DE102020104603B4

DE102020104603B4 - Steuereinheit und Verfahren zum Betrieb eines Fördermittels

Info

Publication number: DE102020104603B4
Application number: DE102020104603.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Blank; Manfred Martis
Original assignee: Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen Ges mbH; Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen GmbH
Current assignee: Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen Ges mbH; Johannes Huebner Fabrik Elektrischer Maschinen GmbH
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2040-02-22
Also published as: JP2023514210A; US20230100751A1; DE102020104603A1; US12275621B2; WO2021165044A1; EP4107109A1; CN115348945A

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Fördermittels (27), insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran, wobei das Fördermittel eine Antriebseinheit (11) und eine Steuereinheit (10) zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst, wobei mittels der Antriebseinheit ein Fahrwerk (28) des Fördermittels entlang einer Schiene (12, 29, 49, 67) des Fördermittels bewegt wird, wobei die Antriebseinheit mittels einer Steuervorrichtung (13) der Steuereinheit gesteuert wird, wobei ein Drehgeber (16, 36, 56) der Steuereinheit mit einer Welle (18) der Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks verbunden ist und eine Rotation der Welle erfasst, wobei mittels einer Gebereinrichtung (17, 37, 52, 58) des Drehgebers ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert zur Bestimmung einer vorausgesetzten Position des Fahrwerks an der Schiene an die Steuervorrichtung übermittelt wird, wobei mittels einer an dem Fahrwerk und der Schiene angeordneten Sensoreinrichtung (14, 40, 70) einer Sicherheitsvorrichtung (71) der Steuereinheit zumindest ein Positionssignal detektiert wird, wobei mittels einer Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) der Sicherheitsvorrichtung anhand des Positionssignals eine reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt wird, wobei mittels der Sicherheitsvorrichtung die vorausgesetzte Position nach der realen Position korrigiert wird, wobei das Positionssignal mittels zumindest eines an dem Fahrwerk angeordneten Sensors (22, 31, 47, 50, 63) der Sensoreinrichtung bei einer Passage von an der Schiene angeordneten Marken (19, 30, 46, 48, 66) der Sensoreinrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zumindest zwei in Reihe an dem Fahrwerk angeordnete Sensoren und eine Vielzahl entlang der Schiene angeordnete Marken umfasst, wobei die Anordnung und das Verhältnis der Sensoren zu den Marken in Art eines Nonius ausgebildet ist, wobei als Marken passive RFID-Transponder (20, 21, 33, 42, 43) und als Sensoren RFID-Sender/Empfänger (23, 34, 41) verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein Fördermittel sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Fördermittels, insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran oder dergleichen, wobei das Fördermittel eine Antriebseinheit und eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst, wobei mittels der Antriebseinheit ein Fahrwerk des Fördermittels entlang einer Schiene des Fördermittels bewegt wird, wobei die Antriebseinheit mittels einer Steuervorrichtung der Steuereinheit gesteuert wird, wobei ein Drehgeber der Steuereinheit mit einer Welle der Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks verbunden ist und eine Rotation der Welle erfasst, wobei mittels einer Gebereinrichtung des Drehgebers ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert zur Bestimmung einer vorausgesetzten Position des Fahrwerks an der Schiene an die Steuervorrichtung übermittelt wird, wobei mittels einer an dem Fahrwerk und der Schiene angeordneten Sensoreinrichtung einer Sicherheitsvorrichtung der Steuereinheit zumindest ein Positionssignal detektiert wird, wobei mittels einer Sicherheitseinrichtung der Sicherheitsvorrichtung anhand des Positionssignals eine reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt wird, wobei mittels der Sicherheitsvorrichtung die vorausgesetzte Position nach der realen Position korrigiert wird, wobei das Positionssignal mittels zumindest eines an dem Fahrwerk angeordneten Sensors der Sensoreinrichtung bei einer Passage von an der Schiene angeordneten Marken der Sensoreinrichtung erzeugt wird.
