-
-
Einrichtung zur Verbesserung des Betriebsverhaltens
-
mobiler Drehkrane Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbesserung
des Betriebsverhaltens mobiler Drehkrane, insbesondere Straßenkrane mit Teleskopausleger,
an einer Lastmomentbegrenzung, die für Jeden Drehwinkel des Kranoberbaus bezüglich
des Kranunterbaus in Abhängigkeit von der Neigung des Drehkrans anhand gespeicherter
Grenzlastkurven einen Grenzlastwert ermittelt und bei Erreichen dieses Wertes den
Drehantrieb des Drehkrans stillsetzt und die mit einem Umschaltglied ausgestattet
ist, welches bei Erreichen eines einstellbaren Umschalt-Neigungswertes die Drehgeschwindigkeit
des Drehantriebs herabsetzt.
-
Eine Schräglagen-Lastmomentbegrenzung der oben erwähnten Gattung ist
in der DE-OS 28 39 419 vorbeschrieben.
-
Die bekannte Einrichtung weist als Neigungsgebereinheit zwei Meßgeber
bestehend aus mit Potentiometern ausgestatteten Pendeln auf, die in zueinander rechtwinkligen
Neßebenen auftretende Abweichungen von einer Horizontalebene in Neigungssignale
umwandeln.
-
Weiterhin ißt eine Programmeinheit vorhanden, in welcher bestimmten
Betriebszuständen des Drehkrans
entsprechende Traglastkurven gespeichert
sind und die an ihrem Ausgang von der Ausladung des Drehkrans abhängige Grenzspannungswerte
liefert.
-
Der der Neigungsgebereinheit und der Programmeinheit nachgeschaltete
Analogrechner besteht aus einer Reihe von Rechenbausteinen, die unter Benutzung
der Neigungssignale, der daraus ermittelten Neigung und der Werte der gespeicherten
Traglastkurven den ermittelten Grenzlastwert in ein Ausgangssignal umwandeln. Falls
der Ist-Traglastwert den ermittelten zulässigen Grenzlastwert erreicht, wird der
Drehantrieb des Drehkrans stillgesetzt. Zusätzlich ist ein Umschaltglied vorgesehen,
welches die Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs herabsetzt, sobald ein Neigungswert
von 3% überschritten wird.
-
Die in der Programmeinheit gespeicherten Grenzlastkurven umfassen
die Tragfähigkeitswerte des Drehkrans, die dieser in einem bestimmten Betriebszustand
(bestimmte Länge des Teleskopauslegers, Abstützung des Unterbaus auf dem Untergrund)
in Abhängigkeit von der Ausladung und unter Berücksichtigung bestimmter Neigungswerte
bei bestimmten Drehwinkeln aufweist.
-
Die bekannte Schräglagen-Lastmomentbegrenzung ist zwar bereits mit
dem erwähnten Umschaltglied ausgestattet, welches die Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs
bei überschreiten eines Umschalt-Neigungswertes herabsetzt, sofern nicht bereits
vorher der zulässige Grenzlastwert erreicht ist; trotz der Herabsetzung der Drehgeschwindigkeit
erfolgt das Abschalten des Drehantriebs im Grenzfall ruckartig, was zu unerwünschten
Pendelbewegungen der Traglast, zu einer zusätzlichen Beanspruchung
des
Drehkrans und zu einer Erschwerung der Arbeitsbedingungen des granführers führt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Schräglagen-Tastmomentbeyenzungen
zusammenwirkende Einrichtung zu entwickeln, die ruckartige Bewegungen beim Abschalten
des Drehantriebs und die damit verbundenen Nachteile vermeidet.
-
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Einrichtung gelöst, welche im
wesentlichen die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
-
Der der Erfindung zugrunde liegende Löungsgedanke besteht danach darin,
die Drehzahl des Drehantriebs in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert der sogenannten
Ausnutzung zu beeinflussen, welche fortlaufend aus dem Verhältnis "zulässiger Traglastgrenzwert/Ist-Traglastwert
gebildet wird. Das aus dem Wert der Ausnutzung gebildete Steuersignal schwankt zwischen
einem Höchstwert (Ausnutzung sehr groß) und einem Niedrigstwert (Ausnutzung = "1").
