Einrichtung an Hebezeugen für die selbsttätige Steuerung der Bewegung des Lastträgers mit Beruhigung des Pendels der an ihm hängenden Last

Abstract

 Es wird eine Einrichtung an Hebezeugen für die selbsttätige Steuerung der Bewegung des Lastträgers (14) mit Beruhigung des beim Beschleunigen oder Abbremsen der an ihm hängenden Last (10) auftretendem Pendelns der Last (10) vorgeschlagen, wobei ein Signalgeber (24) eine Bewegungssteuerung des Lastträgerfahrmotors (18) vornimmt durch Vorgabe eines im wesentlichen kosinusförmigen Lastträgerbeschleunigungssignals (b_K). Man erhält hierdurch eine Verkürzung des Beschleunigungs-bzw. Abbremszeitintervalls (T) bei vorgegebener maximaler Zugkraft des Lastträgerverfahrmotors, (18) die ggf. auch konstant gehalten werden kann. Die Lastbeschleunigung (b_L) folgt einer Cosinuskurve.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an Hebezeugen für die selbsttätige Steuerung der Bewegung des Lastträgers mit Beruhigung des beim Beschleunigen oder Abbremsen der an ihm hängenden Last auftretenden Pendelns der Last während eines Beschleunigungs- bzw. Abbremszeitintervalls, umfassend einen Signalgeber zur Abgabe von Lastträgerbewegungssteuerungssignalen zur Bewegungssteuerung eines Lastträgerverfahrmotors, insbesondere durch Vorgabe einer Lastträgerbeschleunigung, wobei der Signalverlauf einem zur Intervallmitte symmetrischen Lastträgerbeschleunigungsverlauf entspricht mit Beschleunigungsmaximalwerten am Intervallanfang bzw. -ende und dazwischenliegenden kleineren, ggf.verschwindenden Beschleunigungsminimalwerten.

[0002] Aus der DE-AS 11 72 413 ist eine Einrichtung dieser Art bekannt, bei der das die Lastträgerbeschleunigung vorgebende Steuersignal aus zwei Beschleunigungsstufen gebildet ist, nämlich einer Anfangsperiode mit konstanter Beschleunigung (Beschleunigungsmaximal_wert), einer Endperiode mit gleicher konstanter Beschleunigung und einer dazwischenliegenden Zwischenperiode mit verschwindender Beschleunigung. Die Zeitdauer der Zwischenperiode ist gerade so festgelegt, daß der Pendelausschlag der Last und der Betrag der Pendelgeschwindigkeit am Periodenanfang und -ende dieselben sind jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen der Bewegungsrichtung. Man erhält auf diese Weise einen bezüglich des Pendelns der Last am Lastträger symmetrischen Bewegungsablauf, so daß sich am Intervallende derselbe Bewegungszustand einstellt wie am Intervallanfang. Hat die Last vor dem Beschleunigen oder Abbremsen ruhig am Lastträger gehangen, so wird sie demnach auch nach erfolgter Beschleunigung bzw. Abbremsung ruhig hängen. Unter "Beruhigen des Pendelns" wird demnach in diesem Zusammenhang verstanden, daß das während der positiven oder negativen Beschleunigung der Last zwangsläufig auftretende Pendeln am Ende des Beschleunigungs- bzw. Abbremszeitintervalles beseitigt ist. Mit dieser jeweils einstufigen Beschleunigung am Anfang und Ende des Zeitintervalls erreicht man eine Verkürzung des Beschleunigungs- oder Abbremszeitintervalls gegenüber einer während dieses Intervalls konstanten Beschleunigung. Bei der Lösung gemäß DE-AS 11 72 413 kann durch entsprechende Erhöhung des Beschleunigungsmaximalwertes die Länge des Zeitintervalls im Grenzfall bis auf die halbe Periode des von der hängenden Last gebildeten Pendels bei unbewegtem Lastträger verkürzt werden, es sei denn die vom Verfahrmotor während des Zeitintervalls aufzubringende Zugkraft übersteigt die maximale Zugkraft des Fahrmotors.

