DE4034006A1 - Verfahren zum betreiben eines krans mit greifer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Krans mit Greifer, wobei der Greifer durch einen auf ein Halteseil und ein Schließseil gleich wirkenden Hauptantrieb gehoben bzw. abge­ senkt wird und durch einen die Greiferseile relativ zueinander verstellenden Hilfsantrieb geöffnet bzw. geschlossen wird, sowie ein Antriebssystem für die Greiferseile eines Greiferkrans, mit zwei über ein Differentialgetriebe, z. B. ein Planetengetriebe, miteinander verbundenen Seilwinden, einem Hauptantrieb und einem Hilfsantrieb.

Derartige Antriebssysteme werden seit langem, z. B. bei Werks- und/oder Hafenkränen verwendet, insbesondere wegen ihrer ein­ fachen Konstruktion sowie des relativ einfachen Betriebs. Bei Antriebssystemen des Standes der Technik ist der Hilfsantrieb ungeregelt, er wird nur über Anschlagschalter zwischen zwei Endpositionen hin- und hergefahren. Der Schaltpunkt für die Stellung "Greifer geschlossen" wird dabei so gewählt, daß der Greifer sicher geschlossen ist. Dabei wird jedoch in Kauf ge­ nommen, daß mehr Schließseil eingeholt wird als nötig. Infolge­ dessen hängt das Halteseil durch; die gesamte Last wird aus­ schließlich vom Schließseil gehoben und abgesenkt. In der Folge treten übermäßiger Verschleiß im Schließseil und gegebenenfalls auch in den Lagern der Schließseilwinde auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache, zu­ verlässige und kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, die Last auf beide Seile zu verteilen ohne von der bewährten Mechanik ab­ zugehen. Insbesondere soll es möglich sein, bestehende Anlagen, gegebenenfalls mit kleineren Umrüstungen, mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren zu betreiben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach dem Schließen des Greifers der Hilfantrieb solange betätigt wird, bis eines der Greiferseile, z. B. das Schließseil mit einem vorwählbaren Zug beaufschlagt ist.

Mit Vorteil wird dabei der Hilfsantrieb erst nach dem Heben des Greifers betätigt, damit der Greifer nicht versehentlich wieder geöffnet wird.

Der vorwählbare Zug kann lastabhängig oder lastunabhängig sein, je nach Anwendung. Insbesondere bei großen Lastunterschieden von Hebevorgang zu Hebevorgang wird ein lastabhängiger vor­ wählbarer Zug anzuraten sein.

Besonders vorteilhaft wirkt der Hilfsantrieb auf ein sperrbares Getriebe, vorzugsweise ein Differentialgetriebe, das nach dem Schließen des Greifers entsperrt wird, wobei der Hilfsantrieb mit einem Moment beaufschlagt wird, das dem vorwählbaren Zug entspricht, und daß das Getriebe gesperrt wird, wenn der Hilfs­ antrieb zum Stillstand gekommen ist. Der Hilfsmotor kann dadurch nach dem Wieder-Sperren des Getriebes abgeschaltet werden. Der Stillstand des Hilfsantriebs wird z. B. durch ein Absinken von Drehzahl und Beschleunigung des Hilfantriebs unter vorwählbare Schranken detektiert.

Um die Züge in den Greiferseilen einstellen zu können, ist es nötig, daß der Hilfsantrieb eine Drehzahlregelung aufweist, die zur Sollwertvorgabe mit einer übergeordneten Automatisierein­ heit, z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung, verbunden ist.

Wenn der vorwählbare Zug in einem der Greiferseile lastabhänig sein soll, ist es nötig, daß das Antriebssystem mit der Auto­ matisiereinheit verbundene Zugmeßeinrichtungen zur Bestimmung der in den Greiferseilen herrschenden Züge aufweist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Antriebs­ systems,

Fig. 2 den Greifer des Krans,

Fig. 3 den Zugverlauf in den Greiferseilen während eines Hebe­ vorgangs,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Lastausgleichsregelung und

Fig. 5 die Kennlinie des Drehzahlreglers.