Im Bereich des Höchstwertes der Ausnutzung wird die Drehzahl des Drehantriebs nicht
oder kaum herabgesetzt, bei Erreichen des Niedrigstwertes wird der Drehantrieb stillgesetzt.
-
Der Erfindungsgegenstand kann dadurch weiter ausgestaltet sein, daß
dem Reduzierglied - welches den Ausnutzungswert ermittelt und in ein Steuersignal
umwandelt - ein Integrator nachgeschaltet ist (Anspruch 2).
-
Dieser hat die bekannte Eigenschaft, sprunghafte Änderungen des aus
der Ausnutzung gebildeten Steuersignals mit zeitlich verzögertem Anstieg an den
Drehantrieb weiterzuleiten.
-
Zweckmäßigerweise wird der Drehantrieb in Abhängigkeit von der Ausnutzung
so beeinflußt, daß die Größe der Drehgeschwindigkeit im wesentlichen proportional
zum Steuersignal herabgesetzt wird (Anspruch 3).
-
Schwankungen des Steuersignals zwischen seinem Größt-und seinem Niedrigstwert
(Grenzwert "1" der Ausnutzung) haben also im wesentlichen eine lineare Änderung
der Größe der Drehgeschwindigkeit des Drehantriebs zur Bolge.
-
Zweckmäßigerweise sollte die Beeinflussung der Drehgeachwindigkeit
so erfolgen, daß sich in der Nähe des Größt- und des Niedrigstwertes des Steuersignals
ein asymptotischer Geschwindigkeitsverlauf in Richtung aus die Größtgeschwindigkeit
bzw. auf die Geschwindigkeit Null ergibt.
-
Um auszuschließen, da9 die Drehgeschwindigkeit bereits bei geringfügiger
Schrägstellung des Drehkrans herabgesetzt wird, ist das Umschaltglied hinsichtlich
des Umschalt-Neigungswertes einstellbar. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, einen
Umschalt-Neigungswert von 3% vorzusehen (Anspruch 4); das dem Umschaltglied nachgeschaltete
Reduzierglied wird demzufolge erst dann wirksam, wenn eine Neigung von 3% überschritten
wird.
-
Der Drehantrieb kann durch das vom Reduzierglied kommende Steuersignal
in beliebiger Weise beeinflußt werden. Vorteilhaft ist ein geschlossener Drehzahl-Regelkreis
vorgesehen (Anspruch 5), also ein Regelkreis mit Drehzahl-Rückführung. Es besteht
jedoch auch die Möglichkeit, die Drehzahl des Drehantriebs über eine Steuerstrecke
ohne Drehzahl-Rückführung zu beeinflussen (Anspruch 6).
-
Als Drehantrieb kommt insbesondere ein Hydraulikantrieb in Frage,
dessen Drehzahl über ein mit einem Servomotor ausgestattetes Regelventil veränderbar
ist. Der Servomotor steht dabei entweder unmittelbar mit dem Ausgang des Reduziergliedes
oder mit dem Ausgang des etwa vorhandenen Integrators in Verbindung. Als Drehantrieb
ist weiterhin ein Elektroantrieb mit einer Einrichtung zur Drehzahlbeeinflussung
denkbar.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist prinzipiell mit jeder Schräglagen-Las
tmomentbegrenzung verwendbar, die in Abhängigkeit vom jeweils vorhandenen Neigungswert
einen Grenzlastwert ermittelt und diesen in ein geeignetes Ausgangssignal umwandelt.
Das anhand des jeweiligen Ausnutzungswertes ermittelte Steuersignal kann selbstverständlich
auch zur Beeinflussung zusätzlicher oder anderer Antriebe eines Drehkrans Verwendung
finden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.
Die Fig. 1 bis 4 betreffen dabei die bereits erwähnte bekannte Schräglagen-Lastmomentbegrenzung,
die vorzugsweise mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zusammenwirken soll.
