DE2346845B2 - Steuereinrichtung für die hydraulischen Antriebe eines Krans - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für die hydraulischen Antriebe eines Krans mit Ausleger, deren Antriebsgeschwindigkeit proportional zur Stellung eines Wegeventils über eine einen Sollwertgeber enthaltende Fernbedienung und ein das Wegeventil beaufschlagendes Servosystem mit Soll-Ist-Vergleich gesteuert wird.

Kräne dieser Art werden beispielsweise im Bauwesen eingesetzt. Sie können stationär oder auf Fahrzeugen montiert sein und dienen insbesondere dem Transport von Lasten, die für die Errichtung des Bauwerkes benötigt werden. Dazu nimmt der Kran die Last, die sich auf einem Lagerplatz befindet oder mit einem Fahrzeug in den Schwenkbereich des Auslegers gefahren wird, auf und transportiert sie zum Einsatzort. Da bei sehr hoch gelegenen Einsatzorten die Steuerung des Krans bzw. seines Auslegers nicht mehr vom Kran selbst erfolgen kann, weil der Einsatzort von dem Kran nicht mehr eingesehen werden kann, ist eine Fernbedienung vorgesehen, die es ermöglicht, daß eine Bedienungsperson, die so steht, daß sie Lagerplatz und Einsatzort übersehen kann, den Kran bzw. dessen Ausleger dirigiert Die Fernbedienung besteht aus einem tragbaren Schaltpult, an das eine Kabelleitung angeschlossen ist, die zu den Steuerelementen und Antrieben des Krans bzw. des Auslegers führt.

Bei einer bekannten Ausführungsform sind die Sollwertgeber, der Istwertgeber, ein Vergleicher und ein Leistungsverstärker an verschiedenen Orten des Krans untergebracht Sie sind durch Kabel lüteinander verbunden. Temperaturbedingte Hystereseerscheinungen im Leistungsteil und die Empfindlichkeit der Kabel für induktive Störungen sowie die Empfindlichkeit der als induktive Weggeber ausgebildeten Istwert- bzw. Sollwertgeber führen zu nicht kontrollierbaren Störungen in dem von dem System gebildeten Regelkreis. Eine zielgenaue Steuerung ist deshalb nicht möglich.

Eine Fernsteuerung für Hydraulikwinden ist aus »Schiffbautechnik«, 1968, Nr. 9, S. 532 bekannt Dort ist ein Servosystem, das aus einem elektromotorischen N achlauf system besteht und von einem den Soll-Ist-Vergleich ausführenden Vergleichsverstärker gesteuert ist, einer Winde zugeordnet Ein solches Servosystem arbeitet wegen der Trägheit und der Übertragung durch die elektromotorischen Antriebe verhältnismäßig langsam und ist, bedingt durch den komplizierten mechanischen Aufbau, sehr aufwendig. Die Teile des Servosystems, insbesonde?e der Soll-Ist-Vergleich, müssen sehr präzise gefertigt und eingestellt sein, wenn eine zielgenaue Steuerung sichergestellt sein soll. Die Anlage ist daher sehr aufwendig, wartungsintensiv und in der Regel nicht in der geforderten Art zielgenau zu steuern.

Aus der US-PS 31 73 550 ist eine Ein-Aus-Steuerung

bekannt, die der Steuerung eines Hydraulikkrans mit Ausleger zugeordnet ist. Es handelt sich hier jedoch um eine Steuerung, die nicht proportional steuert, so daß ein gleichmäßiger und einwandfreier Betrieb nicht gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für den hydraulischen Antrieb eines Krans mit Ausleger anzugeben, die eine betriebssichere Arbeitsweise gewährleistet und die eine zielgenaue Steuerung des Auslegers ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß das Servosystem ein hydraulischer Differenzverstärker mit einem beidseits vom Pumpendruck beaufschlagten Kolben ist, der auf einer das Wegeventil und das Servosystem verbindenden Kolbenstange angeordnet ist, und von einem Vergleichsverstärker gesteuerte Magnetventile aufweist, über die beidseits des Kolbens vorhandene Druckräume mit einer Rücklaufleitung verbunden sind. Bei diesem Servosystem stehen die Druckräume des Druckzylinders ständig unter Druck. Die Entlastung der Druckräume wird durch die Magnetventile bewirkt, denen Vergleichsverstärker vorgeschaltet sind und deren Einstellwerte sich nach dem Soll-Ist-Vergleich richten. Das ermöglicht eine sehr feinfühlige Steuerung des Servosystems, das im übrigen mit dem Wegeventil direkt gekoppelt ist, indem der Kolben des Servosystems mit dem Kolben des Wegeventils auf der gleichen Kolbenstange angeordnet ist. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß die Magnetventile nach ihrem Ansprechen ständig von Hydrauliköl durchflossen sind. Dadurch werden Schmutzteilchen und Luftblasen fortgespült.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung soll das Servosystem einen Leistungsverstärker und einen nachgeschalteten Vergleichsverstärker aus inte-