Derartige Steuereinheiten und Verfahren sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden im Wesentlichen zur Positionserfassung eines Fahrwerks eines Fördermittels verwendet. Ein Drehgeber einer Steuereinheit umfasst zumindest eine an eine Maschine koppelbare Welle bzw. ist unmittelbar auf einer Welle einer Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks angeordnet. Weiter umfasst der Drehgeber eine mechanische, optische, magnetische, induktive oder kapazitive Gebereinrichtung bzw. Erfassungseinrichtung. Die Gebereinrichtung kann beispielsweise durch einen Inkrementalgeber oder einen Absolutgeber ausgebildet sein. In einer mechanischen Ausführung kann die Gebereinrichtung auch ein Schalter oder ein Zählwerk sein. Die Gebereinrichtung kann für eine Umdrehung der Welle Signale, wie beispielsweise ein Drehwinkelsignal oder ein Drehzahlsignal, gewinnen. Aus diesen Signalen ist dann beispielsweise mittels einer Steuervorrichtung der Steuereinheit, mit der der Drehgeber über eine Signalleitung verbunden ist, eine Drehwinkellage der Welle bzw. eine Drehzahl der Welle bestimmbar. Aus einer Anzahl von Umdrehungen der Welle bzw. der Drehwinkellage kann wiederum eine Position des Fahrwerks relativ zu einer Referenz bestimmt werden. Bei dieser Position handelt es sich um eine vorausgesetzte Position, da es sich um eine indirekte Messung handelt.
Eine Positionsbestimmung ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Fördermittel mit einem entlang einer Schiene bewegbaren Fahrwerk ausgebildet ist. Das Fahrwerk kann beispielsweise in Art einer Brücke eines Portalkrans ausgebildet sein, und zwei parallele Schienen überspannen. Auch kann das Fahrwerk als Laufkatze ausgebildet sein und entlang einer einzelnen Schiene bewegbar sein. Diese einzelne Schiene kann beispielsweise durch einen Ausleger eines Krans oder eine Brücke eines Portalkrans ausgebildet sein. Das Fahrwerk kann dann auch eine Seilwinde aufweisen, mit der Lasten gehoben werden können. Die Brücke, die Laufkatze und die Seilwinde können über die Steuereinheit gesteuert werden. So verfügen Fördermittel regelmäßig auch über mehrere, Antriebe bzw. Elektromotoren, sodass dann eine Anzahl Drehgeber an dem Fördermittel verbaut sein kann. Die Steuervorrichtung bildet dann zusammen mit den Drehgebern eine Steuereinheit aus, die die Antriebseinheit bzw. die jeweiligen Antriebe in Abhängigkeit einer Arbeitsaufgabe regelt.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Fördermitteln bzw. Hebezeugen ist die Steuervorrichtung regelmäßig in einem Schaltschrank des Fördermittels angeordnet und kann als speicherprogrammierte Steuerung (SPS) ausgebildet sein, wobei dann eine Programmierung der Steuervorrichtung über eine externe Programmiervorrichtung, wie beispielsweise einem standardisierten Computer erfolgen kann. In der speicherprogrammierten Steuerung bzw. Steuervorrichtung ist eine Verarbeitungseinrichtung integriert, die ein Drehwinkelsignal und/oder ein Drehzahlsignal von Drehgebern des Fördermittels weiterverarbeitet und so umwandelt, dass eine positionsabhängige und/oder drehzahlabhängige Steuerung der Antriebe durch die Steuervorrichtung möglich ist. Nachteilig ist hier, dass stets eine individuelle Programmierung der speicherprogrammierbaren Steuerung erforderlich ist. Diese Programmierung der Steuervorrichtung erfordert stets auch eine Berücksichtigung geltender Sicherheitsvorschriften, sodass auch immer eine individuelle sicherheitstechnische Überprüfung der so ausgebildeten Steuervorrichtung erforderlich ist. Da Fördermittel für große Traglasten häufig Einzelanfertigungen sind, ist eine aufwendige Anpassung der Programmierung der Steuervorrichtung an die jeweilige Ausstattung des Fördermittels mit Drehgebern notwendig.
