Drehwerk für einen Kran

Abstract

 Ein Drehwerk für einen unten oder oben drehenden Turmdrehkran ist mit einem Elektromotor versehen, der über ein Getriebe die zu drehenden Kranmassen antreibt. Dabei wird der Motor durch eine Betätigungseinrichtung gesteuert. Um eine feinfühlige und genaue Steuerung der Drehbewegung des Auslegers des Turmdrehkrans zu ermöglichen, sind Einrichtungen zur Messung der Motordrehzahl und des Motormoments vorgesehen. Während des Anfahr- und Drehbetriebes wird bei einer sich aufgrund der vorpendelnden Last erhöhenden Motordrehzahl das Antriebsmoment gegen Null abgesenkt und beim Rückpendeln der Last wird das Antriebsmoment im wesentlichen beibehalten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Drehwerk für einen Kran, vorzugsweise einen unten oder oben drehenden Turmdrehkran, mit einem über ein Getriebe das mit einem Drehkranz der zu drehenden Kranmassen kämmende Ritzel antreibenden Elektromotor und mit einer den Motor entsprechend den auf eine Betätigungseinrichtung aufgebrachten Steuerbewegungen steuernden Einrichtung.

[0002] Bekannte Drehwerke dieser Art besitzen zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe eine Flüssigkeitskupplung, wobei eine das Antriebsritzel haltende und abbremsende Bremse erst geöffnet wird, wenn der Motor über die Flüssigkeitskupplung ein so großes Drehmoment aufgebaut hat, daß beispielsweise bei auf den Kranausleger wirkenden Windlasten ein Rückdrehen des Auslegers verhindert wird. Bei diesem bekannten Drehwerk erfolgt also das Anfahren grundsätzlich mit einem hohen Drehmoment, das entsprechend der dadurch bedingten Beschleunigung ein relativ weites Pendeln der Last anregt. Bei dem bekannten Drehwerk erfolgt die Steuerung des Motorantriebs über das Motormoment, so daß der Motor ein bremsendes Gegenmoment erzeugt, wenn aufgrund des Vorpendelns der Last diese auf den Ausleger ein ziehendes Moment ausübt. Durch eine derartige Motorsteuerung kann aber das unerwünschte Pendeln der Last nicht unterdrückt werden, so daß eine feinfühlige Steuerung der Drehgeschwindigkeit während des Drehbetriebes und der Abbremsphase nicht möglich ist.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drehwerk der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das eine feinfühlige und genaue Steuerung der Drehbewegung des Auslegers ermöglicht.

[0004] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Drehwerk der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß Einrichtungen zur Messung der Motordrehzahl und des Motormoments vorgesehen sind und daß während des Anfahr- und Drehbetriebes bei einer sich aufgrund der vorpendelnden Last erhöhenden Motordrehzahl das Antriebsmoment gegen Null abgesenkt und bei einem Rückpendeln der Last das Antriebsmoment im wesentlichen beibehalten wird. In entsprechender Weise kann während der Abbremsphase der vorgegebene Drehzahlabfall beim Vorpendeln der Last durch ein auf den Motor aufgebrachtes Bremsmoment im wesentlichen eingehalten und beim Rückpendeln der Last das Motormoment derart abgesenkt werden, daß das bremsende Moment der rückpendelnden Last ausgenutzt wird.

[0005] Bei dem erfindungsgemäßen Drehwerk ist der Antriebsmotor unmittelbar mit dem das Ritzel antreibenden Getriebe ohne Zwischenschaltung einer Flüssigkeitskupplung verbunden, so daß sich das Antriebsritzel durch entsprechende Regelung des Antriebsmotors feinfühlig in der Weise regeln läßt, daß die gewünschte Antriebscharakteristik erreicht wird.