grierten Schaltungen aufweisen. Die Verstarker werden dabei sehr klein, so daß ihre Anordnung im Rahmen der Baueinheit keine Schwierigkeiten bereitet. Die Verwendung von integrierten Schaltungen hat darüberhinaus den Vorteil, daß eine etwa erforderliche Abschirmung vereinfacht wird und daß darüberhinaus Temperaturprobleme keine Rolle mehr spielen, denn die integrierten Schaltungen arbeiten in einem weiten Temperaturbereich einwandfrei.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Druckräume über Drosseln an eine Steuerdruckleitung angeschlossen, so daß die Druckräume jeweils einem gleichmäßigen Druck unterstehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt

F i g. 1 die Ansicht einer Steuereinheit für die Antriebe eines Kranauslegers, teilweise geschnitten,

F ig. 2 die Aufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 1, F i g. 3 das Schaltbild des Gegenstandes nach F i g. 1.

Die in den Figuren dargestellte Steuereinheit ist für einen Kran bestimmt, der eine Betonförderleitung trägt, an den eine Betonpumpe angeschlossen ist. Mit diesem Kran wird Beton auf ein Bauwerk gefördert. Die Steuereinheit besteht aus zwei Gehäusen 1,1 mit daran angeordneten Steuerelementen, mit denen einerseits die Schwenkbewegung des Auslegers des Krans in einer horizontalen Ebene und andererseits die Schwenkbewegung des Auslegers in einer vertikalen Ebene gesteuert werden. Beide sind identisch ausgebildet, so daß im folgenden lediglich eines beschrieben wird.

Die Antriebe des Auslegers bestehen, wie in F i g. 3 schematisch dargestellt, aus Zylinderkolbenanordnun gen 3, die einen Zylinder 4 besitzen, in dem ein Kolben 5 verschieblich angeordnet ist. Die sich beidseits des Kolbens 5 ergebenden Druckräume 6, 7 sind über Druckleitungen 8, 9 mit einem feingesteuerten Wegeventil 10 verbunden. Mit Hilfe des Wegeventiles 10 werden die Geschwindigkeiten der Antriebe proportional einem vorgegebenen Sollwert gesteuert.

Das Wegeventil 10 ist in üblicher Weise aufgebaut, es besteht aus im einzelnen nicht dargestellten Kolben und Zylindern, wobei die Kolben auf einer gemeinsamen Kolbenstange 11 angeordnet sind. Die Kolbenstange 11 ist einerseits über eine Handbetätigung 12 und andererseits über ein Servosystem 13 verstellbar.

Wie man insbesondere der Fi;,. 1 entnimmt, besteht das Servosystem 13 aus einem Druckzylinder 14, in dein ein Kolben 15 geführt ist. Dieser Kolben 15 ist auf der Kolbenstange 11 befestigt, die als gemeinsames Bauteil sowohl dem Wegeventil 10 als auch dem Servosystem 13 zugeordnet ist. Dazu sind Wegeventil 10 und Servosystem 13 jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse 1 bzw. 2 untergebracht. Das Servosystem 13 ist vom Wegeventil 10 durch eine Trennwand 16 im Gehäuse 1 bzw. 2 getren.it. Die Kolbenstange 11 ist durch abgedichtete Öffnungen 17 durch die Trennwand hindurchgeführt.

Beidseits des Kolbens 15 des Servosystems 13 sind Druckräume 18,19 gebildet, die über Steuerdruckleitungen 20, 21 an eine Pumpe 22 angeschlossen sind. In den Steuerdruekleitungen 20,21 sind ein Vorspannventil 23, Anzeigegeräte 24, sowie Drosseln 37 vorgesehen. Die Pumpe 22 versorgt über das Wegeventil 10 und die Druckleitungen 8,9 auch die hydraulischen Antriebe.

Wie man insbesondere aus Fig. 1 entnimmt, ist die Kolbenstange 11 üoer den Druckraum 19 des Druckzylinders 14 hinaus durch eine weitere Trennwand 25 bis in einen vom Gehäuse 1 bzw. 2 umschlossenen Raum 26 verlängert, in dem als Istwertgeber ein Potentiometer 27 !angeordnet ist. Dieses Potentiometer 27 ist koaxial zur Kolbenstange 11 angeordnet und sitzt auf der Kolbenstange 11, die in diesem Bereich als Spindel 28 ausgebildet ist, so daß Potentiometer 27 und Kolbenstange 11 mechanisch miteinander gekoppelt sind und jede Verstellung der Kolbenstange 11 zu eine;· Änderung des von dem Potentiometer 27 abgegebenen Signals führt

In dem Raum 26 sind auch ein Vergleichsverstärker 29 für den Soll-Istwertvergleich sowie Leistungsverstärker 30 angeordnet Potentiometer 27, Vergleichsverstärker 29 und Leistungsverstärker 30 erhalten ihre Stromversorgung über eine an das Gehäuse 1 bzw. 2 im Bereich des Raumes 26 angeordnete Buchse.

