DE2316810A1 - Anordnung bei kraenen zur bestimmung der abweichung des lastbefestigungsorgans von einer definierten lotrechten linie - Google Patents
Anordnung bei kraenen zur bestimmung der abweichung des lastbefestigungsorgans von einer definierten lotrechten linieInfo
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- Control And Safety Of Cranes (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Description
PATENTANWÄLTE
D-ING. H. MISSLING
DiPU-ing. R. SCHLEE 63 Gießenf den 2.4.1973
DR.-iNG. J. BOECKER Boe/Sn 11.516
GIESSEN, BismarckstraBe 43 2316810
Allmänna Svenska Blektriska AKtiebolaget.
Vast eras /Schweden
Anordnung bei Kränen zur Bestimmung der Abweichung des Lastbefestigungsorgans
' von einer definierten lotrechten Linie
Die Erfindung betrifft eine Anordnung bei Kränen zur Bestimmung der Abweichung des Lastbefestigungsorgans von einer definierten
lotrechten Linie.
Beim Laden und Löschen von Gütern durch Kräne entstehen oft
aufgrund verschiedener Ursachen unerwünschte Schwingungen des Lastbefestigungsorgans deq&ranes, an dem die Last während
des Hebe- und Transportvorganges befestigt ist.« Diese Schwingungen können eine Amplitude von - 500 mm und eine
Periodendauer von 5 bis 10 Sekunden haben. Hierdurch wird die Dauer eines Lösch- oder Ladevorganges wesentlich verlängert,
da die Last nicht abgesetzt werden kann, bevor die Schwingungen auf eine gewisse Amplitude abgeklungen sind. Bei Containern
z.B. darf in gewissen Fällen die Schwingungsamplitude nicht mehr als - 25 mm betragen.
- 2 309842/0476
- 2 - '-■'■■
Es ist daher sehr wichtig, die genannten Schwingungen.schon
während des Fahrvqrganges des Kranes zu dämpfen und eventuell völlig zu beseitigen, damit, wenn der Kran die gewünschte
Endposition erreicht hat, die Bewegungen des Lastbefestigungsorgans auf eine für den Hebe- und Absetzvorgang akzeptierbare
Größe reduziert sind, wodurchüie Zeitspanne für einen Arbeitszyklus minimal gehalten werden kann.
Um diese Schwingungsdämpfung zu erreichen, ist eine Meßausrtistung,zur
Erfassung von Parametern, wie Schwingungsampiitude, Geschwindigkeit des Lastbefestigungsorgans im Verhältnis zur
Laufkatze, Seiilänge usw. erforderlich, von der eine große Schaeliigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit verlangt wird. -
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung der eingangs erwähnten Art zu entwickein, mit deren Hilfe die Parameter des beschriebenen Schwingungsverlaufes
gemessen werden können, damit diese dann£um Steuern eines DämpfungsYerlaufes verwendet werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäB dadurch gekenn- ι
zeichnet ist, daß am Kran ein Lichtsender und eine Detektoreinheit angeordnet sind, daß auf dem Lastbefestigungsorgan
ein lichtreflektierendes Organ angeOrdnet ist* daß der Lichtsender
Licht mit einer solchen Divergenz zu dem Lastbefestigungs-
organ strahlt, daß das Licht einen angenommenen Bewegungsbereich des Lastbefestigungsorgans überdeckt, daß das lichtreflektierende Organ das einfallende Licht auf die Detektoreinheit
reflektiert und daß die Detektoreinheit die Abweichung des Lastbefestigungsorgans von der genannten lotrechten Linie
anzeigt. Die Detektoreinheit enthilt einane Linsensystem sowie einen
Fotodetektor, wobei das Linsensystem das einfallende Licht auf die lichtempfindliche Fläche des Fotodetektors wirft.
Bei der Anordnung nach der Erfindung sind alle aktiven und empfindlichen Teile der Meßausrüstung an dem Kran angeordnet.