[0003] Die Aufgabe der Erfindung liegt demgegenüber darin, das Beschleunigungs- bzw. Abbremszeitintervall bei vorgegebener maximaler Fahrmotorzugkraft weiter zu verkürzen.

[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der vom Signalerzeuger erzeugte Signalverlauf einer zwischen den Beschleunigungsmaximalwerten und dem bzw. den ggf. umgekehrtes Vorzeichen annehmenden Beschleunigungsminimalwerten jeweils kontinuierlich oder wenigstens in zwei Stufen monoton fallenden bzw. steigenden Lastträgerbeschleunigung entspricht. Hierbei macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, daß der von der Beschleunigung der Last herrührende Anteil an der vom Lastträgerverfahrmotor aufzubringenden Zugkraft von Null am Intervallanfang auf einen Maximalwert in der Intervallmitte kontinuierlich ansteigt und dann wieder hierzu symmetrisch abfällt. Bei konstanter Anfangsbeschleunigung gemäß der bekannten Lösung steigt demnach die aufzuwendende Zugkraft kontinuierlich an,'um dann am Ende der Anfangsperiode mehr oder minder stark abzufallen und dann wieder bis zur Intervallmitte anzusteigen. Da bei der Erfin- dung der von der Lastträgerbeschleunigung herrührende Anteil an der gesamten Zugkraft kontinuierlich oder stufenweise abfällt, treten keine Zugkraftspitzen zwischen Intervallanfang und Intervallende mehr auf. Für den Fall, daß die Masse der Last wesentlich größer ist als die des Lastträgers, kann der Beschleunigungsminimalwert in der Intervallmitte auch im Vergleich zum Beschleunigungsmaximalwert umgekehrtes Vorzeichen annehmen, um eine Zugkraftspitze in diesem Bereich zu vermeiden. Aufgrund dieser Vergleichmäßigung der Zugkraft kann zum einen ein höherer Beschleunigungsanfangswert (= Beschleunigungsmaximalwert) gewählt werden; zum anderen wird auch noch zu späteren Zeitpunkten Beschleunigungs- bzw. Abbremsarbeit geleistet, so daß sich insgesamt eine spürbare Verkürzung des Beschleunigungs-oder Abbremszeitintervalls bei vorgegebener maximaler Zugkraft ergibt. Auch kann das Zeitintervall unter den vorstehend angegebenem Grenzfall (halbe Periode) weiter verkürzt werden.

[0005] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert.

[0006] Es zeigt:

[0007] 

Fig. 1A bis 1D den Verlauf der Bewegungsparameter bei konstanter Zugkraft, nämlich

Fig. 1A die Beschleunigung,

Fig. 1B die Geschwindigkeit,

Fig. 1C den Weg und

Fig. 1D die Zugkraft;

Fig. 2A eine Schar von kosinusförmigen Lastträgerbeschleunigungskurven;

Fig. 2B eine stufenförmige Lastträgerbeschleunigungskurve; und

Fig. 3 eine stark vereinfachte Ansicht eines Lastträgers mit Last und gesteuertem Fahrmotor.

[0008] In den Fig. 1 und 2 ist mit t die Zeit und T bzw. T₁ bis T₆ das Beschleunigungszeitintervall angegeben; b_K ist die Lastträgerbeschleunigung. Im nachfolgend beschriebenen Beispiel wird der Lastträger als Katze bezeichnet, was den Index K erklärt. Es kommen natürlich auch andere Lastträger in Frage, wie z.B. Ausleger. Dementsprechend bezeichnet der Index L die an der Katze an einem Seil oder dergl. hängende Last. Der in Fig. 1A mit b_L bezeichnete Parameter ist also die Lastbeschleunigung.

[0009] _Fig. 1B zeigt die Geschwindigkeit v_K und v_L von Katze und Last während des Zeitintervalls T. In Fig. 1C ist der jeweilige momentan zurückgelegte horizontale Weg.s_K und s_L von Katze bzw. Last angegeben. In Fig. 1D erkennt man den zeitlichen Verlauf der vom _Laufkatzenmotor zur Beschleunigung von Katze und Last aufzuwendenden Zugkraft P.

