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Lastmomentbegrenzer für einen Kran
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Die Erfindung betrifft einen Lastmomentbegrenzer für einen Kran mit
einem um eine horizontale Ache und ggf.um eine vertikale Achse schwenkbaren, längenveränderbaren
Ausleger, Meßaufnehmern zum Erfassen der für den momentanen Belastungszustand des
Krans charkteristischen Ist-Betriebsgrößen, einem digitalen Rechner mit Speicher,
in dem Kraft- oder Momentgrenzwerte in Zuordnung zu diskreten Punkten eines mehrdimensionalen
Betriebsgrößenfeldes vorprogrammierbar sind, wobei der Rechner durch Interpolation
Zwischenwerte der Kraft- oder Momentgrenzwerte für gemessene Ist-Betrebsgrössen
ermittelt und einen Vergleicher, der den jeweiligen Grenzwert mit dem gemessenen
Istwert der Kraft oder des Momentes vergleicht und bei Gleichheit ein Oberlastsignal
auslöst.
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Es ist ein Lastmomentbegrenzer dieser Art bekannt (DE-OS 26 41 082),
dessen Speicher ein Kernspeicher sein und mit Programmiergeräten in Verbindung stehen
soll. Ober Aufbau und Erstellung dieses Speichers ist der Druckschrift nichts zu
entnehmen.
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Der Aufbau eines Speichers bei einem Lastmomentbegrenzer für Krane
der eingangs genannten Arbzw. eine Vorgehensweise beim Speichern und Ermitteln von
Grenzwerten unter Abruf von gespeicherten Werten ist ebenfalls bekannt (Vortragsmanuskript
der Friedrich Krupp GmbH, Kruppforschungsinstitut "Mikroprozessoreinsatz bei der
Lastmomentbegrenzung von Mobilkränen", RE 111.7.3), wobei Traglastwerte von vorgegebenen
Traglastkurven an diskreten Stützpunkten eines Programmspeichers eingespeichert
sind. Dabei sind die Anzahl der diskreten Stützpunkte und deren Abstände in einem
Rasterfeld für jede zu speichernde Tragmast kurve starr vorgegeben. Zur.Ermittlung
von Grenzwerten für Stellung des Auslegers, die zwischen den Stützpunkten liegen,
wird nach einer Hyperbelfunktion interpoliert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Speicher und seine Erstellung
und damit die Programmierfähigkeit des Lastmomentoegrenzers unter Einsparung von
Speicherplätzen flexibler zu ytstalten, wobei gleichzeitis die Genauigkeit der iachbilduiiy
der vom Kranhersteller vorgegebenen Grenzwertkurven verbessert werden soll.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Lastmomentbegrenzer der eingangs
genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Speicher mehrere vertikal
angeordnete Speicherebenen mit bestimmter Rangfolge der einzelnen Speicherebenen
bei der Belegung von Speicherplätzen und beim Abrufen von gespeicherten Werten aufweist,
wobei nur in der Speicherebene niedrigsten Ranges Grenz- -werte in Zuordnung zu
einer geeigneten Betriebsgröße gespeichert sind und in den übrigen Speicherebenen
höheren Ranges zugeordnet zu jeweils anderen Betriebsgrößen Adressen bzw. Kennziffern
gespeichert sind, die ein Auswählen der in der jeweils nächstniedrigen Speicherebene
gespeicherten Werte ermöglichen.
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Bei der Erfindung ist ein individueller Verbrauch von Speicherplätzen
je nach Verlauf und Länge der einzuspeichernden Grenzwertkurve möglich. So werden
zur Speicherung von Grenzwertkurven geringer Länge bzw. Grenzwertkurven weitgehend
geraden Verlaufs nur wenige SpeScherplätze belegt. Dagegen können bei sich stark
veränderndem Kurvenverlauf der Grenzwertkurve - oder bei langen Grenzwertkurven
. viele Stützpunkte gewählt werden. Dies ermöglicht bei sehr vielen Betriebsarten
bzw. Rüstzuständen des Krans die Einsparung einer großen Anzahl von Speicherplätzen.
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Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im
Speicher erfindungsgemäß keine starre Rasterung mit stets gleichbleibenden Abständen
der einzelnen Stützpunkte mehr verwirklicht ist. Die Abstände der Stützpunkte im
Raster können je nach Verlauf der nachzubildenden Grenzwertkurve variiert werden.
Dies verbessert die Güte der Nachbildung der Grenzwertkurven.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Speicher
eine erste Speicherebene zur Speicherung von Kennziffern und Adressen in Zuordnung
zu verschiedenen Rüstzuständen, eine zweite Speicherebene zur Speicherung von Kennziffern
und Adressen in Zuordnung zu diskreten Auslegerlängenwerten und eine dritte Speicherebene
zum Speichern von Grenzwerten in Zuordnung zu diskreten Werten von Ausladungen und/oder
Schwenkwinkeln des Auslegers
umfasst, und daß die erste Speicherebene
den ersten Platz, die zweite Speicherebene den zweiten Platz und die dritte Speicherebeneden
dritten Platz in der Rangfolge einnehmen.
