DE3341287A1

DE3341287A1 - Lastueberwachungseinrichtung fuer einen auslegerkran

Info

Publication number: DE3341287A1
Application number: DE19833341287
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 4030 Ratingen Wilhelm
Original assignee: Krueger GmbH and Co KG
Current assignee: Krueger GmbH and Co KG
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1984-06-07
Also published as: US4532595A

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft eine dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechende Lastüberwachungseinrichtung für einen Auslegerkran.

Wie in der einschlägigen Technik bekannt ist, hängt das effektive Lastmoment eines derartigen Kranes nicht nur von dem Gewicht einer an seinem Hubseil hängenden Last ab, sondern auch von der Länge seines Auslegers und dessen Neigungswinkel. Der Punkt, an welchem dieses Moment beginnt, die Stabilität des Kranes zu verschlechtern, wenn dieser als Mobilkran ausgebildet ist, wird in jedem Fall auch durch die Abmessungen seiner Basis bestimmt und zumindest in Abwesenheit von seitlichen Kranstützen durch den Seitenwinkel zwischen Ausleger und Fahrzeugachse. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die US-Patentschriften 3,638,211 und 3,740,534 sowie die in diesen Patentschriften entgegengehaltenen Veröffentlichungen hingewiesen.

Aus den vorgenannten Patentschriften ist es bekannt, einen derartigen Kran mit einem Computer zu versehen, welcher eine Speichereinheit besitzt, um dem Kran eingentümliche Informationen digital zu speichern, wobei die Speichereinheit durch einen Auslegerwinkelfühler und einen Auslegerlängenfühler adressierbar ist, um einen numerischen Wert anzuzeigen, welcher die Maximallast darstellt, welche unter den herrschenden Betriebsbedingungen sicher getragen werden kann. Dieser Wert wird mit der Größe der tatsächlich gemessenen Last verglichen und ein Alarmsignal wird abgegeben, wenn die gemessene Größe sich dem gespeicherten Wert nähert. Eine derartige Speichereinheit muß an-

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gesichts der vielen Kombinationen von Auslegerlänge, Auslegerwinkel un.d möglicherweise weiteren Parametern, welche berücksichtigt werden müssen, eine große Speicherkapazität haben.

Es ist auch - beispielsweise aus der GB-PS 1,107,116 - bekannt, einen Analogcomputer zur Bestimmung des maximal zulässigen Lastmomentes auf der Basis von Meßsignalen für solche Parameter, wie den Auslegerwinkel und die Spannung eines die Last tragenden Hubseiles, zu verwenden. Wie insbesondere in dieser GB-PS beschrieben wird, kann der Computer längs einer geraden Linie oder einer Kurve, z.B. eines Kreisbogens oder einer Parabel arbeiten, welche einer Kurve nahekommt, welche die zulässige Maximallast als eine Funktion des Neigungswinkels darstellt. Eine dieser geraden Linie oder Kurve entsprechende Bahn kann dann durch einen mit geeigneten Markierungen zusammenwirkenden Hebel gezeichnet werden. Eine gerade Linie oder sogar eine Kurve zweiter Ordnung, wie beispielsweise eine Parabel, ist jedoch nur eine recht große Annäherung der Nutzlastcharakteristik eines Kranes der hier zur Debatte stehenden Art. Um nationalen und internationalen Verordnungen bezüglich der Kransicherheit zu genügen, würde ein Kontrollsystem dieser vereinfachten Art derart ausgebildet werden müssen, daß die Abweichungen auf der "sicheren" Seite dieser Charakteristik liegen. Dies ergibt jedoch in vielen Fällen eine schlechte Ausnutzung der Tragfähigkeit.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Lastüberwachungseinrichtung zu schaffen, welche eine Speichereinheit

