DE2930439A1

DE2930439A1 - Ueberlastsicherung fuer ein hebezeug

Info

Publication number: DE2930439A1
Application number: DE19792930439
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: ISETRON IND SICHERHEITS ELEKTR
Current assignee: ISETRON IND SICHERHEITS ELEKTR
Priority date: 1979-07-26
Filing date: 1979-07-26
Publication date: 1981-02-05
Also published as: GB2055488B; GB2055488A; DE2930439C2

Description

DfPL-PHyS-O₁E.Weber O d· MOnch.n π

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

Telefon:	(089)7 9150 50
Telegramm:	monopolweber
	münchen
Telex:	05-2128 77
J 114

Isetron

Industrie- Sicherheits-Elektronik GmbH Gökerstr. 62

2940 Wilhelmshaven

Überlastsicherung für ein Hebezeug

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung eines mit wenigstens zwei verschiedenen Hubgeschwindigkeiten arbeitenden Hebezeugs, bei welchem, insbesondere während des Straffens eines Hubseils, die Hubseilkraft ermittelt und beim Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes von einer höheren auf eine geringere Hubgeschwindigkeit umgeschaltet wird.

Ein bekanntes Problem ist die Überlastung von Hebezeugen im Anfangsbereich der Hubbewegung infolge auftretender Schwingungen, durch welche die Seilkraft merklich größer als das angehängte Gewicht werden kann. Zur Ausschaltung der damit verbundenen Gefahren ist durch die DE-AS 2 058 bereits eine Überlastsicherung der genannten Art bekannt, welche bei Erreichen einer bestimmten Seilkraft anspricht und die Haupthubgeschwindigkeit sperrt, woraufhin zunächst mit der Feinhubgeschwindigkeit weitergefahren wird.

Bei der bekannten Überlastsicherung ist die den Sperrvorgang auslösende bestimmte Seilkraft eine feste Größe, die wesentlich unter der Nennlast dee Seiles liegen muß, da die Seilkraft infolge der genannten Schwingungen auch nach dem Abschalten der Haupthubgeschwindigkeit noch erheblich ansteigen kann. Die Benutzung einer festen Größe als Schaltkriterium führt aber in manchen Fällen zu einer nicht gerechtfertigten Blockierung der vollen Kapazität des Hebezeuges bzw. einem unnützen Zeitaufwand.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Überlastsicherung der eingangs definierten Art zu schaffen, die eine bessere Ausnutzung der Kapazität des Hebezeugs dadurch gewährleistet, daß aus Sicherheitsgründen nicht unbedingt erforderliche Rückschaltungen weitgehend vermieden werden.

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Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß die Hubseil-Kraftänderung als Funktion der Zeit (dF/dt) ermittelt wird und daß die Verminderung der Hubgeschwindigkeit bei einem zu der Differenz zwischen der maximal zulässigen und der momentanen Hubseilkraft proporionalen Wert ausgelöst wird.

Einzelheiten mögen nun anhand einer bevorzugten Ausgestaltung und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert sein. Diese haben folgende Bedeutung:

Pig. 1 zeigt die Schützsteuerung eines mit zwei Geschwindigkeiten arbeitenden Hebezeuges in Verbindung mit einer elektronischen "überlastsicherung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Hubgeschwindigkeit, der Seilkraft und der zeitlichen Ableitung der Seilkraft bei einer kleinen Last in Teildarstellungen 2a, 2b bzw. 2c.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Hubgeschwindigkeit, der Seilkraft und der zeitlichen Ableitung der Seilkraft bei einer schweren Last in Teildarstellungen 3a» 3b bzw. 3c·

Fig. 4 zeigt den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Hubgeschwindigkeit, der Seilkraft und der zeitlichen Ableitung der Seilkraft bei einer für das Hebezeug zu schweren Last in Teildarstellungen 4a, 4b bzw. 4c.

Mit Bezug auf Figur 1 umfaßt eine Schützsteuerung für den Antriebsmotor des Hebezeugs vier Schütze HF, HH, SF und SH, welche den Funktionen "Heben im Feingang", "Heben im Hauptgang", Senken im Feingang" und "Senken im Hauptgang"

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-f-C

zugeordnet sind. Die Betätigung der Schütze erfolgt durch Aufschalten der Phase Ph an ihre Wicklung gegen den Nulleiter Mp.

Zur Betätigung ist für die Schütze EF und HH ein Mehrtaktschalter S1 und für die Schütze SF und SH ein Mehrtaktschalter S2 mit jeweils drei Positionen 1,2,3 und drei SchaIteieneη a, b, c vorgesehen.