Am Lastbefestigungsorgan ist nur ein passives» wenig Platz einnehmendes
und leicht zu handhabendes Element ohne verbindende Leitungen zu dem aktiven Teil der Ausrüstung vorhanden« Diese
Anordnung ist wesentlich vorteilhafter, als wenn das Lastbefestigungsorgan die Detektoreinheit enthalten würde. Eine
solche Anordnung würde unter anderem eine besondere Leitung für Schwachstromsignale zwischen Kran und Hebeorgan erfordern,
wobei Vorschriften darüber beachtet werden müßten, daß diese Signalleitung nicht in die Nähe von Starkstromleitungen gelangt.
Eine solche Signalleitung würde Witterungseinflüssen ausgesetzt sein und müßte unter anderem mit einer Art von Stabilisator
versehen werden, um nicht in die Hebeseile des Krans geweht zu werden und um bei Verminderung der Seillänge gesammelt werden
zu können. Für ein solches Sammeln ist außerdem irgend-eine Art von Sammelkorb an dem Lastbefestigungsorgan erforderlich, der
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viel Platz erfordert. Die auf dem Lastbefestigungsorgan befindlichen
Ausrüstungen sind ferner einer Verschmutzung ausgesetzt. Eine größere Ausrüstung auf dem Lastbefestigungsorgan bedeutet
außer vergrößertem Platzbedarf auch ein größeres Gewicht, weshalb eine Meßausrüstung auf dem Lastbefestigungsorgan das Anwendungsgebiet
der Ausrüstung auf Kräne für Container begrenzen würde, bei denen das Lastbefestigungsorgan das erforderliche Ausmaß
haben kann.
Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispje Ie ,
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Kran mit Laufkatze und Lastbefestigungsorgan,
an welchem die Anordnung nach der Erfindung angebracht ist,
Fig. 2 im Detail den Strahlenverlauf bei der in der
Anordnung gemäß der Erfindung verwendeten Detektoreinheit, "
Fig. 3a und 3b das Arbeitsprinzip eines Retroreflektors,
Fig. 4 eine Prinzipskizze über die in den Fotodetektor
eingehende lichtempfindliche Fläche,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Auswertungsanordnung
gemäß der Erfindung.
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Fig· 1 zeigt eine auf einem Kranbalken 10 in den mit 11 angedeuteten
Richtungen bewegliche Laufkatze 12, An der Laufkatze 12 ist über Hebeseile 13 ein Lastbefestigungsorgan 14 aufgehängt.
An dem Lastbefestigungsorgan können Lasten zwecks einer Hebeoder
Transportbewegung befestigt werden.Die Anordnung nach der Erfindung besteht aus einer an der Unterseite der Laufkatze
12 angeordneten aktiven Einheit 13 und einer passiven Einheit
in Form eines Retroreflektors 16, der auf der Oberseite des Lastbefestigungsorgans 14 angebracht ist·
Die wesentlichen Bestandteile der aktiven Einheit 15 bestehen,
wie aus Fig. 3 hervorgeht, aus einem Lichtsender 17, einer Sammellinse 18 und einem Detektor 19*
Die Wirkungsweise eines Retroreflektors geht aus Fig* 3a und
3b hervor. Ein Retroreflektor 16 besteht aus drei, gleichen reflektierenden Flächen 20, 21 und 22 in derselben Konfiguration
wie die Ecke eines Würfels. Ein vom Retroreflektor 16 reflektierter Lichtstrahl 24 verläuft stets parallel zu dem auf den
Reflektor 16 auftreffenden Lichtstrahl 23, und. der reflektierte
Lichtstrahl 24 velißt den Retrorefiektor 16 an eine» Punkt,
der dem Einfallspunkt diagonal gegenüberliegt. Der Retroreflektor 1b kann um beliebig gerichtete Rotationsachsen durch seine Spitze
rotieren, ohne daß der Abstand zwischen dem einfallenden und reflektierten Lichtstrahl geändert wird·
- 6 309842/0476
Die Funktion der Anordnung nach der Erfindung soil nunmehr
anhand der Fig, 1, 2, 3 und i? näher beschrieben werden:
Der Lichtsender 17, dessen optische Achse zweckmäßigerweise mit"""
der optischen Achse der Linse 18, der Mittelpunktnormalen der lichtempfindlichen Fläche des Detektors 19 und der lotrechten
Linie 25 des in Ruhelage befindlichen Lastbefestigungsorgans 14 zusammenfällt, sendet ein Bündel divergierender Lichtstrahlen
26 zum Lastbefestigungsorgan 14, wobei ein Teil des ausgesendeten Lichtes 26 von dem Retroreflektor 16 zu der
aktiven Einheit 15 und parallel zu den auf den Retrorefiektor 16 einfallenden Strahlen reflektiert wird. Das reflektierte
Licht fällt auf die unmittelbar über dem Lichtsender 17 angeordnete Sammellinse 18. Die Linse 13 bündelt das auf sie
einfallende Licht auf die lichtempfindliche horizontale Fläche 27 des Detektors 19.