[0010] Es läßt sich nachweisen, daß man einender Beziehung

gehorchenden Verlauf der Lastbeschleunigung (bzw. -verzögerung erhält (C ist eine Konstante), wobei Katze und Last sowohl zum Zeitpunkt t=₀ als auch zum Zeitpunkt

senkrecht übereinanderstehen; wenn für die Katzbeschleunigung b_K folgende Beziehung gilt:

[0011] Hierbei ist v_N die Differenz der Geschwindigkeiten nach und vor dem Beschleunigen bzw. Abbremsen; 1 steht für die Pendellänge, g für die Erdbeschleunigung und n für eine ganze Zahl mit den Werten 1, 2, 3.... usw;T ist die Periode (Eigenschwingzeit des Pendels), für die folgende Beziehung gilt:

Hierin ist mit b_K (0) der Wert der Katzbeschleunigung zum Zeitpunkt t =0 bezeichnet, welcher gleich dem Beschleunigungsmaximalwert ist.

[0012] Aus dem Ausdruck für die Katzbeschleunigung b_k läßt sich durch Integration die Katzgeschwindigkeit wie folgt ermitteln:

[0013] Eine weitere Integration ergibt folgende Beziehung für den Katzweg:

[0014] Um einerLast eine bestimmte Geschwindigkeitsänderung aufzuprägen, ohne daß anschließend die Last weiterpendelt, ist es also lediglich erforderlich die Bewegung der Katze durch Vorgabe eines der drei Bewegungsparameter b_K, v_K oder s_K (Gleichung A oder C oder D) unter Berücksichtigung der Periode T_o(Gleichung B) zu steuern.

[0015] In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 3 sind diese Parameter eingetragen. Man erkennt eine Last 10, die über ein Tragseil 12 der Länge 1 an einer Laufkatze 14 hängt. Diese ist längs einer horizontalen Schiene 16 verfahrbar, wobei sie von einem elektrischen Fahrmotor 18 angetrieben wird. Der Fahrmotor 18 wird von einer steuerbaren Energieversorgung 20 angetrieben, mit der er über strichpunktiert angedeutete Leitungen 22 verbunden ist. Die Energieversorgung 20 wird von einem Signalgeber 24 gesteuert, mit dem sie über Steuerleitungen 26 verbunden ist. Der Signalgeber 24 gibt das in Fig. 1A dargestellte Katzbeschleunigungssignal b vor, woraufhin die Energieversorgung 20 den Fahrmotor 18 derart elektrische Energie zuführt, daß.dieser die Laufkatze 14 entsprechend beschleunigt. Da man bei einer derartigen Fahrmotorsteuerung häufig (z.B. bei den Stellmotoren) von einem Lage-Istwert ausgeht und diesen Lage-Istwert entweder unmittelbar mit einem Lage-Sollwert vergleicht oder nach zeitlicher Differenzierung mit einem Geschwindigkeits-Sollwert vergleicht oder, wie im vorliegendem Falle, nach einer zweiten zeitlichen Differenzierung mit einem Beschleunigungs-Sollwert vergleicht, kann man der Bewegungsregelung der Laufkatze auch den Geschwindigkeitsverlauf v_K gemäß _Fig. 1_B bzw. den Laufweg s_K gemäß Fig. 1C zugrundelegen. Da die Pendelbewegung von der Lastmasse m₁ in erster Näherung unabhängig ist, kann für die vorkommenden unterschiedlichen Lastmassen in der Regel die gleiche Bewegungssollkurve (b_K oder v_K oder s_K) vorgegeben werden. Bei bekannter Lastmasse besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, die zum Beschleunigen von Katze und Last aufzuwendende Zugkraft P (d.h. Gesamtkraft abzüglich der zur Überwindung der Fahrwiderstände aufzuwendenden Kräfte) des Fahrmotors 18 gemäß der zugeordneten Kurve (Fig. 1D) zu steuern.