Gemäß Fig. 1 ist der Hauptantrieb 1 mit der Halteseilwinde 2 so­ wie über das Differentialgetriebe 3, vorzugsweise ein Planeten­ getriebe, mit der Schließseilwinde 2′ verbunden. Das Getriebe 3 ist z. B. ein Cyclogetriebe, auch mit hydraulischem Leistungs­ zweig. Mit Vorteil ist das Getriebe 3 sperrbar. Wenn das Ge­ triebe 3 nicht verstellt wird, wirkt der Hauptantrieb 1 auf die beiden Seilwinden 2, 2′ gleich, holt also z. B. gleiche Längen von Halteseil 4 und Schließseil 4′ ein. Der Hilfsantrieb 1′ dient dazu, die relativen Längen von Halteseil 4 und Schließseil 4′ zu verstellen. Hierzu wird das Getriebe 3 entsperrt, der Hilfsantrieb 1′ betätigt und das Getriebe 3 wieder gesperrt, wenn die gewünschte Verstellung erreicht ist. Die gewünschte Verstellung kann z. B. dadurch definiert sein, daß in einer der beiden Zugmeßeinrichtungen 5, 5′, die die in den Greiferseilen 4, 4′ herrschenden Züge F_h, F_s messen, ein vorgegebener Zug bzw. ein vorgegebenes Zugverhältnis herrscht. Die Zugmeßein­ richtungen 5, 5′ übermitteln ihre Meßwerte an die Automatisie­ rungseinheit 6, vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steue­ rung, die in Abhängigkeit von den Meßwerten sowie der durch den Pfeil A angedeuteten Befehlseingaben das Getriebe 3 sowie die Antriebe 1, 1′ ansteuert und so den Greifer 7, der in Fig. 1 nicht dargestellt ist, betätigt.

Beide Antriebe 1, 1′ sind drehzahlregelbar, also z. B. als Gleichstrommaschinen oder als Asynchronmaschinen ausgebildet.

Fig. 2 zeigt den Greifer 7 in einem Zustand, der beispielsweise einem Schließgrad von 75% entspricht, über einem Schüttgut 8. Ein Schließgrad von 0% bedeutet dabei einen offenen, ein Schließgrad von 100% einen geschlossenen Greifer 7.

Der Greifer 7 besteht im wesentlichen aus 2 Greiferschalen 71, 71′, die an ihrem spitzen Ende z. B. mit einer Steckachse 75 miteinander verbunden sind. Des weiteren sind die Greiferschalen 71, 71′ an Befestungspunkten 72, 72′ über Seile 73, 73′ mit einer Querstange 44 verbunden, an der das Halteseil 4 befestigt ist. Das Schließseil 4′ wird über an der Querstange 74 und der Achse 75 befestigte Umlenkrollen 76, die als Flaschenzug wirken, geführt. Das Ende des Schließseils 4′ kann dabei an der Quer­ stange 74 oder an der Achse 75 befestigt sein.

Der Greifer 7 wird durch eine entsprechende Regelung geöffnet, bevor er auf dem Schüttgut 8 aufsetzt. Hierzu wird durch Be­ tätigen des Hilfsantriebs 1′ das Schließseil 4′ relativ zum Halteseil 4 nachgelassen, so daß sich die Greiferschalen 71, 71′ öffnen.

Nachdem der Greifer 7 auf dem Schüttgut 8 aufgesetzt hat, werden die Greiferseile 4, 4′ noch etwas nachgelassen, damit der Grei­ fer 7 in das Schüttgut 8 einsinken kann. Hierbei bildet sich in den Greiferseilen 4, 4′ Schlaffseil.

Nach einer gewissen Zeit, typisch mehrere Sekunden, wenn der Greifer 7 in das Schüttgut 8 eingesunken ist, wird der Greifer 7 durch Einholen des Schließseils 4′ geschlossen. Das Schlaff­ seil des Schließseils 4′ wird beim Schließen des Greifers automatisch eingeholt.

Fig. 3 zeigt den Zugverlauf in den Greiferseilen 4, 4′ während eines Schließvorgangs. Dabei bedeutet die durchgezogene Linie den Zugverlauf im Halteseil 4 und die gestrichelte Linie den Zugverlauf im Schließseil 4′.

Vor der Zeit t₁ wird der geöffnete Greifer 7 auf das Schüttgut 8 abgesenkt. Der Zug F_s im Schließseil 4′ ist sehr gering. Der Zug F_h im Halteseil 4 ist durch das Eigengewicht des Greifers 7 ver­ ursacht.