Die Leistungsverstärker 30 steuern druckregelbare Magnetventile 31,32, die auf dem Gehäuse 1 bzw. 2 im Bereich des Servosystems 13 angebracht sind, und zwar so, daß jeweils ein Magnetventil 31,32 unmittelbar über einem zugeordneten Druckraum 18,19 des Druckzylinders 14 sitzt Selbstverständlich si;*i die Druckräume 18, 19 mit den Magnetventilen 31,32 so verbunden, daß die Druckflüssigkeit von der Pumpe 22 über die Steuerdruekleitungen 20, 21 die Druckräume 18, 1? zu den Magnetventilen 31,32 gelangen kann.

Von den Magnetventilen 31, 32 fließt die Druckflüssigkeit über Rücklaufleitungen 33, 34 zu einem Tank zurück.

Die Magnetventile 31,32 befinden sich in geschlossener Stellung. Die Steuerung der Magnetventile erfolgt über die Leistungsverstärker 30, von denen je einer einem Magnetventil 31, 32 zugeordnet ist. Am Eingang der Leistungsverstärker 30 liegt der Vergleichsverstärker 29, der ein einfacher Meßverstärker ist und den vom Potentiometer 27 abgegebenen Istwert mit einem Sollwert vergleicht. Das Meßsignal des Sollwertes entsteht in einem Sollwertgeber 35, der über eine Fernübertragung an den Vergleichsverstärker 29 angeschlossen ist. Die Fernübertragung kann ciurch eine Leitung erfolgen, sie kann aber auch durch Funk verwirklicht werden.

Die beschriebene Steuerung arbeitet wie folgt: Ein am Sollwertgeber 35 eingestellter Sollwert wird an den Vergleichsverstärker 29 weitergegeben, der den Sollwert mit dem Meßsignal des Potenlioneters 27 (Istwert) vergleicht und die Differenz der Meßsignale nach Verstärkung an die Leistungsverstärker 30 weitergibt. Die Leistungsverstärker 30 beaufschlagen die Magnetventile 31, 32 so, daß jeweils ein Magnetventil öffnet, während das andere Magnetventil geschlossen bleibt, so daß in den Druvkraumen 18, 19 des Servosystems 13 eine Druckdifferenz entsteht, die eine Verschiebung des Kolbens 15 bewirkt. Mit der Verschiebung des Kolbens 15 ,indert sich auch die Stellung des Wegeventils 10, so daß die Zylinderkolbenanordnung 3 des Antriebes über die Druckleitungen 8,9 beaufschlagt wird.

Mit der Verschiebung des Kolbens 15 des Servosystems 13 ändert sich auch das vom Potentiometer 27 abgegebene lvMsignal und zwar so lange, bis es die gleiche Größe erreicht hat wie das vom Sollwertgeber 35 abgegebene Meßsignal. Das erfolgt sehr schnell mit Rücksicht auf die starke Rückkopplung dos Systems, so daß eine sehr feinfühlige Geschwindigkeitssteuerung der Antriebe für den Ausleger des Krans möglich wird. Übersteuerungen und Beschädigungen des Systems werden durch das Vorspannventil 23 bzw. ein Sicherheitsventil 36 verhindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für die hydraulischen Antriebe eines Krans mit Ausleger, deren Antriebsgeschwindigkeit proportional zur Stellung eines Wegeventils über eine einen Sollwertgeber enthaltende Fernbedienung und ein das Wegeventil beaufschlagendes Servosystem mit Soll-Ist-Vergleich gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem (13) ein hydraulischer Differenzverstärker mit einem beidseits vom Pumpendruck beaufschlagten Kolben (15) ist, der auf einer das Wegeventil (10) und das Servosystem (13) verbindenden Kolbenstange (11) angeordnet ist, und von einem Vergleichsverstärker (29) gesteuerte Magnetventile (31, 32) aufweist, über die beidseits des Kolbens (15) vorhandene Druckräume (18, 19) mit einer Rücklaufleitung(33) verbunden sind.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (18, 1Θ) über Drosseln (37) an eine Steuerdruckleitung (20) angeschlossen sind.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetventile (31, 32) als Druckregelventile ausgebildet sind, denen Leistungsverstärker (30) vorgeschaltet sind und deren Einstellwert sich nach dem Soll-Istwertvergleich richtet.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsverstärker (30) dem Vergleichsverstärker (29) nachgeschaltet sind.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsverstärker (30) und der Vergleichsv^rstärktr (29) integrierte Schaltungen aufweisen.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (27) mit dem Kolben des Wegeventils (10) mechanisch gekoppelt ist.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (27) als Potentiometer ausgebildet ist, das mit einem Spindelantrieb (28) an das Wegeventil (10) angeschlossen ist.