-
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen mobilen Drehkran,
der sich auf einer gegenüber der Horizontalen geneigten Ebene abstützt, Fig. 2 a,
b einen lotrechten Schnitt durch den als Scheibe dargestellten Ober- und Unterbau
bzw. eine Draufsicht auf den Oberbau des Drehkrans gemäß Fig. 1,
Fig.
3 ein Tragfähigkeits-Diagrainm eines Drehkrans für unterschiedliche Neigungswerte,
Fig. 4 einen Blockschaltplan einer bekannten Schräglagen-Las tmomentbegrenzung,
Fig. 5 einen vereinfachten Blockschaltplan mit einer bekannten Schräglagen-Lastmomentbegrenzung
und der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 6 ein Diagramm, in dem der Verlauf
der Drehgeschwindigkeit - in Abhängigkeit von der Neigung - über der Ausnutzung
aufgetragen ist.
-
Ein mit einem drehbaren Oberbau 2 ausgestatteter Drehkran 1 stützt
sich über seinen Unterbau 3 und Hilfsstützen 3' auf einer Ebene 4 ab, wobei der
mit dem Oberbau 2 drehbare Teleskopausleger 5 in Richtung der maximalen positiven
Steigung (d.h. zur Bergseite hin) ausgeschwenkt ist. Die entsprechende Stellung
des Teleskopauslegers 5 zur Talseite hin ist strichpunktiert angedeutet.
-
In Fig. 1 sind zusätzlich zwei rechtwinklige Koordinatensysteme (x,
y, z) bzw. (x , y , z ) dargestellt, deren gemeinsamer Nullpunkt in der Drehachse
6 (entsprechend der z-Achse) des Oberbaus zwischen diesem und dem Unterbau liegt.
Die nicht dargestellte y-Achse und y-Achse tritt Jeweils senkrecht aus der Zeichenebene
heraus.
-
Die Neigung des Mobilkrans, also auch die Neigung der Drehachse 6
bezüglich der Vertikalen (z-Achse), ist
durch den Winkel cC verdeutlicht;
die Winkellage des Teleskopauslegers 5 bezüglich der Drehachse 6 sowohl zur )3ergseite
hin als auch zur Talseite hin ist durch einen Winkel p gekennzeichnet.
-
Aus Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß bei unverändertem Winkel
ß die Ausladung L auf der 3ergseite kleiner ist als die Ausladung L' auf der Talseite.
-
In Fig. 2 a, b ist nochmals die Lage des Oberbaus 2 und des Unterbaus
3 des Drehkrans auf der um den Winkel a geneigten Ebene 4 dargestellt. Die Stellung
des Oberbaus bezüglich des Unterbaus ist durch den Drehwinkel y angegeben; Ausgangspunkt
der Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn ist der Nullpunkt 7 auf der x-Achse.
-
In Fig. 3 ist ein Tragfähigkeits-Diagramm (Tragfähigkeit t über Ausladung
in m) für einen in bestimmter Weise ausgebildeten Drehkran (Teleskopausleger ausgefahren,
Unterbau auf Untergrund abgestützt) dargestellt.
-
Die mit Al bezeichnete Linie (Parallelast mit abfallender Kurve) gilt
als Grenzwertkurve für die Tragfähigkeit des Drehkrans, sofern dieser auf einer
waagerechten oder bis zu 3% geneigten Ebene ruht; darüber hinaus gilt sie als Grenzwertkurve
für den Fall, daß der Teleskopausleger zur Bergseite hin ausgeschwenkt ist (vgl.
Fig. 1) und sich auf einer um 9%geneigten Ebene abstützt.
-
Die mit A2 bezeichnete Linie (abfallende Kurve) gilt als Grenzwertkurve
für den Fall, daß der Deleskopausleger zur Talseite hin (in Fig. 1 strichpunktiert
angedeutet) ausgeschwenkt ist und der Drehkran sich auf einer Ebene mit 9* Neigung
abstützt.