Nach dem Aufsetzen des Greifers 7 auf das Schüttgut 8, also nach der Zeit t₁, werden die Greiferseile 4, 4′ noch etwas nachge­ lassen, bis z. B. die Züge F_h, F_s in den Greiferseilen 4, 4′ nur noch dem Eigengewicht der Greiferseile 4, 4′ entsprechen, damit der Greifer 7 in das Schüttgut 8 einsinken kann.

Ab der Zeit t₂ wird der Greifer 7 geschlossen. Der Schließzug F_s steigt dabei stetig an. Der Schließzug F_s im Schließseil 4′ wird dabei über den von den Umlenkrollen 76 gebildeten Flaschen­ zug, der vorzugsweise mit 3 bis 7facher Untersetzung, insbeson­ dere mit 4facher Untersetzung, ausgelegt ist, verstärkt. Ohne Untersetzung würde der Greifer 7 allein vom Schließseil 4 aus dem Schüttgut 8 gehoben, noch ehe der Greifer 7 ganz geschlos­ sen ist, da der zum Schließen des Greifers 7 benötigte Schließ­ zug F_s den Nennzug, d. h. den zum Heben der Nennlast benötigten Zug, deutlich übersteigt.

Zum Zeitpunkt t₃ ist der Greifer 7 ganz geschlossen und wird an­ gehoben. Zu diesem Zeitpunkt trägt das Schließseil 4′ den Grei­ fer 7 allein. Um den Gesamtzug F_s+F_h auf beide Greiferseile 4, 4′ zu verteilen, wird nach dem Heben des Greifers 7 das Getriebe 3 entsperrt und der Hilfsantrieb 1′ drehzahlgeregelt, insbesondere drehzahlbegrenzt, mit einem Moment M′* beaufschlagt, das dem gewünschten Sollzug F_s* im Schließseil 4′ entspricht.

Im Idealfall ist die Last nach dem Lastausgleich gleichmäßig auf beide Greiferseile 4, 4′ verteilt, der Sollzug F_s* im Schließseil 4′ also gleich dem halben Gesamtzug F_s+F_h. Ein­ facher und im Regelfall ebenfalls tolerierbar ist es, den Sollzug F_s* lastunabhängig vorzugeben, z. B. so, daß er der halben Nennlast oder dem durch den leeren Greifer 7 verursachten Zug entspricht.

Da der Zug F_s im Schließseil 4′ zu Beginn der Lastausgleichsregelung größer ist als der Sollzug F_s*, wird das Schließseil 4′ - wegen der Drehzahlregelung langsam - nachgelassen, bis das Schlaffseil im Halteseil 4 beseitigt ist. Bis zu diesem Zeit­ punkt t₄ findet in den Greiferseilen 4, 4′ keine Veränderung der Züge F_s, F_h statt. Danach nimmt der Zug F_s im Schließseil 4′ ab und der Zug F_h im Halteseil 4 um den gleichen Betrag zu, bis die Züge F_s, F_h zum Zeitpunkt t₅ gleich sind. Bei entsprechender An­ passung der Regelung ist es möglich, die Züge F_s, F_h ohne Über­ schwingen aneinander anzugleichen. Wenn der Hilfsantrieb 1′ zum Stillstand gekommen ist, wird das Getriebe 3 wieder gesperrt. Der Stillstand des Hilfsantriebs 1′ kann beispielsweise durch ein Absinken von Drehzahl n und Beschleunigung F des Hilfsan­ triebs 1′ unter vorwählbare Schranken detektiert werden.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Regelungsschaltung für den Hilfs­ antrieb 1′. Der Drehzahlregler 9 erhält als Eingabegrößen von der in Fig. 4 nicht dargestellten Automatisiereinrichtung 6 die Solldrehzahl n* sowie von dem mit dem Hilfsantrieb 1′ verbundenen Tachogenerator 10 die Drehzahl n. Die Ausgangsgröße des Drehzahlreglers 9, der Strom-Sollwert I*, wird zusammen mit dem Strom-Istwert dem Stromregler 11, der vorzugsweise ein PI-Regler ist, eingegeben, dessen Ausgangssignal der Thyristor­ steuereinheit 12 zugeleitet wird, die wiederum die Thyristorein­ heit 13 ansteuert. Die Thyristoreinheit 13 versorgt den Hilfsan­ trieb 1 mit Strom. Der Strom-Istwert I wird dabei im Meßwandler 14 gemessen.