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Wegen der Variabilität der Anzahl und des Abstandes der Stützpunkte
im Rasterfeld des Speichers genügt gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung,
wenn der Rechner zwischen in der dritten Speicherebene gefundenen Grenzmomenten
zur Ermittlung des zu dem gemessenen Ist-Betriebszustand des Krans gehörenden Grenzmomentes
zweidimensional linear interpoliert, d.h.beispielsweise zwischen zwei über benachbarten
Auslegerlängenwerten gespeicherten Grenzmomentwerten bei konstanter Ausladung und
zwischen zwei über benachbarten Ausladungswerten gespeicherten Grenzmomenten bei
konstanter Auslegerlänge.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein,
daß in der dritten Speicherebene Grenzmomente für den unbelasteten Leerausleger
und für den belasteten Ausleger gespeichert sind, und daß der Rechner zur Ermittlung
des allein durch die Last am Kranhaken hervorgerufenen Grenzmomentes die ermittelten
Grenzmoment-Leerlauslegerwerte von den Grenzmoment-Gesamtwerten s ; subQtrahiert.
Diese Ausführung ist vorteilhaft insbesondere bei einer Erfassen des Ist-Belastungszustandes
durch Messung des Gesamtmomentes, beispielsweise durch Messung des Drucks im Wippzylinder
des Auslegers.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit
weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schema eines mobilen
Teleskopkrans mi-t wichtigen vorkommenden.
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Betriebsgrößen; Fig.2 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Lastmomentbegrenzers
gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Speichers
des Lastmomentbegrenzers nach Fig..l; Fig.4 ein dreidimensionales Diagramm zur Veranschaulichung-der
in dem Lastmomentbegrenzer zur Ermittlung von Grenzmomenten vorzunehmenden Interpolation.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Ausleger eines mobilen Teleskopkranes.Der
teleskopisch ausschiebbare Hauptausleger 1 ist mittels eines Wippzylinders 2, der
einen festen Fußpunkt Z an einem nicht gezeichneten-Oberwagen des Kranes hat, in
seiner Winkellage gegenüber derVertikalen veränderbar (Winkel o().
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Am oberen Ende trägt der Hauptausleger 1 einen Vorbau 3, an dem ein
Spitzenausleger 4 schwenkbar angelenkt ist (Winkel ). Der Spitzenausleger 4 trägt
seinerseits an dem Spitzenauslegerkopf einen Vorbau 5, an dem eine Last Q hängt.Die
Last ist mit einem Hubseil 6 anhebbar, das über Rollen 8,9 von einer Seiltrommel
7 zur Last Q geführt ist.
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Die wichtigen, in Fig. 1 eingezeichneten Betriebsgrößen sindaus der
folgenden Liste ersichtlich: LHA = Länge des Hauptauslegers 1 LSPA = Länge des Spitzenauslegers4
HBZ = Hebelarm des Wippzylinders2 L1 = Länge des Vorbaus3für Spitzenauslegeranlenkung
L2 = Differenz zwischen Nennlänge der Spitze und tatsächlicher Länge L3 = Länge
des Vorbaus5des Spitzenauslegerkopfes D =Abstand zwischen Kranabstützung und Drehkranzmitte
= = Winkel des Hauptauslegers zur Vertikalen = = Winkel der Spitze relativ zum Winkel
o( R = Radius (Ausladung) AR = Radiusvergrößerung aufgrund der Auslegerdurchbiegung
HHub = Abstand des Hubseils vom Drehpunkt des Auslegers SE = Anzahl der Seilscherungen
Q = am Kranhaken hängende Last Mges = gesamtes auf den Kran wirkendes Istmoment
Mleer= auf den Kran wirkendes Moment des unbelasteten Auslegers Die Ausladung, im
folgenden (und auch in der Fig. 3)als "Radius" bezeichnet, ist derjenige Hebelarm,
umden der Kran bei Oberlastung kippen kann. Dieser Radius wird nicht von der Mitte
des Drehkranzes sondern in einem Abstand D davon genommen, der von der Drehkranzmitte
bis zur jeweils gewählten Kranabstützung reicht.
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Dieser Radius R läßt sich aus den Betriebsgrößen nach folgender Gleichung
ermitteln: R = LHA . sinn + L1 . sin (o" + 900) + (LSPA'+ L2)sin(ty+L3.sin(«++9Oc)
- 0 Mit Hilfe dieser Gleichung ergibt sich das Gesamtmoment zu Mges - Mleer + Q
(R+D) - Q HHub/SE Ein Blockschaltbild für einen Lastmomentbegrenzer ist anhand der
Fig. 2 beschieben.