[0006] Durch Messung der Motordrehzahl und des Motormoments lassen sich die für die Regelung des Antriebsritzels erforderlichen Parameter erfassen. Das erfindungsgemäße Drehwerk ist mit einer derartigen Antriebsregelung versehen, daß die unvermeidbare Pendelung der Last gedämpft wird. Dies wird während des Anfahr- und Drehbetriebes dadurch erreicht, daß bei vorpendelnder, also ziehender Last durch Absenkung des Motormoments bewußt eine sich erhöhende Motordrehzahl in Kauf genommen wird, die durch entsprechende Nachführung des Aufhängungspunktes des Seils an dem Ausleger die pendelnde Bewegung dämpft. Beim Rückpendeln der Last steigt dann zur Aufrechterhaltung der eingestellten Drehzahl das Motormoment sanft von unten wieder an, so daß zwar die Soll-Drehzahl im wesentlichen beibehalten wird, ohne daß dadurch aber das Pendeln der Bewegung wieder verstärkt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Drehwerk wird also unter möglichster Beibehaltung der Soll-Drehzahl das Motormoment so geregelt, daß dieses im Sinne einer Dämpfung der Pendelbewegung wirkt.

[0007] Während der Abbremsphase wird das Motormoment wiederum im Sinne einer Dämpfung und Unterdrückung der Pendelbewegung geregelt. Dies geschieht dadurch, daß beim insbesondere während der Abbremsphase auftretenden Vorpendeln der Last der vorgegebene Drehzahl-Abfall beibehalten wird, so daß das Motormoment bremsend wirkt. Beim Rückpendeln der Last wird hingegen das Motormoment derart abgesenkt, daß das bremsende Moment der rückpendelnden Last ausgenutzt wird.

[0008] Da bei dem erfindungsgemäßen Drehwerk das Motormoment sowohl während der Anfahr- und Abbremsphase als auch während des Drehbetriebes in optimaler Weise der von der pendelnden Last auf den Ausleger übertragenen Kraft angepaßt wird, läßt sich eine optimale Dämpfung der Pendelbewegung erzielen.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Drehzahlregelung des Antriebsmotors kann sanft gegen etwa vorhandene Windlasten angefahren werden, ohne daß zuvor ein ruckfreies Anfahren verhinderndes großes Drehmoment aufgebaut werden muß.

[0010] Aufgrund der erfindungsgemäßen Regelung des Antriebsmotors lassen sich stufenlos unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten bei stoßfreier Beschleunigung und Verzögerung der Drehbewegung einstellen.

[0011] Die Erfindung läßt sich auch so definieren, daß eine Drehgeschwindigkeit als Sollwert vorgegeben wird, daß die aktuelle Drehgeschwindigkeit bestimmt wird, daß bei Überschreiten des Sollwertes bei zeitlich konstantem oder steigendem Sollwert und/oder bei Unterschreiten des Sollwertes bei zeitlich fallendem Sollwert das Motormoment auf Null reduziert wird und daß ansonsten die aktuelle Drehgeschwindigkeit auf den Sollwert geregelt wird.

[0012] Bei dem erfindungsgemäßen Drehwerk ist der Elektromotor schlupffrei mit der Drehbewegung des Auslegers gekoppelt, wobei ein Detektor zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit des Auslegers vorgesehen ist und die Regeleinheit zum Regeln gemäß dem vorstehend angegebenen Verfahren ausgebildet ist. Nach der Erfindung wird dann, wenn das Pendeln einer Last im Sinne einer gewünschten Auslegerbewegung wirkt, ein einwirkendes Drehmoment des Drehantriebes weggenommen. Hierbei wird ein Regelkreis für eine Regelung der Drehgeschwindigkeit des Auslegers bzw. des einwirkenden Drehmomentes auf den Ausleger geöffnet. Dadurch wird erreicht, daß die Energie der auspendelnden Last zur positiven oder negativen Beschleunigung des Auslegers verwendet und dadurch reduziert wird. Dies hat zur Folge, daß eine Pendelbewegung der Last gedämpft wird.

[0013] Durch eine Bestimmung und Regelung der Drehgeschwindigkeit des Auslegers wird ein punktgenaues Fahren des Krans durch den Kranführer, insbesondere auch bei auftretenden Windlasten, ermöglicht. Dies wird durch eine schlupffreie Ankoppelung des Drehmotors an die Drehbewegung des Auslegers unterstützt.

[0014] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird das einwirkende Drehmoment nur bei Abweichungen der aktuellen Drehgeschwindigkeit vom Sollwert, deren Beträge kleiner als ein Maximalwert sind, auf Null reduziert und andernfalls den Abweichungen entgegengerichtet. Hierdurch wird sichergestellt, daß die aktuelle Drehgeschwindigkeit von einem vorgegebenen Sollwert oder einem bestimmten Sollwertverlauf nicht zu stark abweicht.