[0016] Fig. 2A zeigt 6 Beschleunigungskurven b_K1 bis b_K6 aus der einer bestimmten Pendellänge 1 und einer bestimmten Geschwindigkeitsdifferenz v_n zugeordneten Kurvenschar mit n=₁. Aus der Anfangsbeschleunigung b_K(0) ergibt sich gemäß vorstehender Gleichung B die Periode T sowie gemäß vorstehender Gleichung A der Verlauf der Katzbeschleunigung b_K. Man erkennt, daß die Periode T_o in einem weiten Bereich variiert werden kann und damit das Zeitintervall T=n·T_o (n=1 in Fig. 2). Die Beschleunigungskurve mit dem kürzesten Zeitintervall T₁ ist mit b_K1 bezeichnet, die nächstfolgende mit dem Zeitintervall T₂ mit b_K2 usw. bis b_K6. Ein Sonderfall ist die Kurve b_K4 mit horizontalem Verlauf, die sich dann ergibt, wenn T=T_o=2·π·

. Die Kurven b_K5 und b_K6 mit negativem Faktor vor der Kosinusfunktion in Gleichung A scheiden im Normalfalle aus, da diese zu einem unerwünschten Spitzenwert der vom Fahrmotor 18 aufzubringenden Zugkraft in der Periodenmitte führen. Für die vom Fahrmotor aufzubringende Beschleunigungs-Zugkraft P gilt nämlich folgende Beziehung:

[0017] Wie Fig. 1A zeigt, steigt die Lastbeschleunigung ausgehend von Null auf einen Maximalwert in der Periodenmitte, was nach Multiplikation mit der im allgemeinen die Katzmasse m_K übersteigenden Lastmasse m_L zu einem entsprechend hohen Zugkraftbeitrag in der Periodenmitte führt. Um eine entsprechende Zugkraftspitze in der Periodenmitte zu vermeiden, wird durch entsprechende Wahl der Katzbeschleunigung b_K der von der Katze herrührende Anteil an der Zugkraft entsprechend reduziert und im dargestellten Beispiel sogar auf umgekehrtes Vorzeichen gebracht.

[0018] Man kann nun bei gegebenem Massenverhältnis m_K : m_L gerade diejenige Katzbeschleunigungskurve aus der Kurvenschar auswählen, die zu konstanter Zugkraft P während der gesamten Periode führt. Es läßt sich zeigen, daß die mit P₀ bezeichnete konstante Zugkraft folgenden Wert annimmt:

[0019] Für den Periodenanfangspunkt gilt:

woraus die Anfangsbeschleunigung b_K(O) resultiert, die in die Gleichungen A und B einzusetzen ist, woraus sich die Kurvenform b_K gemäß Fig. 1A ergibt. Den Fig. 1A bis 1B liegen folgende Werte zugrunde:

[0020] Es ergibt sich eine Schwingungsperiode T_o von 5,47 sec.; die konstante Zugkraft P₀ beträgt 522 9,81 N. Soll für die vorgegebene Lastmasse von 1000 kg ein Fahrmotor mit optimal angepaßter maximaler Zugkraft gewählt werden, so ist dies ein Fahrmotor, der für eine Zugkraft von 522 . 9,81.N zuzüglich der zur Überwindung der Fahrwiderstände aufzubringenden Kraft ausgelegt ist. Der Fahrmotor kann dann über die gesamte Beschleunigung bzw. Abbremsstrecke mit im wesentlichen gleichem Antriebsmoment fahren.

[0021] Wird nun bei unveränderter Pendellänge 1 und Katzmasse m_K eine geringere Lastmasse m_L angehängt, so könnte für dieses neue Massenverhältnis wiederum diejenige Beschleunigungskurve b_K aus der zugeordneten Kurvenschar ausgewählt werden, die zu konstanter Zugkraft P_o führt, was wiederum besonders gleichmäßigen Lauf der Katze zur Folge hätte. Der Einfachheit halber kann man jedoch auch in vielen Fällen die Beschleunigungskurve b_K unverändert beibehalten, was dann dazu führt, daß die Zugkraft P zur Periodenmitte hin abfällt. Dies ist in Fig. 1D mit einer strichpunktierten Linie dargestellt, für den Fall, daß die Lastmasse m _K nurmehr etwa 410 kg beträgt.