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mit nur kleiner Speicherkapazität benötigt, dennoch aber eine gute Annäherung an die Nutzlastcharakteristik des Kranes erlaubt, um das Entstehen von Überlastzuständen zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Die erfindungsgemäße Lastüberwachungseinrichtung besitzt also einen ersten Fühler zur Erzeugung eines die effektive Auslegerlänge wiedergebenden ersten Signals, einen zweiten Fühler zur Erzeugung eines den Auslegerneigungswinkel wiedergebenden zweiten Signals und eine Speichereinheit zur Speicherung einer Anzahl von Koeffizientengruppen von Polynomen zumindest fünfter Ordnung, welche entsprechenden Kurven sehr nahe kommen, die die höchstzulässige Last für verschiedene Auslegerlängen als eine Funktion eines die Auslegerneigung betreffenden variablen Parameters wiedergeben. Bei diesem Parameter kann es sich um den Auslegerneigungswinkel selbst oder auch um die horizontale (oder vertikale) Projektion des Auslegers handeln, welche sich aus dem Produkt seiner Länge und dem Kosinus (oder Sinus) dieses Winkels ergibt. In einigen Fällen kann es sogar ausreichen, die Weite zu messen, bis zu welcher der Ausleger horizontal über seine Abstützung hinausragt, insbesondere über seinen Fahrzeugunterbau. Die Speichereinheit ist von dem ersten Fühler adressierbar, um einer Rechnereinheit eine entsprechend dem ersten Signal ausgewählte Koeffizientengruppe zu übergeben, wobei diese Rechnereinheit außerdem mit dem zweiten Fühler verbunden ist, um einen numerischen Wert des durch

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die ausgewählte Koeffizientengruppe definierten Polynoms, welches dem das zweite Signal bestimmten variablen Parameter entspricht, zu berechnen. Ein Vergleicher, dessen Eingänge mit der Rechnereinheit und einem mit dem Ausleger in Eingriff bringbaren Meßglied verbunden sind, wobei durch letzteres die Größe der Traglast des Auslegers bestimmt wird, erzeugt jedesmal ein Alarmsignal, wenn diese Größe eine durch den berechneten numerischen Wert bestimmte zulässige Grenze überschreitet. Der hier verwendete Ausdruck "Alarmsignal" umfaßt nicht nur eine dem Kranführer übermittelte Anzeige, sondern auch einen möglichen Befehl oder eine mögliche Führungsgröße, welche den Kranauslegerantrieb daran hindert, den Neigungswinkel unzulässig zu verändern.

Der Speicher, welcher vorzugsweise als Nurlesespeicher ausgebildet ist, kann reprogrammierbar sein, um gespeicherte Koeffizientengruppen entsprechend baulichen Veränderungen des Kranes, für welchen die Einrichtung verwendet wird, zu modifizieren.

Die Messung der effektiven Last oder Nutzlast kann wie bei der Einrichtung der vorgenannten britischen Patentschrift durch einen Fühler ausgeführt werden, welcher auf die Spannung des Auslegerhubseiles anspricht. Eine ebenfalls an sich bekannte alternative Meß vorrichtung ist ein Druckfühler, welcher mit einem Wippzylinder verbindbar ist, welcher dazu dient, den Neigungswinkel einzustellen, und welcher mit einer feststehenden Basis und einem Zwischenpunkt des Auslegers fest verbunden ist (US-PS 4,185,280). Der Ausgang eines derartigen Druck-

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fühlers ist ein Signal, welches nicht nur von der am Seil hängenden Nutzlast abhängt, sondern auch vom Eigengewicht des Auslegers selbst und irgendeines Hilfsausiegers, welcher als eine Verlängerung des Hauptauslegers dient. Die Beziehung zwischen diesem Ausgangssignal und dem Neigungswinkel ist eine Funktion, welche einem Polynom fünfter oder sechster Ordnung mit fünf bzw. sechs Koeffizienten sehr nahe kommt. Naturgemäß könnten auch Polynome höherer Ordnung verwendet werden, doch würde dies unnötigerweise zusätzliche Speicherkapazität erfordern.

Die vorgenannten und weiteren Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 bis 18 grafische Darstellungen von Polynomen, welche verschiedene Betriebsbedingungen eines Kranes betreffen, deren Koeffizienten in eine Lastüberwachungseinrichtung eingespeichert werden sollen,

Fig. 19 eine schematische Seitenansicht eines mit einer derar

tigen Einrichtung ausgestatteten Kranes und

Fig. 20 ein Blockdiagramm dieser Einrichtung.

Bezug genommen wird zunächst auf Fig. 19, in welcher ein Fahrkran 10 an sich bekannter Ausbildung dargestellt ist, welcher einen ausfahrbaren Hauptausleger 11 mit teleskopierbaren Abschnitten sowie einen Hilfsausieger 12 aufweist, der am Hauptausleger im Punkt 13 angelenkt ist. Ein Hubseil 14 läuft über beide Ausleger und trägt einen Haken 15, an welchem eine nicht dargestellte Last angehängt