Die Divergenz des Lichtsenderg 17 ist vorzugsweise so bemessen, daß sie den gesamten Bereich überdeckt s in welchem der Retrorefiektor
16 bewegen kann. Die Linse 18 hat vorzugsweise einen
doppelt so großen oder sin©η noch größeren Durchmesser als der
Retrorefiektor 1b, so daß alles Liefet, das auf den Retrorefiektor 16 trifft, auch wirklich durch die Linse 18 zurückfällt und
auf den Detektor 19 geworfen wird.
- 7 308842/0476
Der Lichtsender 17 besteht vorzugsweise aus einer Leuchtdiode, die durch Impulse von einem Oszillator 30 gespeist wird.
Impulse werden deshalb verwendet, um auf einfache Weise das von dem Detektor 19 empfangene Licht von dem Retroreflektor 16
von anderem unerwünschten Licht unterscheiden zu können·
Der Detektot 19 besteht vorzugsweise aus einem linearen Fotodetektor
mit zwei Achsen, der imstande ist, den Schwerpunkt des projizierten Lichtes abzutasten, wobei eine gute Bündelung des
Lichtes auf den Detektor 19 nicht notwendig ist.
Ein Beispiel für einen solchen Detektor ist bekannt unter der Bezeichnung UDT SC/25 und wird von der United Detector Technology.
Inc., USA hergestellt.
Der genannte Hiotodetektor UDT SC/25 hat eine lichtempfindliche
Fläche 27, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Auf dieser Fläche 27 sind die beiden Achsen 28, 29 markiert, auf die die von demFhotodetektor
erhaltenen Ausgangssignale bezogen .sind.
Wenn der Retroreflektor 16 (d.h. das Lastbefestigungsorgan 14) sich
um eine Strecke X von der lotrechten Linie 25 mit dem Ausschlagwinkel ·% verschoben hat, erhält man eine Verschiebung des
Schwerpunktes des von der Linse 18 auf die lichtempfindliche Fläche 27 des Detektors 19 geworfenen Lichtes.
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Wenn die aktuelle Seiliänge S beträgt und die Projektion der
Seiiiänge auf die lotrechte Linie 2t?' ist, so gilt, wenn
Ob ζ 1O& .(in deijiTaxis '^Ο
Ob ζ 1O& .(in deijiTaxis '^Ο
tg 06 = I^ f
sowie, wenn der Abstand zwischen der Linse 18 und dem Detektor
Z ist,
tg OC = χ
und somit
und somit
Wenn also die Seillänge S kontinuierlich meßbar und der Abstand Z zwischen der Linse 18 und dem Detektor 19 konstant und bekannt
ist, können die Ausgangaignale von dem Detektor 19 nach
erfolgter Auswertung als Eingangssignale für ein Regelsystem verwendet werden, welches die relative Bewegung zwischen dem Lastbefestigungsorgan 14 und der Laufkatze steuert.
erfolgter Auswertung als Eingangssignale für ein Regelsystem verwendet werden, welches die relative Bewegung zwischen dem Lastbefestigungsorgan 14 und der Laufkatze steuert.