-
Die mit A3 bezeichnete Linie (Parallelast und abfallende Kurve) gilt
als Grenzwertkurve für die Tragfähigkeit des Drehkrans, sofern der Teleskopausleger
- bezogen auf den Ausgangspunkt (Punkt 7 in Fig. 2 b) -um einen Drehwinkel von 900
bzw. 2700 ausgeschwenkt ist und der Drehkran sich auf einer um 9% geneigten Ebene
abstützt.
-
Die gestrichelte Linie A4 (I)arallelast und abfallende Kurve) gilt
für den Fall, daß sich der Drehkran auf einer um 6% geneigten Ebene abstützt.
-
In Fig. 4 sind weiterhin durch Linienzüge Ausladungswerte für den
Fall angedeutet, daß der Teleskopausleger 5 (vgl. Fig. 1) ohne Änderung seiner Länge
und seiner Winkellage ß bezüglich des Oberbaus um einen Drehwinkel von 360 gedreht
wird. In der Stellung B1 weist der Teleskopausleger zur Bergseite hin, wobei die
Ausladung etwa 6 m beträgt. Mit zunehmendem Drehwinkel vergrößert sich die Ausladung:
Nach einer Drehung um 900 (Punkt 32) beträgt die Ausladung etwa 6,5 m. Bis zum Erreichen
eines Drehwinkels von 1800 (Punkt B3) wächst die Ausladung auf einen Wert von etwa
7 m an und sinkt bei fortschreitender Drehung bis zu einem Winkel von 3600 schließlich
wieder auf den Anfangswert von 6 m ab.
-
Zur Verdeutlichung der Tragfähigkeit des Drehkrans dienen zwei Linien
T1 für eine Traglast von 3,5 t und T2 für eine Traglast von 4,0 t. Während die letztgenannte
Linie die durch die Punkte B festgelegten Linienzüge schneidet, liegt die Linie
T1 vollständig unterhalb dieser Linienzüge. Dies bedeutet, daß lediglich mit der
niedrigeren Traglast von 3,5 t eine volle Umdrehung des Teleskopauslegers ausgeführt
werden kann,
ohne daß für den Drehkran Kippgefahr besteht.
-
Überträgt man die im Tragfähigkeits-Diagramm entnehmbaren Ausladungswerte
für eine bestimmte Traglast auf ein x, y-Koordinatensystem mit dem Drehwinkel Y
als Fahrstrahl, so ergeben sich in Abhängigkeit von der Neigung und von der Stellung
des Teleskopauslegers kreisförmige oder elliptische Grenzkurven, welche die sogenannte
Arbeitsfläche des Drehkrans umschließen.
-
Die in Fig. 4 dargestellte Schräglagen-Lastmomentbegrenzung 8 weist
unter anderem eine Neigungsgebereinheit 9 mit zwei Meßgebern 10 und 11 auf. Diese
bestehen aus Potentiometern, die durch die Ausschläge eines Pendels verstellt werden.
Dieses stützt sich über ein Kreuzgelenk an einem Gehäuse ab, welches seinerseits
an dem drehbaren Oberbau des Drehkrans befestigt ist. Der Meßgeber 10 erfaßt dabei
Ausschläge des Pendels in x-Richtung, der Meßgeber 11 solche in y-Richtung. Eine
beliebige Stellung des Pendels innerhalb des Gehäuses hat also eine bestimmte Stellung,
und damit einen bestimmten Widerstandswert, der Meßgeber 10 und 11 zur Folge. Die
von diesen gelieferten Meßsignale XE und YB sind sowohl winkel- als auch neigungsabhängig;
der der x-Achse zugeordnete Meßgeber 10 liefert bei der Drehung des Oberbaus ein
Meßsignal XB mit kosinusförmigem Verlauf, der Meßgeber 11 ein Meßsignal mit sinusförmigem
Verlauf. Die Amplitude dieser beiden Meßsignalkurven ist jeweils proportional zur
Neigung der Ebene, auf der sich der Drehkran abstützt.
-
Der Meßgebereinheit 9 ist ein Rechner 12 nachgeschaltet, der die gelieferten
Meßsignale Xy und YE quadriert, summiert und anschließend radiziert: Das Rechenergebnis
besteht in einem Signal Z, das proportional zur maximalen Steigung ist und nach
Durchlaufen
eines Signalwandlers 13 in einer Neigungsanzeige 14
sichtbar gemacht wird.