[0022] Mit abnehmender Pendellänge 1 nimmt auch die Periode T_o gemäß Gleichung B ab; dementsprechend wächst die Amplitude der Katzbeschleunigung b_K. Um weiterhin zu vermeiden, daß die maximale Zugkraft überschritten wird, ist es zweckmäßig, das Beschleunigen bzw. Abbremsen während wenigstens zweier aufeinanderfolgender Perioden vorzunehmen, wobei dann n = 2 in die Gleichungen A und B einzusetzen wäre. Die gesamte Beschleunigungs- oder Verzögerungszeit T ist das n-fache, also das zweifache der Periode T_o gemäß Gleichung _B mit n = 2 bzw. das etwa 1,586-fache der Periode T_o gemäß Gleichung B mit n = 1.

[0023] Näherungsweise kann anstelle eines kontinuierlichen Verlaufes der Katzbeschleunigung b_K auch ein stufenweiser Verlauf der Steuerung des Fahrmotors 18 zugrundegelegt werden, wie dies durch die Kurve b_K7 in Fig. 2B angedeutet ist. Man erkennt jeweils 3 Stufen links und rechts von der Intervallmitte T₇/2, die zur Intervallmitte hin in gleicher Weise abfallen und zur Intervallmitte symmetrisch sind.

[0024] Vorstehend wurde anhand der Fig. 1A bis 1D zwar lediglich der Anfahrvorgang erläutert, bei dem die Lastgeschwindigkeit vom Werte 0 auf den Wert v_N gebracht wird; es ist jedoch klar, daß der Abbremsvorgang in gleicher Weise vonstatten geht, wobei lediglich die Beschleunigungskurve b_K gemäß Fig. 1A jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen vom Signalgeber 24 der Motorsteuerung zugrundezulegen ist. Um an einen definierten Lastabladepunkt zu gelangen, muß dementsprechend der Abbremsvorgang in einer Entfernung s₀ von diesem Punkt eingeleitet werden, die der in Fig. 1C eingezeichneten Anfahrbeschleunigungsstrecke s₀ entspricht.

Ansprüche

1. Einrichtung an Hebezeugen für die selbsttätige Steuerung der Bewegung des Lastträgers (14) mit Beruhigung des beim Beschleunigen oder Abbremsen der an ihm hängenden Last (10) auftretenden Pendelns der Last (10) während eines Beschleunigungs- bzw. Abbremszeitintervalls (T), umfassend einen Signalgeber (24) zur Abgabe von Lastträgerbewegungssteuerungssignalen zur Bewegungssteuerung eines Lastträgerverfahrmotors (18), insbesondere durch Vorgabe einer Lastträgerbeschleunigung (b_K), wobei der Signalverlauf einem zur Invervallmitte (2) symmetrischen Lastträgerbeschleunigungsverlauf (b_K) entspricht mit Beschleunigungsmaximalwerten (b_K(0)) am Intervallanfang und -ende und dazwischenliegenden kleineren, ggf. verschwindenden Beschleunigungsminimalwerten, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Signalgeber (24) erzeugte Signalverlauf einem zwischen den Beschleunigungsmaximalwerten (b_K(0)) und dem bzw. den ggf. umgekehrtes Vorzeichen annehmenden Beschleunigungsminimalwerten (b_K(T/2)) jeweils kontinuier- lich oder in wenigstens zwei Stufen monoton fallenden bzw. steigenden Lastträgerbeschleunigung (b_K) entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverlauf einem im wesentlichen kosinusförmigen ein- oder mehrperiodischen Lastträgerbeschleunigungsverlauf (b_K) entspricht mit konstanter Grundbeschleunigung.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverlauf einer derart festgelegten Lastträgerbeschleunigung (b_K) entspricht, daß die vom Lastträgerverfahrmotor (18) während des Zeitintervalls (T) zur Beschleunigung von Lastträger (14) und Last (10) aufzuwendende Zugkraft (P) im wesentlichen konstant ist (P₀).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen konstanter Pendellänge (L) für unterschiedliche Lastmassen (m_L) der vom Signalgeber (24) erzeugte Signalverlauf jeweils derselbe und derart festgelegt ist, daß die aufzuwendende Zugkraft (P) bei der maximal aufzutretenden Lastmasse (m_L) im wesentlichen konstant ist (P₀).

Zeichnung