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werden kann. Der Hauptausleger 11 ist zur Horizontalen in einem Neigungswinkel o< geneigt, welcher durch einen Wippzylinder 18 unter der Steuerung des Kranführers verändert werden kann. Der Hilf sausleger 12 bildet mit dem Hauptausleger 11 einen Winkel /3 , welcher mit Hilfe eines über eine Strebe 17 laufenden Seiles 16 einstellbar ist. Der Wippzylinder 18 ist an einer Plattform 19 verankert, welche zusammen mit der Kabine des Kranführers in üblicher Weise um eine vertikale Achse auf einem Rad-Fahrgestell 20 verdrehbar ist. Dieses Fahrgestell kann mit aus- bzw. einfahrbaren Kranstützen versehen sein, welche nicht dargestellt wurden. Die veränderliche Länge L des Hauptauslegers 11 wird durch einen Fühler 21 gemessen, während sein Neigungswinkel Of durch einen Fühler 22 bestimmt wird. Der Hilfsausieger 12 hat eine konstante Länge L'. Die Neigung des Hauptauslegers 11 wird durch den Druck der dem Wippzylinder 18 eingespeisten hydraulischen Flüssigkeit gesteuert, wobei dieser Druck durch einen Fühler 23 auf der Plattform 19 gemessen wird.

Fig. 20 zeigt die Lastüberwachungseinrichtung an Bord eines Kranes 10 der Fig. 19. Die Einrichtung besitzt eine vorzugsweise reprogrammierbare Nurlese-Speichereinheit 24 mit einem Adresseneingang seitens eines manuellen Wählers 25, welcher in verschiedenen Stellungen entsprechend dem Einsatz oder Nichteinsatz der Kranstützen und des Hilfsauslegers 12 sowie aufgrund des Azimut-Winkels, um welchen die Kabine des Kranführers und der Ausleger aus der in Fig. 10 dargestellten nach vorne weisenden Position verdreht wurde, einstellbar ist. Bei Verwendung des Hilfsausiegers 12 wird sein relativer Neigungswinkel ebenfalls durch den Wähler 25 der Speichereinheit 24 eingespeist.

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Die Speichereinheit 24 ist in eine Anzahl von Abschnitten unterteilt, welche insgesamt vom Fühler 21 und Wähler 25 adressierbar sind, und deren jeder eine Koeffizientengruppe speichert, welche einem betreffenden Polynom zugeordnet ist, welches den Istwerten des maximal zulässigen Hydraulikdruckes des Wippzylinders 18 für verschiedene Neigungswinkel of innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsbereiches nahekommt. Diese für eine Vielzahl von Werten von Of empirisch bestimmten Istwerte ergeben mehr oder weniger nahe beieinanderliegende Punkte in einem Koordinatensystem, welche durch gerade Linien oder treppenförmig miteinander verbunden werden können, um einen Polygonzug zu bilden. In der Praxis kann dieser Polygonzug in einem Zwischenbereich annähernd linear sein, wird jedoch für die niedrigsten und die höchsten Werte von sehr stark von dieser Linearität abweichen.

Eine Rechnereinheit 26, welche die in der Speichereinheit 24 unter der Steuerung des Fühlers 21 und des Fühlers 25 angezeigten Koeffizienten empfängt, bildet aus diesen Koeffizienten eine Polynom-Kurve, welche dem vorgenannten Polygonzug innerhalb des Bereiches einer Veränderung des Neigungswinkels CK nahekommt. Die augenblickliche Größe des Winkels c< wird vom Fühler 22 der Rechnereinheit 26 eingespeist, welche daraufhin ein dem Druck P proportionales Signal einem Vergleicher 27 zuführt. Der Fühler 23 speist diesen Vergleicher mit einem Signal, welches dem tatsächlichen Hydraulikdruck P¹ proportional ist, welcher zu keiner Zeit den zulässigen Wert P übersteigen sollte. Der Vergleicher 27 gibt daher ein Signal A ab, sobald die Größe P¹ dem Wert P sehr nahe kommt. Das Signal A kann optisch oder akustisch den Kranführer alarmieren und/oder den Kranauslegeraritrieb daran hindern, den Neigungswinkel zu verändern.