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Meßaufnehmer für die Ist-Betriebsgrößen, nämlich ein Meßaufnehmer
10 für den Winkel ffi des Spitzenauslegers 4, ein kombinierter Meßaufnehmer 12 für
die Länge LHA und den Winkel α des Hauptauslegersl und ein Meßaufnehmer 14
für die Betriebsart, mit welchem über die Kranelektrik 15 der Abstützungsbereich
erfaßt wird, und schließlich ein Meßaufnehmer 16 in Form eines Druckmeßgebers, der
die Drücke auf den beiden.Seiten des Kolbens 18 des Wippzylinders 2 mißt, führen
ihre Meßwerte einen Vorverstärker 20 zu. Dem -kombinierten Meßaufnehmer 12 für die
Größen des Hauptauslegers 1 werden Hubendwerte von einem Hubendschalter 11 für den
Hauptausleger und von einem Hubendschalter 13 des Spitzenauslegers 4 eingegeben,
sobald diese Grenzwerte erreicht werden.
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Ober eine schematisch angedeutete Verbindung 22 mit 48Leitungen und
einen Analog-Digitalwandler 24 ist der Ausgang des Vorverstärkers 20 mit einer digitalen
Zentraleinheit verbunden, die einen Computer 28 und einen daran angeordneten Speicher
30 umfaßt.
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Ober eine Multiplexer-Schaltung 32 ist die Zentraleinheit 26 mit einer
Anzeigevorrichtung 34 verbunden. Ferner ist die Zentraleinheit 26 direkt mit einer
Abschaltvorrichtung 36 verbunden, welche alle das Lastmoment vergrössernden Bewegungen,
insbesondere den Lasthub, abschaltet, wenn das Lastmoment einen kritischen Wert
überschreitetet.
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Der beschriebene Lastmomentbegrenzer arbeitet nach dem Prinzip des
Soll-Istwertvergleiches , wobei der Sollwert-ein Grenzwert nämlich das für den momentanen
Betriebszustand zulässige-Grenzmoment ist.
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Dieses Grenzmoment wird von dem Computer 28 aus im Speicher 30 gespeicherten
Grenzmomenten ermittelt, während das Ist-Moment nach Messung der Kraft im.Wippzylinder
2 und nach Ermittlung des Radius R nach der oben angegebenen Gleichung durch funktionelle
Verknüpfung dieser Grössen gebildet wird.
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Der Speicher 30 ist so aufgebaut, daß er bei besonders sparsamer
Verwendung der Speicherplätze eine gute Nachbildung der vom Kranhersteller vorgegebenen
Grenzmomentkurven für alle Betriebszustände ermöglicht. Der Aufbau des Speichers-ist
im folgenden anhand der Fig. 3 näher erläutert.
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Der Speicher 30 hat gemäß Fig. 3 drei Speicherebenen, nämlich eine
erste Speicherebene 40 zur Speicherung der Betriebsarten, eine zweite Speicherebene
42 zur Speicherung der sogenannten Längentabelle und eine dritte Speicherebene 44-
zur Speicherung einer Radius-/Winkel tabelle. Die Die Speicherung über Radius und
Längen ist nötig, weil diese Größen wegen der Veränderbarkeit der Länge LHA des
Hauptauslegers 1 (Teleskop) geometrisch unabhängig veränderliche Größen sind.
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Die drei Speicherebenen sind "vertikal" angeordnet, wobei die Rangfolge
der Speicherebenen mit der Speicherebene 40 als höchstrangiger Ebene beginnt und
mit der Speicherebene 44. als unterster Speicherebene niedrigsten Ranges endet.
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Die Abschaltkurven werden sequentiell in den Ebenen abgespeichert.
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Inder ersten Speicherebene 40 sind Betriebsarten (kurz: BA) gespeichert,
wobei für jede Betriebsart eine Kennziffer, die Länge des Spitzenauslegers, der
Spitzenwinkel und eine Adresse an die zweite Speicherebene 42 eingespeSchert sind.
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In der zweiten Speicherebene 42 sind für jede Betriebsart die verschiedenen
Teleskopstufenlängen gespeichert, wobei zu jeder Längenstufe Kennziffern und eine
Adresse an die Radiustabelle der dritten Speicherebene 44 eingespeichert
ist.
Die Stufen zwischen den einzelnen Längen können von vier bis maximal zu zweiunddreißig
Schritten erweitert werden. Ferner sind in den beiden ersten Speicherebenen Multiplikatoren
voon 1 bis 8 für die Länge, den Radius und den Sollwert enthalten, mit denen die
gespeicherten Grenzmomentwerte "gedehnt" werden können.