Die Seillänge S kanxyz.B. kontinuierlich gemessen werden mit
einer in der Laufkatze 12 angeordneten, in den Figuren nicht dargestellten Potentiometerausrüstung.
einer in der Laufkatze 12 angeordneten, in den Figuren nicht dargestellten Potentiometerausrüstung.
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ist Wenn der Detektor vom Typ UDT SC/25 fr»rfr»fr·*, erhält man zwei
Ausgangs signale in Form von Spannungen U., und U2, deren Größen
von der Schwerpunktsabweichung des auf die Detektorfläche 27 einfallenden Lichtes von einer der Achsen 28 und 29 abhängig
sind. Um ein direktes Maß für die Schwerpunktsabweichung Y zu erhalten, wird zweckmäßigerweise das Signal 1 ,
Ii U1 + W
alternativ "2 , gebildet. Die Lage
der lotrechten Linie 25 entgp rieht hierbei U^ = 1. und U2 = 1·
Die von dem Detektor 19 erhaltenen Signale 31 und 32 werden auf Filter 33 bzw. 34 und Verstärker 35 bzw· 36 gegeben, wonach
man die "reinen" Signale U1 und U2 erhält. Die beiden Signale
U1 und U2 werden einem Verstärker 37 zugeführt und addiert,
wobei man das Signal U1 + U2 erhält. Dies letztere Signal plus
einem der Signale U4 und U0, wird auf einen Devidierer 38 ge-
U1
geben, der das Signal k^ · bildet, wobei k^ eine von dem Dividierer abhängige Konstante ist.
geben, der das Signal k^ · bildet, wobei k^ eine von dem Dividierer abhängige Konstante ist.
Das Signal k4 ■-» wird zusammen mit einem Signal Un*
1 U1 + U2 ui
auf einen Verstärker 39 gegeben. Das Signal Un* hat hierbei
UT- »τ
1 1
den Wert k* . *· , d.h. es repräsentiert das Signal k* · «— ,
1 <> 1 U1 + U2
wobei U1 » 1 und U2 = 1 ist, also die Abweichung XsO.
Durch Differenzbildung in dem Glied 39 erhält man ein Signal
k2 · Y, wobei Y die Abweichung des Schwerpunktes des auf den
Detektor 19 einfallenden Lichtes von dem Mittelpunkt des Detektors
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- 10 -
19 und k2 eine Konstante ist.
Das Signal k2 · Y wird zusammen mit dem Augenblickswert der
Seillänge einem Multiplizierer 40 zugeführt, der das Signal k2 . S . Y bildet.
Hiermit hat man ein Signal, das eine direkte Information
über die Abweichung des Lastbefestigungsorgans 14 von der lotrechten Linie 25 darstellt und das einem die relative Bewegung
zwischen Laufkatze 12 und Lastbefestigungsorgan 14 steuernden Organ zugeleitet werden kann.
Das Summensignal U1 + U2 kann auch für andere Zwecke ausgenutzt
werden.
Das Signal U1 + U2 wird auch zum Steuern des Lichtsenders 17
verwendet, d.h. der Ausgangsleistung der Leuchtdiode, wenn die Umstände, z.B. Seillängenvariation und Wetterverhältnisse, dazu
führen, daß man bei verschiedenen Gelegenheiten verschiedene Signale U1 + U2 erhält.
Um die Ausgangsleistung der Leuchtdiode den genannten Variationen
anzupassen, wird das Signal U1 + U2 zusammen mit einem Bezugssignal Uq2 au±. einen Verstärker 41 gegeben, dessen Ausgangssignal
d er Differenz seiner Eingangssignale entspricht, welche Differenz zusammen mit der Impulsfolge von Oszillator 30 die
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Ausgangsleistung der Leuchtdiode steuert.
Das Signal IL + U« wird auch verwendet am anzuzeigen, ob die
erforderliche Lichtstärke auf der Fläche 27 des Detektors fällt, indem das Signal U^ +U2 einem Niveauindikator 42
zugeleitet wird, der wiederum an ein Signal- oder Anzeigeorgan 43 angeschlossen sein kann, wodurch verhindert wird, daß
aufgrund von Fehlereinflüssen, wie zufälliger Schmutzblockierung des Retroreflektors 16 oder dergl·, falsche Ausgangssignale
von der Anordnung geliefert werden·
Der Lichtsender kann, wie bereits genannt, aus einer Leuchtdiode bestehen, wobei ein besondere geeigneter Typ HAFO 1A63 ist.