[0015] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das einwirkende Drehmoment nur stetig verändert wird. Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, daß als Elektromotor ein Asynchronmotor in Verbindung mit einer Phasenanschnittsteuerung verwendet wird. Durch eine nur stetige Veränderung des Drehmoments wird sichergestellt, daß eine ruckfreie Bewegung erreicht wird und die Belastungen des Krans niedrig gehalten werden. Alternativ kann auch ein Asynchronmotor mit einer elektrischen Frequenzregelung vorgesehen werden.

[0016] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine harmonische Drehbewegung des Auslegers dadurch erreicht, daß bei unstetigen Sollwert-Zielvorgaben ein stetiger Sollwertverlauf bestimmt wird. Dies bedeutet, daß bei Eingabe eines neuen Sollwertes dieser mit dem vorhergehenden Sollwert verglichen und zur Angleichung eine angepaßte Sollwertkurve durchlaufen wird. Hierbei wird insbesondere dann ein besonders leichter Bewegungsablauf erreicht, wenn die bestimmte Sollwertkurve, also der Sollwertverlauf, eine stetig differenzierbare Funktion darstellt.

[0017] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das einwirkende Drehmoment bei Unterschreiten des Sollwertes durch die aktuelle Drehgeschwindigkeit bei fallendem Sollwertverlauf nur dann auf Null reduziert wird, wenn die aktuelle Drehgeschwindigkeit größer als die Sollwert-Zielvorgabe ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß beim Abbremsen des Auslegers dieser nicht zu stark, also unter die gewünschte Sollwert-Zielvorgabe, in seiner Drehgeschwindigkeit verzögert wird.

[0018] Bei dem erfindungsgemäßen Drehwerk ist weiterhin vorgesehen, daß das größte Antriebsmoment des Motors begrenzt ist, so daß die Konstruktion des Krans nicht überlastet werden kann.

[0019] Ist ein schnelles Abbremsen der Drehung erforderlich, erfolgt dies durch ein besonderes Programm, nachdem die pendelnd voreilende Last ständig durch ein Gegenmoment abgebremst wird. Das erfindungsgemäße Drehwerk ermöglicht zum schnellen Abbremsen also auch ein übliches Kontern, wobei eine das Kontern überwachende, elektronische Steuerung vorgesehen ist.

[0020] Bei dem Motor kann es sich um einen üblichen Schleifring-Asynchronmotor handeln, mit dem sich entsprechend den gewünschten Motorkennlinien unterschiedliche Widerstandsstufen einschalten lassen, oder um einen Asynchronmotor mit speziellem Läufer.

[0021] Die Regelung der Drehzahl und des Motormoments kann in üblicher Weise durch eine Phasenanschnittsteuerung aufgrund der eingestellten Spannungszeitfläche, wenn als Antriebsmotor ein Asynchronmotor gewählt wird, oder durch eine übliche Frequenzregelung erfolgen.

[0022] Nach der vorliegenden Erfindung wird das Anfahren des Antriebes drehzahlgeregelt durchgeführt, während das Abbremsen drehmomentgeregelt durch Umkehrung des Drehfeldes (sogenanntes "Kontern") vorgenommen wird.

[0023] Gebremst wird durch Kontern automatisch immer dann, wenn der Steuerhebel auf Null zurückgestellt wird. Dieser automatische Bremsvorgang wird besonders weich eingeleitet, da der zu Beginn des Bremsvorganges aktuelle Drehzahl-Istwert als Drehzahl-Sollwert übernommen wird, der dann nach einer Kurven-Rampe auf Null zurückgeführt wird. Die Differenz zwischen diesem Sollwert und der aktuellen Drehgeschwindigkeit ist der Sollwert für das einwirkende Bremsmoment. Da beim Einleiten des Bremsvorganges der Drehzahl-Sollwert gleich der der aktuellen Drehgeschwindigkeit ist, beginnt das Bremsmoment immer stetig aus Null heraus und somit völlig stoßfrei.