Das Umschalten des Schalters S1 aus der Ruheposition 1 in die Arbeitsposition 2 bleibt in der SchaItebene a ohne Auswirkung, legt aber in der Schaltebene b die Phase Ph an das Schütz HF, wodurch "Heben im Feingang" ausgelöst wird. Bei Fortschaltung in die Position 3 wird in der Ebene b die Phase Ph an das Schütz HH gelegt, während der Strompfad für das Schütz HF in die Ebene a verlegt wird, also erhaltenbleibt. Das Anziehen des Schützes HH bringt "Heben im Hauptgang", öffnet aber zugleich einen vor das Schütz HF gelegten Ruhekontakt hh1, wodurch das Schütz HP stromlos wird und abfällt.

In ähnlicher Weise bleibt das Umschalten des Schalters S2 aus der Euheposition 1 in die Arbeitsposition 2 in der Schaltebene a ohne Auswirkung, während in der Scheltebene b die Phase Ph an das Schütz SF gelegt wird, wodurch "Senken im Feingang" ausgelöst wird. Bei Fortschaltung in die Positiaa 3 wird in der Ebene b die Phase Ph an das Schütz SH gelegt, während der Strompfad für das Schütz SF in die Ebene a verlegt wird und somit erhalten bleibt. Das Anziehen des Schützes SH bringt "Senken im Hauptgang", öffnet aber zugleich einen vor das Schütz SF gelegten Ruhekontakt sh1, wodurch das Schütz SF stromlos wird und abfällt.

Die Ebene c des Schalters S1 dient der Verriegelung des Schalters S2 und die Ebene c des Schalter« S2 dient der

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Verriegelung des Schalters S1. Hierzu ist in beiden Schaltern in der Ebene c die Position Λ als Strompfad für den jeweils anderen Schalter benutzt, während die Positionen 2 und 3 nicht beschaltet sind. So setzt die Einschaltung eine* der beiden Schalter S1 bzw. S2 den jeweils anderen stromlos, wodurch eine gegenseitige Verriegelung der Funktionen "Heben" und "Senken" erreicht ist. Andererseits verriegelt der Hauptgang in beiden Funktionsarten den Feingang, was durch die Ruhekontakte hh1 und sh1 der Schütze HH bzw. SH erfolgt.

Eine Besonderheit der Schützschaltung besteht nun darin, daß die Zuleitung der Phase Ph zu den Schaltebenen a und b des Schalters S1 bzw. zu den beiden Schützen HF und HH über einen Ruhekontakt a2 in der Schaltung der Überlastsicherung geschleift ist. In ähnlicher Weise ist die Verbindung des Schützes HH mit dem Nulleiter Mp über einen Ruhekontakt al in der Schaltung der Überlastsicherung geschleift. Ferner ist noch die Wurzel des Ruhekontaktes hhi des Schützes HH mit einem Punkt X in der Überlastsicherung verbunden, wodurch deren Elektronik das Vorliegen einer Hubbewegung erkennen kann.

In der Schaltung der Überlastsicherung ist zunächst ein Fühler 1 vorgesehen, der den Momentanwert der Seilkraft F ermittelt und diesen in geeigneter Form an einen Aufbereiter 2 leitet. Eine erste Funktion des Aufbereiters besteht darin, die Differenz zwischen der ihm zugeführten Meßgröße F und einer fest vorgegebenen Größe F_max zu ermitteln, welche der maximal zulässigen Seilkraft entspricht. Die ermittelte Differenz F - F wird auch mit

IHcI JL

einem einstellbaren Faktor k multipliziert, welcher eine von den Daten des Hebezeuges bzw. des Seiles abhängige Konstante ist. Der momentane Wert des Ausdruckes k (F - F)

IuQC

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ist ein Maß für die momentan zulässige Seilkraftänderung <**'«> zul. ·

Entsprechend einem wesentlichen Gedanken der Erfindung wird der solcherart ermittelte Wert

einem Komparator 5 zugeführt, der auch die durch eine Differenzierung der Meßgröße des Fühlers nach der Zeit erhaltene Momentangröße dF/dt von dem Aufbereiter 2 erhält und die beiden Differentialwerte miteinander vergleicht. Erreicht oder überschreitet das unmittelbar aus der Fühlgröße abgeleitete Signal dF/dt den aus der Differenzbildung F_mDV - F abgeleiteten Wert für (dF/dt) , , so triggert der Komparator 3 ein Zeitglied 4, welches für die Dauer seiner Zeitkonstante den Kontakt al unterbricht, wodurch dem Schütz HH der Magnetisierung strom entzogen wird. SobeLd das Schütz HH abgefallen ist, schließt dessen Kontakt hh1, wodurch das Schütz HF wieder anzieht, was einer Rückschaltung vom Hauptgang in den Feingang entspricht.