Der Regler 9 ist vorzugsweise als P-Regler ausgebildet. Wenn dem Drehzahlregler 9 ein Sollwert n* vorgegeben wird, der dem Zustand "Greifer schließen" entspricht, weist der Drehzahlregler 9 eine Charakteristik auf, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist:

• a) Wenn die Drehzahl n des Hilfsantriebs 1′ einen vorgegebenen Wert n₀ nicht unterschreitet, ist der Ausgang des Drehzahl­ reglers 9 derart, das der Hilfsantrieb 1′ mit einem Moment M′* beaufschlagt wird, das dem gewünschten, vorwählbaren Zug F_s* entspricht.
• b) Wenn die Drehzahl n den Wert n₀ unterschreitet, das Schließ­ seil 4′ also zu rasch nachgelassen wird, steigt das Moment M′ rapide an, d. h. das Nachlassen des Schließseils 4′ wird stärker abgebremst.

Der Regler 9 wirkt also als Drehzahlbegrenzer. Durch die Dreh­ zahlbegrenzung wird in vorteilhafter Weise zum einen ein Ruck beim Kraftschlüssigwerden des Halteseils 4 vermieden und zum anderen die Endverstellung der Greiferseile 4, 4′ ohne Über­ schwingen angefahren.

Mit Vorteil ist die Regelschaltung in der Automatisiereinheit 6 softwaremäßig realisiert.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben eines Krans mit Greifer, wobei der Greifer durch einen auf ein Halteseil und ein Schließseil gleich wirkenden Hauptantrieb gehoben bzw. abgesenkt wird und durch einen die Greiferseile relativ zueinander verstellenden Hilfs­ antrieb geöffnet bzw. geschlossen wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Schließen des Greifers (7) der Hilfsantrieb (1′) solange betätigt wird, bis eines der Greiferseile (4, 4′), z. B. das Schließseil (4′), mit einem vorwählbaren Zug (F_s*) beaufschlagt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hilfsantrieb (1′) nach dem Heben des Greifers (7) betätigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorwählbare Zug (F_s*) lastabhängig ist, z. B. gleich dem halben Gesamtzug (F_h+F_s) in den Greiferseilen (4, 4′) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorwählbare Zug (F_s*) lastunabhängig ist, z. B. gleich dem durch den leeren Greifer (7) verursachten Zug ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb (1′) auf ein sperrbares Getriebe (3), vorzugsweise ein Differentialgetriebe (3), z. B. ein Planetengetriebe (3), wirkt, das nach dem Schlie­ ßen des Greifers (7) entsperrt wird, wobei der Hilfsantrieb (1′) mit einem Moment (M′*) beaufschlagt wird, das dem vorwählbaren Zug (F_s*) entspricht, und daß das Getriebe (3) gesperrt wird, wenn der Hilfsantrieb (1′) zum Stillstand gekommen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stillstand des Hilfsantriebs (1′) durch ein Absinken von Drehzahl (n) und Beschleunigung (n) des Hilfsantriebs (1′) unter vorwählbare Schranken detektiert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ fahrensablauf durch eine speicherprogrammierbare Recheneinheit (6) gesteuert wird.

8. Antriebssystem für die Greiferseile eines Greiferkrans, ins­ besondere zum Betreiben nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, mit zwei über ein Differentialgetriebe, z. B. ein Planetengetriebe, miteinander verbundenen Seilwinden, einem Hauptantrieb und einem Hilfsantrieb, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hilfsantrieb (1′) eine Dreh­ zahlregelung aufweist, die zur Sollwertvorgabe mit einer überge­ ordneten Automatisiereinheit (6), z. B. einer speicherprogram­ mierbaren Steuerung (6), verbunden ist.

9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es mit der Automatisiereinheit (6) verbundene Zugmeßeinrichtungen (5, 5′) zur Bestimmung der in den Greiferseilen (4, 4′) herrschenden Züge (F_h, F_s) aufweist.

10. Antriebssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (1, 1′) Gleich­ strommaschinen sind.

11. Antriebssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (1, 1′) umrichter­ gespeiste Wechselstrommaschinen, z. B. Asynchronmaschinen, sind.