[0024] Zusätzlich zu dem automatischen Abbremsvorgang durch automatisches, momentengeregeltes Kontern kann der Kranführer das einwirkende Drehmoment erhöhen, indem er einen Sollwert entgegen der aktuellen Drehrichtung vorgibt. Verbleibt der Kranführer in dieser Konterstellung, findet nach dem Abbremsvorgang eine momentengeregelte Drehrichtungsumkehr statt. Das einwirkende Drehmoment ist stetig von Null bis Maximum über den Steuerhebel einstellbar, so daß es möglich ist, den Ausleger im Wind in der "Schwebe" zu halten, was ein besonders feinfühliges Positionieren ermöglicht.

[0025] Das einwirkende Drehmoment wird sowohl im drehzahlgeregelten Betrieb als auch im momentengeregelten Betrieb auf einen maximalen Betrag begrenzt. Hierbei wird insbesondere auch die Wirkungsgrad-Umkehrung zwischen Treiben und Bremsen berücksichtigt, so daß das maximal zulässige, auf die Krankonstruktion wirkende Drehmoment nicht überschritten wird.

[0026] Das maximale Drehmoment kann in Abhängigkeit von der Auslegerlänge, die je nach Krantype unterschiedlich sein kann, eingestellt werden. Eine weitere Umschaltmöglichkeit auf einen maximalen Betrag des einwirkenden Drehmoments ist für verschiedene Auslegerstellungen vorgesehen.

[0027] Ein besonderes Verfahren sorgt beim drehzahlgeregelten Anfahren dafür, daß der insbesondere bei Untendreherkranen auftretende Peitscheneffekt infolge eines Vorschnellens des Auslegers beim Beschleunigen des Auslegers nicht auftritt. Wenn durch die Last und/oder die Windverhältnisse die Drehgeschwindigkeit nicht dem stetigen Verlauf des Sollwertes folgen kann, weil durch die Drehmomentenbegrenzung ein maximales Beschleunigungsmoment nicht überschritten werden kann, wird bei einer vorgesehenen maximalen Abweichung zwischen Sollwert und aktueller Drehgeschwindigkeit der weitere stetige Anstieg des Sollwertes angehalten, bis die Abweichung wieder innerhalb der vorgesehenen Grenze liegt. Hierdurch wird erreicht, daß das einwirkende Drehmoment beim Vorschnellens des Auslegers (Peitscheneffekt) reduziert wird und dadurch keine weitere Beschleunigungsenergie in die Konstruktion eingeleitet wird.

[0028] Ausführungsbeispiele der Steuerung des Drehwerks werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1

ein die Aktivierung der verschiedenen Regler betreffendes Flußdiagramm,

Fig. 2

ein die Drehzahl- und Momentenregler betreffendes Flußdiagramm,

Fig. 3

ein den Bremsregler betreffendes Flußdiagramm und

Fig. 4

ein Flußdiagramm für die Verarbeitung der Reglersignale zur Steuerung des Motors.

[0029] Gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 1 wird in einem ersten Schritt geprüft, ob der mit dem Steuerhebel eingestellte Drehgeschwindigkeitssollwert null ist. Ist dies der Fall, wird der Bremsregler aktiviert, um den Bremsvorgang einzuleiten. Gebremst wird durch Kontern automatisch immer dann, wenn der Steuerhebel auf null zurückgestellt wird.

[0030] Ist der eingestellte Drehzahl-Sollwert verschieden von null, wird in einem zweiten Schritt geprüft, ob die Sollwert-Richtung gleich der Drehrichtung ist. Ist dies nicht der Fall, so wird der Bremsregler aktiviert. Wurde die Sollwert-Richtung geändert, d. h., wurde ein Sollwert entgegen der aktuellen Drehrichtung vorgegeben, um ein schnelleres Abbremsen zu erreichen, so wird zusätzlich der Momentenregler aktiviert und der Drehzahlregler inaktiviert.

[0031] Hat sich die Sollwert-Richtung nicht geändert, d. h., hat sich die Drehrichtung aufgrund von anderen Einflüssen entgegen der Soll-Drehrichtung eingestellt, so wird in einem dritten Schritt der Drehzahlregler aktiviert und der Momentenregler inaktiviert.