Die vorstehend beschriebene dynamische Überlastsicherung ist hier nur für die Betriebsart "Heben im Hauptgang" wirksam, bei welcher Schwingungen nennenswerter Amplitude zu erwarten sind. Aus diesem Grunde ist zusätzlich eine statische Überlastsicherung vorgesehen, die bei Überlastung in der Betriebsart "Heben im Feingang" anspricht, die unmittelbar von der ermittelten Seilkraft F gesteuert wird. Hierzu wird bei Erreichen einer als maximal festgelegten Seilkraft P von dem Aufbereiter 2 ein Signal an eine Schaltstufe 5 geliefert, welche daraufhin für unbegrenzte Zeit den Kontakt a2 öffnet und beide Hebe-Betriebsarten unterbindet. Die Schaltstufe 5 ist auf hier nicht näher zu erläuternde Weise rücksetzbar. Da die statische Überlastsicherung nur

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für die Betriebsart "Heben im Feingang" von Interesse ist, kann der Schaltpunkt P hier in die Nähe der maximal zulässigen Seilkraft F gelegt werden, wodurch nichts von der Kapazität des Hebezeuges verschenkt wird.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei zunächst auf Figur Bezug genommen, welche den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Hubgeschwindigkeit, der Seilkraft und der zeitlichen Ableitung der Seilkraft bei einer normal schweren Last zeigt. Hier wurde das Hebezeug bei t = O durch Setzen des Betriebsartenschalters S1 in Arbeitstellung (die Position 3)gleich im Hauptgang, also mit 100 % der Hubgeschwindigkeit, angefahren. Die sich daraus ergebende Hub- oder Einzugsgeschwindigkeit des Seils ist in Figur 2a dargestellt. Solange noch Schlappseil eingezogen wird, ist die in Figur 2b dargestellte Seilkraft null. Im Zeitpunkt t = t^ ist das Schlappseil voll eingeholt, woraufhin sich eine zunehmende Spannung im Seil aufbaut, die als Seilkraft F dargestellt ist. Diese steigt zunächst rasch an bis das Gewicht im Zeitpuikt t = t^f vom Boden abhebt. Von diesem Zeitpuiifc an beginnt eine Schwingung, die langsam abklingt. Nach dem Auekliqpn der Schwingung entspricht die Seilkraft F dem Gewicht L. In dem hier gezeigten Beispiel bleibt die Seilkraft F zu jedem Zeitpunkt unterhalb der maximal zulässigen Kraft ^_max· Sie bleibt auch unterhalb des etwas niedriger angesetzten Schaltpunktes P der statischen Überlastsicherung. Das Gewicht wird ohne Unterbrechung im Hauptgang gehoben.

In Figur 2c schließlich ist die zeitliche Ableitung der in Figur 2b dargestellten Seilkraft, also die Größe <|?/dt dargestellt. Auch ist dort eine gestrichelte Kurve dargestellt, welche sich graphisch als die Differenz y_max - F

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aus Figur 2b ergibt, die auch, als die jeweils vorhandene Seilkraftreserve betrachtet werden kann. Durch Einführen eines die Daten des Hebezeuges bzw. des Seiles berücksichtigenden Faktors k läßt sich anschreiben

wodurch man die momentan zulässige zeitliche Ableitung der Seilkraft erhält. Hieraus ergibt sich, daß die ausgezogene Kurve stets unterhalb der gestrichelten "bleiben muß, wenn eine Überlastung des Seiles vermieden werden soll. Es ist die Aufgabe des Comparators, ständig zu überprüfen, ob die ausgezogene Kurve tatsächlich unterhalb der gestrichelten Kurve bleibt. Ia Fall der Figur 2 ist diese Voraussetzung gewährleistet.

In Figur 3 sind die entsprechenden Kurven der Hubgeschwindigkeit, der Seilkraft und der zeitlichen Ableitung der Seilkraft bei einer schweren Last dargestellt. Auch hier wird gleich im Hauptgang angefahren. Die Seiletraffung beginnt wieder bei t =■ t^, steigt aber weiter an, da die schwerere Last länger am Boden bleibt. Daraus ergeben sich schließlich kleinere Werte für die hoch verfügbare Seilkraftreserve F___ - F, wodurch die gestrichelte Kurve in Figur 3o niedriger verläuft und bei t =» *ρ ein Schnittpunkt S beider Kurven auftritt. Dies führt zu einem Ansprechen äes Komparator» und über daa Zeitglied zu einer zeitlich begrenzten Umschaltung auf "Heben im Feingang". Etwa von iiesem Punkt an verläuft der weitere Anstieg der Seilkraft flacher. Die Sperrung der Haupthubgeschwindigkeit hält iurch das Zeitglied bestimmt wenigstens io lange an, bi« festgestellt ist, daß die Seilkraft unter der Schwelle P aleibt, was in diesem Beispiel der Fall ist. Bei t - t¹ lebt die Last ia Feingang vom Boden ab und führt nur noch line sehr schwache Pendelschwingung aus. Anschließend

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-f-

bleibt die Seilkraft mit F=L konstant bis bei t = t^ das Zeitglied den Kontakt al wieder einschaltet und erneut ein Heben im Hauptgang versucht wird.