-
An den Ausgang des Rechners 12 ist zusätzlich ein Umschaltglied 15
angeschlossen, welches etwa nachgeschaltete Einrichtungen erst nach überschreiten
eines einstellbaren Neigungswertes zuschaltet; im vorliegenden Fall beträgt der
Umschalt-Neigungswert 3%, d.h.
-
erst mit Uberschreiten dieses Neigungswertes werden nachgeschaltete
Einrichtungen aktiviert.
-
Der Drehwinkel wird mittels eines Dividiergliedes 16 ermittelt, dem
die Signale XE und Z zugeführt werden.
-
Das Ausgangssignal mit der Größe YE/Z wird nach Umwandlung in einen
Signalwandler 17 in einer Drehwinkelanzeige 18 sichtbar gemacht. Diese zeigt für
alle Schräg-und Drehzustände des Kranoberbaus 2 und des zugehörigen Teleskopauslegers
5 (vgl. Fig. 1) einen Wert an, der dem Drehwinkel g proportional ist.
-
Die Schräglagen-Lastmomentbegrenzung weist als weiteren Bestandteil
eine Programmeinheit 19 auf, in der die in Fig. 3 dargestellten Tragfähigkeitskurven
Al bis A3 gespeichert sind und in der die zugehörigen Grenzlastwerte in dazu proportionale
Spannungen U1 bis U3 umgewandelt werden. Jeder Tragfähigkeitskurve ist ein Ausgang
der Programmeinheit 19 zugeordnet.
-
Dem Ausgang der Neigungsgebereinheit 9, dem Ausgang des Rechners 12
und den drei Ausgängen der Programmeinheit 19 ist ein Analogrechner nachgeschaltet,
der einen Subtrahierblock 20, vier Multiplizierblöcke 21 bis 24, fUnf Addierbiöcke
25 bis 29, einen Dividierblock 30, ein Vergleichsglied 31 und einen Funktionsumformer
32 aufweist.
-
Die Rechenblöcke 24, 27 und 30 weisen insofern eine Besonderheit auf,
als sie den Betrag des Eingangssignals der Eingangsleitung 24' (Multiplizierblock
24) bzw. den negativen Wert des Eingangssignals U1 (Eingangsleitung 27' des Addierblocks
27) bzw. den negativen Betrag des YE-Signals (Eingangsleitung 30' des Dividierblocks
30)verarbeiten.
-
Der YE-Ausgang der Neigungegebereinheit 9 ist unter Zwischenschaltung
der bereits erwähnten Vergleichseinheit 31 mit dem Dividierblock 30 verbunden; dieser
gibt die Verbindung zum Rechenblock 30 nur dann frei, wenn der Neigungswert Zkleiner
als 3% ist. Solange sich das Vergleichsglied 31 im Sperrzustand befindet, liefert
der Rechenblock 30 kein Ausgangssignal.
-
Dem Rechner 12 zur Ermittlung der Neigung Z ist der bereits erwähnte
Funktionsumformer 32 mit folgender Charakteristik nachgeschaltet: Sein Ausgangssignal
Z* besitzt den Wert 1, solange das Eingangssignal Z einen einer Neigung von 3% entsprechenden
Wert nicht überschreitet. Bei größer werdender Neigung nimmt das Ausgangssignal
Z* linear mit der Größe des Eingangssignals Z ab und erreicht den Wert Null, sobald
das Eingangssignal Z eine Neigung von 9% anzeigt. Der Subtrahierblock 20 bildet
die Differenz aus den Werten U2 und U3.
-
Der Ausgang 33 des letzten Addierblocks 29 liefert in Abhängigkeit
von der Ausladung, vom Drehwinkel und von der Neigung den jeweils zulässigen Grenzlastwert.
Wird beispielsweise beim Drehen des Oberbaus 2 (vgl. Fig. 1 und 2) der Ist-Traglastwert
ebenso groß wie der Grenzlastwert, so wird der Drehantrieb des Oberbaus abgeschaltet.