[0032] Ist die Sollwert-Richtung gleich der Drehrichtung, so wird geprüft, ob der Sollwert seit der letzten Änderung der Drehrichtung null war. Ist dies nicht der Fall, was zum Beispiel der momentengesteuerten Drehrichtungsumkehr nach schnellem Abbremsen durch Kontern und Beibehaltung der Konterstellung entspricht, wird der Momentenregler aktiviert und der Drehzahlregler inaktiviert.

[0033] Wenn der Sollwert bei der letzten Drehrichtungsänderung null war, befindet sich das erfindungsgemäße Drehwerk im Anfahr- und Drehbetrieb und dementsprechend wird der Drehzahlregler aktiviert und der Momentenregler inaktiviert.

[0034] Das aus Fig. 2 ersichtliche Flußdiagramm zeigt die Weiterverarbeitung des eingestellten Drehgeschwindigkeits-Sollwertes. In der Sollwert-Aufbereitung wird der Sollwert mit dem Istwert verglichen und ein stetiger Sollwert-Verlauf zum Sollwert-Ziel geschaffen. Der aufbereitete Sollwert wird zusammen mit dem gemessenen Drehzahlwert im Drehzahlregler verarbeitet, wenn dieser aktiv ist.

[0035] Ist die Soll-Drehrichtung gleich der Ist-Drehrichtung, so wird der Sollwert drehzahlabhängig reduziert. Der reduzierte Sollwert oder der eingestellte Sollwert wird mit der Momentenkennlinie weiterverarbeitet.

[0036] Aus Fig. 3 ist das Flußdiagramm für das Bremsreglersystem ersichtlich. Solange der Bremsregler inaktiv ist, wird immer die aktuelle Drehzahl als Bremsregler-Sollwert gespeichert. Sobald der Bremsregler aktiv wird, wird ein Sollwert-Verlauf in Form einer Rampe vom letzten gespeicherten Drehzahlwert bis 0 erzeugt. Dieser Sollwert-Verlauf wird mit der gemessenen Drehzahl im Bremsregler verarbeitet.

[0037] Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm für die Verarbeitung der Regler-Signale zur Steuerung des Motors. Der Summierer prüft die Aktivität der Regler und bestimmt mit der gemessenen Drehzahl die Strombegrenzung. Auslegerstellung, Strombegrenzung und der gemessene Strom werden im Stromregler so verarbeitet, daß der Leistungsteil für den erfindungsgemäßen Betrieb des Motors sorgt, der das für die Drehung des Krans erforderliche Drehmoment liefert.

Ansprüche

1. Drehwerk für einen Kran, vorzugsweise einen unten oder oben drehenden Turmdrehkran,
mit einem über ein Getriebe das mit einem Drehkranz der zu drehenden Kranmassen kämmende Ritzel antreibenden Elektromotor und
mit einer den Motor entsprechend den auf eine Betätigungseinrichtung aufgebrachten Steuerbewegungen steuernden Einrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
daß Einrichtungen zur Messung der Motordrehzahl und des Motormoments vorgesehen sind und
daß während des Anfahr- und Drehbetriebes bei einer sich aufgrund der vorpendelnden Last erhöhenden Motordrehzahl das Antriebsmoment gegen Null abgesenkt und beim Rückpendeln der Last das Antriebsmoment im wesentlichen beibehalten wird.

2. Drehwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abbremsphase der vorgegebene Drehzahl-Abfall beim Vorpendeln der Last durch ein auf den Motor aufgebrachtes Bremsmoment im wesentlichen gehalten und beim Rückpendeln der Last das Motormoment derart abgesenkt wird, daß das bremsende Moment der rückpendelnden Last ausgenutzt wird.

3. Drehwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung der die Drehbewegung einleitenden Betätigungseinrichtung das Motormoment nach einer der eingestellten Soll-Drehzahl entsprechenden, vorgegebenen Zeitfunktion ansteigt.

4. Drehwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das größte Antriebsmoment des Motors begrenzt ist.

5. Drehwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein schnelles Abbremsen der Drehung durch ein besonderes Programm erfolgt, nach dem die pendelnd voreilende Last ständig durch ein Gegenmoment abgebremst wird.

6. Drehwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein durch Phasenanschnittsteuerung gesteuerter Schleifring-Asynchronmotor ist.

7. Drehwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein durch Frequenzregelung gesteuerter Motor ist.

Zeichnung