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Die Kurven der Fig. ] bis 18 zeigen voll ausgezeichnet jeweils Kurven, welche das Polynom P (ex) für verschiedene Gruppen von Parametern darstellen, welche durch die Ausgangssignale des Fühlers 21 und des Wählers 25 wiedergegeben werden, wobei der Winkel O< auf den Abszissen und der Druck P längs der Ordinate abgelesen werden. In einigen dieser Diagramme sind auch in strichpunktierten Linien Segmente der empirisch bestimmten Polygonzüge der vorerwähnten Art so weit wiedergegeben, wie diese Züge von den zugeordneten Polynomkurven abweichen. Mit Ausnahme der Fig. 12 bis 15 beziehen sich diese Diagramme auf den Kran 10 der Fig. 19, welcher durch die nicht dargestellten Kranstützen stabilisiert ist. Fig. 1 bis 10 entspricht verschiedenen Längen L des Hauptauslegers 11, während die Fig. 12 bis 15 sich auf die gleichen Hauptauslegerlängen wie die Fig. 1 bis 4, jedoch ohne Kranstützen, beziehen. Die Fig. 11 bzw. 16 bis 18 betreffen das Vorhandensein eines Hilfsausiegers 12 mit der Länge L', welcher in verschiedenen Winkeln /3 zum Hauptausleger 11 geneigt ist; in allen anderen Fällen hängt die Last direkt am Ende dieses Hauptauslegers. Diese Beispiele behandeln insgesamt die nach vorne weisende Position der Fig. 19.
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In der nachstehenden Tabelle sind die Polynom-Koeffizienten K_n

bis K„ für die Funktion P = K_ß or⁶+K_ cx⁵+K. oc⁴+K„cx³+K„ Of²H-K₁ Of +K_n b ο ο 4 ο 4 1 U

aufgeführt. Bei den Kurven der Fig. 1 und 3 handelt es sich nur um Polynome fünfter Ordnung mit K„ =0, während es sich bei den anderen insgesamt um Polynome sechster Ordnung handelt. Die Länge L des Hauptauslegers ist zwischen 11 m und 34,6 m veränderbar,

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während der Druck P bis auf etwa 160 bar ansteigt. Der Betriebsbereich des Neigungswinkels O( kann zwischen etwa 20° und 80° liegen. Die Rechnereinheit 26 ist ebenso wie die Speichereinheit 24 digitalelektronisch ausgeführt.

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Claims

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-Ing. Manfred Honke

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte: 4300 E**en 1, Theaterplatz 3, Pottf. 1002 5>

60 796/DS 11. Oktober 1983

Patentanmeldung und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung Krüger GmbH S Co. KG
Frielingsdorfweg 4
4300 Essen 16

Lastüberwachungseinrichtung für einen Auslegerkran

Patentansprüche:

/astüberwachungseinrichtung für einen Kran mit einem in verschiedenen Winkeln zur Horizontalen neigbaren und ausfahrbaren Ausleger enthaltend einen ersten Fühler zur Erzeugung eines der effektiven Auslegerlänge entsprechenden ersten Signals, einen zweiten Fühler zur Erzeugung eines dem

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Auslegerneigungswinkel entsprechenden zweiten Signals, eine digitalelektronische Speichereinheit, welche durch den ersten Fühler adressierbar ist, eine mit der Speichereinheit und dem zweiten Fühler verbundene, digital-elektronische Rechnereinheit zur Berechnung der höchstzulässigen Last, ein mit dem Ausleger in Eingriff bringbares Meßglied zur Bestimmung der Größe der Traglast des Auslegers und einen Vergleicher mit an die Rechnereinheit und das Meßglied angeschlossenen Eingängen zur Erzeugung eines Alarmsignals, wenn die Größe eine durch den numerischen Wert bestimmte zulässige Grenze überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (24) zur Speicherung einer Anzahl von Koeffizientengruppen von Polynomen zumindest fünfter Ordnung eingerichtet ist, welche entsprechenden Kurven sehr nahekommen, die die höchstzulässige Last für verschiedene Auslegerlängen als eine Funktion eines die Auslegerneigung betreffenden Parameters wiedergeben, wobei diese Speichereinheit (24) durch den ersten Fühler (21) adressierbar ist, um eine entsprechend dem ersten Signal ausgewählte Koeffizientengruppe auszulesen, und daß die Rechnereinheit (26) zur Berechnung eines numerischen Wertes des durch die ausgewählte dem durch das zweite Signal bestimmten variablen Parameter entsprechende Koeffizientengruppe definierten Polynoms ausgelegt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (24) reprogrammierbar ist, um die gespeicherten Koeffizientengruppen entsprechend zusätzlichen Kranparametern abzuwandeln.

BAD ORIGINAL

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einem Adresseneingang der Speichereinheit (24) verbindbare Wähleinheit (25) zur weiteren Bestimmung der auszulesenden Koeffizientengruppe, wobei diese Wähleinheit (25) entsprechend wenigstens einem zusätzlichen Parameter einstellbar ist.