Nach einer geeigneten Veränderung der Betriebsbedingungen, beispielsweise einer
Verringerung
der Ausladung des Teleskopauslegers, kann der Oberbau
unter sonst gleichen Bedingungen weiter bewegt werden: Die Verringerung der Ausladung
führt zu einer Erniedrigung des Ist-Traglastwertes, so daß die Sperre des Drehantriebs
aufgehoben wird.
-
Die erfindungsgemße Einrichtung zur Verbesserung des Betriebsverhaltens
mobiler Drehkrane besteht aus einem Reduzierglied 34, das mit dem Ausgang 33 (vgl.
Fig. 4) der Schräglagen-Lastmomentbegrenzung 8 in Verbindung steht (Addierblock
29) und dem ein Integrator 35 nachgeschaltet ist. Dieser beeinflußt über eine Regel
ein heit 36 den Drehantrieb 37 des Drehkrans. In den Integrator 35 wird gleichzeitig
ein dem Ist-Traglastwert entsprechendes Istsignal eingegeben; dieses wird in der
schematisch dargestellten Istwerteinheit 38 erzeugt.
-
Die Einheit 38 steht über einem zweiten Ausgang mit dem Reduzierglied
34 in Verbindung, in welcher aus dem Quotienten zulässiger 'rraglastgrenzwert/Ist-Traglastwert"
der sogenannte Ausnutzungswert gebildet wird.
-
Das Reduzierglied wird über eine Leitung 15 zugeschaltet, welche mit
dem Ausgang des Umschaltgliedes 15 (vgl. Fig. 4) in Verbindung steht. Das auf einen
Umschalt-Neigungswert von 3% eingestellte Umschaltglied stellt sicher, daß das Reduzierglied
34 erst mit über schreiten des Umschalt-Neigungswertes wirksam wird und die Drehgeschwindigkeit
des Drehantriebs 37 herabsetzt.
-
Die Wirkungsweise des Reduziergliedes 54 ist aus dem in Fig. 6 dargestellten
Diagramm ersichtlich; aufgetragen ist die Drehgeschwindigkeit v des Drehantriebs
37
über der Ausnutzung A.
-
Solange ein Neigungswert von 3% - angedeutet durch die Grenzlinie
N - nicht überschritten wird, wird das Reduzierglied 34 nicht zugeschaltet: Es besteht
also keine Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit von der Ausnutzung (paralleler Kurvenabschnitt
v1). Mit überschreiten eines Umschalt-Neigungswertes von 3% wird das Reduzierglied
34 wirksam, d.h. mit größer werdender Ausnutzung wird die Dr.ehgeschwindigXeit im
wesentlichen linear bis zum Wert Null herabgesetzt (v2). Das Reduzierglied 34 erzeugt
also ein Steuersignal, welches bei sehr großen Ausnutzungswerten den Wert Null und
beimklsinstmöglichen Ausnutzungswert flill den Wert eins annimmt; im Bereich dieses
Größtwertes erfolgt keine oder nur eine sehr geringe Absenkung der Drehgeschwindigkeit
des Drehantriebs 37. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß - in Abhängigkeit von einem einstellbaren Umschalt-Neigungswert - die Drehzahl
des Drehantriebs des Oberbaus mehr und mehr herabgesetzt wird, Je mehr die tatsächliche
Belastung sich der zulässigen Belastung annahert. Dies hat zur Folge, daß im Grenzfall,
d.h.
-
bei Erreichen des Ausnutzungswertes "1 nur noch von einer bereits
sehr niedrigen Drehzahl aus stillgesetzt werden muß.
-
Das Reduzierglied 34 (vgl. Fig. 5) kann insbesondere als Dividierblock
ausgebildet sein, welcher ein Steuersignal in Abhängigkeit vom Kehrwert der Ausnutzung
erzeugt: Sofern der Ist-Traglastwert sehr viel größer ist als der zulässige Traglastgrenzwert,
geht das Steuersignal gegen Null; nähert sich der Ist-Traglastwert dem zulässigen
Traglastgrenztwert, so nimmt das Steuersignal Werte in der Größenordnung i an.