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In der dritten Speicherebene sind für jede Betriebsart und jede Långenstufe
zu einer Anzahl von Radien ein "Sollwert" für das Grenzlastmoment, ein '9Leermomentwert"
für das vom unbelasteten Ausleger erzeugte Moment und ein Hebelarm'HHub des Hubseiles
bei dem entsprechenden Radius gespeichert.
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Wenn beispielsweise in der Speicherebene 40 fünf Betriebsarten, ein
der zweiten Speicherebene 42 acht Längenschritte und in der dritten Speicherebene
acht Radienschritte gespeichert werden, dann werden insgesamt 320 "Stützpunkte"
benötigt. Der Speicher kann selbstverständlich nach Bedarf auch mehr Speicherplätze
aufweisen.
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Der Aufbau des Speichers nach Fig. 3 mit der beschriebenen sequentiellen
Tabellentechnik läßt wie gesagt eine dynamische Speicherung, d.h. je nach Anforderung
eine Variation der Längenschritte und der Ra,dienschritte sowohl hinsichtlich ihrer
Anzahl als auch hinsichtlich ihres Abstandes zu. Wie nützlich dies ist, macht das
Diagramm nach Fig. 4 deutlich. In Fig. 4 sind über einer Ebene mit/ZW8krecht zueinander
stehenden Achsen für die Länge L und den Radius R auf das maximale Gesamtmoment
Mmax bezogene Leerausleger-GrenzmomenteM leer in % aufgetragen. Die zu den einzelnen
Längenschritten sich ergebenden Kurven sind mit dem Bezugszeichen 46,48, 50,52 bezeichnet.
Aufgrund des beschriebenen Speicheraufbaus ist es nun möglich, je nach dem Verlauf
der durch die Kurven 46 bis 52 beschriebenen Fläche den Abstand der Kurve passend
zu wählen, d.h. die Längenschritte in Richtung der Längenachse L zu verändern und
ebenso auch die Punkte auf den Kurven, bei denen die Länge L ja jeweils konstant
ist, durch Variation des Abstandes der Radienschritte je nach Kurvenverlauf mit
. kleinerem oder größerem Abstand zu wählen. Das Rasterfeld ist also in beiden Richtungen
L,R variabel. Die durch die Kurven 46, 52 gebildete Fläche repräsentiert die Leerausleger-Grenzmomentfläche.
Von dieser Fläche sind aber nur die diskreten Grenzmomente bekannt, die durch die
Punkte auf den Kurven symbolisiert werden. Die Istwerte für die jeweils tatsächlich
vorhandene Länge L und den jeweils tatsächlich vorhandenen Radius R im Betrieb liegen
zwischen den Stützpunkten. Aufgrund der günstigen, dem Kurvenverlauf anpassbaren
Zahl der Stützpunkte genügt es, wenn der Computer 28 zweidimensional linear interpoliert.
Hierzu interpoliert er zunächst bei festgehaltenem, dem Betriebspunkt benachbarten
kleineren Radius R1 zwischen den
Punkten L1R1 und L2R1 , d.h. zwischen
der kleineren Länge L1 und der größeren Länge L2 als der Länge am Betriebspunkt
LpRp. Dann interpoliert der Rechner bei festgehaltenem größerem Radius R2 zwischen
den Punkten L1 R2 und L2 R2 wieder bei kleinerer Länge L1 und größerer Länge L2.
Das Ergebnis dieser beiden Interpolationen sind die Grenzmomente an den ZwischenstellenLp,
d.h. in Fig. 4 die Punkte Lp R1 und LP R2 bei kleinerem Radius R1 und größerem Radius
R2.
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In einer dritten Interpolation interpoliert der Computer 28-nun zwischen
diesen beiden Punkten am Punkt LpRp, d.h. das Leerausleger-Grenzmoment am Betriebspunkt.
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In gleicher Weise werden die Gesamt-Grenzmomente aus den gespeicherten
Gesamtgrenzmomentwerten ermittelt.
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Um nun den allein durch die Last verursachten Momentenanteil zu erhalten,
subtrahiert der Rechner jeweils am Betriebspunkt das ermittelte Leerausleger-Grenzmoment
vom ermittelten Gesamt-Grenzmoment.
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Der beschriebene Lastmomentbegrenzer eignet sich insbesondere für
die Ausführung in Mikroprozessor-Technik, die bei geringem gerätetechnischem Aufwand
die Ausführung umfangreicher Rechnungen, einfache Anpassung an spezielle Krantypen
durch Programmierbarkeit vor Ort, den Selbsttest und weitere Ausbaufähigkeit ermöglicht,
um nur einige Vorteile zu'nennen.