In Figur 4 sind die entsprechenden Kurven bei einer für das Hebezeug zu schweren Last dargestellt. Auch hier wird im Hauptgang angefahren und die Seiistraffung beginnt wieder bei t = t^. Im gleichen Zeitpunkt t = tp wie im Fall der Figur 3 schneiden sich auch hier die beiden Kurven der Figur 4c, woraufhin der Komparator die Umschaltung auf "Heben im Feingang" bewirkt. Noch bevor die Last vom Boden abhebt erreicht hier aber die Seilkraft F die Ansprechschwelle P der Schaltstufe, welche den Kontakt a2 öffnet, wodurch die Hubbewegung zum Stillstand kommt. Es setzt eine schwache Schwingung ein, nach deren Abklingen sich die Seilkraft F geringfügig über der Schwelle P stabilisiert. In diesem Fall ist nur noch Senken möglich, wobei die Überlast gar nicht erst vom Boden abgehoben wurde.

Wie die vorstehenden Erläuterungen gezeigt haben mögen, bringt die erfindungsgemäße Überlastsicherung eine flexible Anpassung des Hebezeuges an die zu hebende . Last«damit eine bessere Ausnutzung seiner Kapazität. Lasten unter etwa 30 % der Nennlast können direkt mit Haujthubgesehwindigkeit gehoben werden und eine Überlast bleibt am Boden.

Wenn die Erfindung auch der Anschaulichkeit halber anhand eines in zwei Fahrstufen schaltbaren Hebezeuges erläutert wurde, so mag der Fachmann erkannt haben, daß der hier vorgeschlagene Lösungsgedanke für eine Überlastsicherung auch bei drehzahlgesteuerten bzw. drehzahlgeregelten Hebezeugen mit Vorteil anwendbar ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Sicherung eines mit wenigstens zwei verschiedenen Hubgeschwindigkeiten arbeitenden Hebezeugs, bei welchen, insbesondere während des Straffens eines Hubseils, die Hubseilkraft ermittelt und beim Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes von einer höheren auf eine geringere Hubgeschwindigkeit umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Hubseil-Kraftänderung als Funktion der Zeit (dF/dt) ermittelt wird und daß die Verminderung der Hubgeschwindigkeit bei einem zu der Differenz zwischen der maximal zulässigen und der momentanen Hubseilkraft proportionalen Wert ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen von etwa 90 % der maximal zulässigen Hubseilkraft eine Abschaltung der Hubbewegung ausgelöst wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Geschwindigkeitsrückschaltung die geringere Hubgeschwindigkeit beibehalten wird, nach deren Ablauf nur für eine vorgebbare Zeit eine Hubbewegung mit höher Geschwindigkeit eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3·, dadurch gekennzeichnet , daß die vorgebbare Zeit größer ist als die zur Durchführung einer Überprüfung notwendige Zeit, ob die Hubseilkraft über oder unter 90 % der maximal zulässigen Hubseilkraft liegt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch g e k e η η ζ ei c h net, daß ein Fühler (1) zur Feststellung der monentanen

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Hubseilkraft (P) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einem Aufbereiter (2) zugeführt wird, daß der Aufbereiter (2) zur Bildung einer ersten Ausgangsgröße das zugeführte Signal nach der Zeit differenziert und zur Bildung einer zweiten Ausgangsgröße den Wert k (F_m_„ - i¹) errechnet und daß ein Komparator (3) vorgesehen ist, der die beiden Ausgangsgrößen des Aufbereitere (2) vergleicht und bei einer Übereinstimmung beider Ausgangsgrößen einen ersten Schalter (al) in der Steuerung des Hebezeuges betätigt, mit dem die Hubgeschwindigkeit rückgeschaltet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Komparator (3) und dem ersten Schalter (al) ein Zeitglied (4·) angeordnet ist, durch welches der erste Schalter (al) nach einer vorgebbaren Zeit rückgeschalet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schaltstufe (5) vorgesehen ist, welche von dem Aufbereiter (2) daa verstärkte Signal des Fühlera (1) empfängt und beim Erreichen eines vorgebbaren Schwellenwertes einen zweiten Schalter (a2) in der Steuerung des Hebezeuges betätigt, durch den die Hubbewegung abgeschaltet wird.

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