Die verwendeten Verstärker können zweckmäßigerweise vom Typ SL 8018 sein.
Geeignete Multiplizier- und De vidi er organe sind z.B. Nexus 44i?2,
und ein geeigneter Niveaudetektor ist ASEA. QDGU 105.
Die Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiei beschränkt? vielmehr kann dieses im Rahmen
des allgemeinen Erfindungsgedankens vielfach variiert werden·
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Claims (1)
- Patentansprüche:1· /Anordnung bei Kränen zur Bestimmung der Abweichung des Lastbefestigungsorgans von einer definierten lotrechten Linie, dadurch gekennzeichnet, daß am Kran ein Lichtsender (17) und eine Detektoreinheit (18, 19» 31-43) angeordnet sind, daß auf dem Lastbefestigungsorgan (14) ein lichtreilektierend.es Organ (1b) angeordnet ist, daß der Lichtsender (17) Licht (26) mit einer solchen Divergenz zu dem Lastfestigungsorgan (14) strahl-^ daß das Licht einen angenommenen Bewegungsbereich des Lastbefestigungsorgans (14) überdeckt, daß das lichtreflektierende Organ (16) das einfallende Licht auf die Detektoreinheit (18, 19, 31^43) reflektiert und daß die Detektoreinheit (18, 19, 31-43) die Abweichung des Lastbefestigungsorgans (14) von der genannten lotrechten Linie (25) anzeigt.2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (18, 19, 31-43) ein Linsensystem (18) sowie einen Photodetektor (19) enthält, wobei das Linsensystem (18) das einfallende Licht auf die lichtempfindliche Fläche (27) des Photodetektors (19) wirft.3· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtreflektierende Organ (16) das Licht parallel zum einfallenden Licht reflektiert.■■■.- 13 309842/04764. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der angenommene Bewegungsbereich des Last-* befestigungsorgans (14) die genannte lotrechte Linie (25) umfaßt.5. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß daszweimalLinsensystem (18) eine horizontale Apertur hat, die mindestens/ so groß wie die horizontale Ausdehnung des lichtreflektierenden Organs (16) ist.b. Anordnung nach, Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet# daß das lichtreilektierende Organ (1b) aus einem Retroreflektor besteht«7· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor (19) Signale (31, 32) abgibt, die ein Maß für die Abweichung des Schwerpunktes des auf die lichtempfindliche Fläche (2?) des Photodetektors (19) konvergierten Lichts von einer definierten Achse (28) auf der lichtempfindlichen Fläche (27) darstellt.8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis T1 dadurch gekennzeichnet, daß die genannte lotrechte Linie (25) alt der optischen Achse des Lichtsenders (17) zusammenfällt.9. Anordnung nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen des Lichtsenders (17) und des Linsensystems (18) zusammenfallen.309842/0476 - 14 -10. Anordnung nach Anspruch 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der lichtempfindlichen Fläche (27) des Photodetektors (19) definierte Achse (28) die Normale der genannten lotrechten Linie (25) darstellt.11· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 his 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Organe zur Bestimmung und Registrierung der augenblicklichen Länge der zwischen Kran und Lastbefestigungsorgan (14) laufenden Seile (13) enthält·12. Anordnung nach Anspruch 2 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinheit (18, 19, 31-43) ein an den Photodetektor (19) und die seillängenmessenden Organe angeschlossenes Auswertungsorgan (31^43) enthält, das ein Ausgangssignal gibt, das proportional der Abweichung des Hebeorgans (14) von der genannten lotrechten Linie (25) ist.13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Detektoreinheit (18, 19, 31-43) . Signale abgibt, die die Leistungekapazität des genannten Lichtsenders (17) kontrollieren·309842/0476
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