verwendet wird.

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Claims

- 21 - PP.1103 22301A2 Patgn !.anaprüche»

1. Vorrichtung zur Anzeige der hSchstaulässige La3t für einen Kran oder eine andere Hebevorrichtung der beschriebenen Art, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält» Mittel zum Erzeugen eines Si -gnals, das das Gesamtdrehmoment des Auslegers um seinen Gelenkpunkt als Punktion des Winkels zwischen den Auslegerabstützmitteln und dem Ausleger und der von den Auslegerabstützmitteln durch das Abstützen des Auslegers und jeder daran gehängten Last aufrechterhaltenen Reaktion darstellt; Mittel sum Erzeugen eines Bezugssignals, das da3 höchstzulässige Prehnonent des Auslegers um seine Achse für den laufend erhaltenen Auslegerschwenkwinkel und Lastradius darstellt, ixnd Mittel, die auf diese Signale ansprechen und ein resultierendes Ausgangssignal liefern, das eine Anzeige über die Last geben kann,

2. Vorrichtung nach Ansprxich 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält» einen Wandler zum Erzeugen eines ersten Signals, das eine Punktion der von den Auslegerabstützmitteln durch da3 Abstützen des Auslegers und jeder daran gehängten Last aufrechterhaltenen Reaktion ist; eine Winkeldetektionsvorrichtung zur Aenderung des erwähnten ersten Signals gemäss dem Sinus-des Winkele zwischen den Auslegerabstützmitteln und dom Ausleger, um ein erates resultierende3 Signal zu erzeugen, das daö GeSRSatdrehmomont de3 Auslegers um seinen Gelenkpunkt darstellt; eine AuBloijorwinkeldotektionKvorrichtung zun Sraeugen eines zweiten Signale, dus dem Kosinus dea Aualegoruchwenkwinkels proportional ist; eine AuslögerlHngendetektionsvorrichtung zur Aenderung des erwähnten zweiten · üignaln gornüss dor Auslegurlänge, un ein zweites resultierendes Signal zu tij/zea/jen, das den Lastradius darstellt; einen Las t/Radius- Eunktions-· •ßßner.'it'ir zur An wandung bnim Betrieb gemäß^rs dem Laat/Radiua-Verhältnis du« Kranen, welcher Generator auf dna erwähn fco zweite resultierende anspricht und ein "i)t;augasignal erzeugt, das das llosamtdrehnomenb

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am Aualegergelenkpunkt für die hochstzulässige Laafc bei dem durch das erwähnte aweite resultierende Signal dargestellten Radius darstellt, und Mittel, die auf daa erwähnte er3te resultierende Signal und auf dae erwähnte Bezugasignal ansprechen und ein Auagangssignal entsprechend einem etwaigen Unterschied zwischen diesen Signalen und somit zwischen der Istlaat und der höchstzulässigen Last erzeugen.

3. ■ Vorrichtung zur Anzeige der hochstzulässigen Laet fUr einen Kran oder eine andere Hebevorrichtung dor beschriebenen Art für Betrieb mit einem Schwungarm, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthältt Mittel zum Erzeuger, eines Signals, da3 die von den Aualegerabstützmitteln durch das Abstützen des Auslegers und jedex* daran gehängten Last aufrechterhaltene Reaktion darstellt} Mittel zum Erzeugen eines^Bezugesignals, das die Auslegerabstützmittelreaktion darstellt, die erforderlich wäre, um die Auslegerabatützmittel unter dem Aualegerschwenkwinkel zu halten, der laufend bei der höchatauläasigen an dom Schwungarai gehängten Last für diesen Schwenkwinkel erhalten wird, und Mittel, die auf diese Signale ansprechen und ein resultierendes Ausgangssignal liefern, dafi eine Anzeige über die Last geben kann,

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» wobeJder Ausleger tele Akopisch 13t, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Aenderung des erwähnten Bezugssignals entsprechend dor Auslegerlün^a vorgesehen sind,

5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnot, dasa :;io weitere Mittel enthält, um da.3 erwähnte Bezugssignal weiter als Funktion der V er a chi ο bung des kombinierten Schwerpunktes dos Aua-Iep,ern:;hwunysarine3 und der Last infol/jo oinor Aonderung der Auslcgurlänfie zu undor.i.

6. Vorrichtung nach AcMpruch 3» 4 odor 5» dadurch gekennzeichnet, dtiiiit i3Ü! onthi'lti einen Wandler '/,um I'rBou(jr;ri oinaü Mraton :>ijjnali·», day finu l-'un!: I-ion <h:r von Λ §n Au:; 1 ('^ι.τίΐί'.ι t;^;i tzini t! uln iliircii cl/ie

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Abstützen des Auslegers und jeder daran gehängten Last aufrechterhaltenen Reaktion istf eine Auslegerwinkeldetektionsvorrichtung zum Erzeugen eines zweiten Signals, das dem Auslegerschwenkwinkel proportional ist;

[Punktione-j

einen ersten Last/Winkel- Vgenerator zur Anwendung beim Betrieb gemüse dem Schwungarmlast/Auslegerwinkel-Verhältnis des Kranes, welcher Generator auf das erwähnte zweite Signal anspricht und ein erstes Bezügssignal erzeugt, das die Auslegerabstützmittelreaktion darstellt, die erforderlich wäre, um den Ausleger in völlig ausgeschobener Lage bei der hochstzulässigen Schwungarmlast unter dem durch das erwähnte zweite Signal dargestellten Schwenkwinkel zu halten; eine AuslegerlSngendetektionsvorrichtung zur Aenderung des erwähnten ersten Bezüge-

signals gemäss der Auslegerlänge; einen zweiten Last/Winkel-Funktionsgenerator, ebenfalls für Betrieb gemäss dein Schwungarmlast/Auslegerwinkel-Verhältnis des Kranes, welcher Generator auf das erwähnte zweite Signal anspricht und ein zweites Bezugssignal erzeugt, das die Aenderung des Schwerpunktes des Auslegers, dos Schwungarmes und der Last bei Aenderurig der Auslegerlänge darstellt; Mittel zum Erzeugen iinesoresultierenden Bezugssignals infolge des geänderten ersten Bezugssignale und des zweiten Bezugssignals, und. Mittel, die auf das erwähnte erste Signal und das erwähnte resultierende Bezugssignal ansprechen und ein Auegangssignal entsprechend einem etwaigen Unterschied zwischen diesen Signalen und somit zwischen der Ist-Schwungamlast und der höchstzulässigen Schwungarmlast erzeugen.

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