Insbesondere bei Hebezeugen, wie beispielsweise Containerbrücken und Containerkrananlagen, ist eine genaue Positionierung der jeweiligen Traglast von großer Bedeutung. Eine genaue Positionierung kann jedoch nur dann erfolgen, wenn die Position des Fahrwerks relativ zu einer Referenz genau bekannt ist. Über einen mit einer Welle der Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks verbundenen Drehgeber kann eine vorausgesetzte Position des Fahrwerks relativ zu der Referenz berechnet bzw. indirekt gemessen werden. Durch widrige Umweltbedingungen, besondere Traglasten oder auch nur Öl zwischen Schiene und Fahrwerk kann es zu einer fehlerhaften Bestimmung der tatsächlichen Position des Fahrwerks kommen. So kann es beispielsweise zwischen dem Fahrwerk bzw. der Antriebseinheit oder dem Messrad und der Schiene zu Schlupf kommen, wenn das Fahrwerk an der Schiene bewegt bzw. beschleunigt wird. Folgen hiervon können eine fehlerhafte Positionierung einer Traglast, Kollisionen von mehreren an einer gemeinsamen Schiene bewegten Fahrwerken und eine zeitaufwendige neue Referenzierung der Position des Fahrwerks sein.
Aus der DE 102 06 893 A1 ist ein Verfahren zur Positionserfassung eines Fördermittels bekannt, welches mit einer motorisch angetriebenen Laufkatze auf einer Laufschiene einer Kranbrücke verfahrbar ist. Das Verfahren umfasst zwei Abfragesysteme. Ein erstes Abfragesystem hat einen Drehsensor, der an der Laufkatze angeordnet und mit einer Welle eines Antriebsmotors verbunden ist und den Fahrweg einer bestimmten Bewegungsachse schlupfbehaftet ermittelt. Das zweite Abfragesystem ermittelt den Fahrweg derselben Bewegungsachse schlupffrei mit Hilfe eines Positionssignals eines Abfragepunktes und korrigiert das erste Abfragesystem.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Fördermittels und eine Steuereinheit sowie ein Fördermittel vorzuschlagen, mit dem bzw. der das Fördermittel effizienter betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und ein Fördermittel mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Fördermittels, insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran, umfasst das Fördermittel eine Antriebseinheit und eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit, wobei mittels der Antriebseinheit ein Fahrwerk des Fördermittels entlang einer Schiene des Fördermittels bewegt wird, wobei die Antriebseinheit mittels einer Steuervorrichtung der Steuereinheit gesteuert wird, wobei ein Drehgeber der Steuereinheit mit einer Welle der Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks verbunden ist und eine Rotation der Welle erfasst, wobei mittels einer Gebereinrichtung des Drehgebers ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert zur Bestimmung einer vorausgesetzten Position des Fahrwerks an der Schiene an die Steuervorrichtung übermittelt wird, wobei mittels einer an dem Fahrwerk und der Schiene angeordneten Sensoreinrichtung einer Sicherheitsvorrichtung der Steuereinheit zumindest ein Positionssignal detektiert wird, wobei mittels einer Sicherheitseinrichtung der Sicherheitsvorrichtung anhand des Positionssignals eine reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt wird, wobei mittels der Sicherheitsvorrichtung die vorausgesetzte Position nach der realen Position korrigiert wird, wobei das Positionssignal mittels zumindest eines an dem Fahrwerk angeordneten Sensors der Sensoreinrichtung bei einer Passage von an der Schiene angeordneten Marken der Sensoreinrichtung erzeugt wird, wobei die Sensoreinrichtung zumindest zwei in Reihe an dem Fahrwerk angeordnete Sensoren und eine Vielzahl entlang der Schiene angeordnete Marken umfasst, wobei die Anordnung und das Verhältnis der Sensoren zu den Marken in Art eines Nonius ausgebildet ist, wobei als Marken passive RFID-Transponder und als Sensoren RFID-Sender/Empfänger verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Steuereinheit die Sicherheitsvorrichtung mittels der eine Position bzw. die reale bzw. tatsächliche Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt werden kann. Das Fahrwerk kann beispielsweise eine Brücke oder eine Laufkatze des Fördermittels bzw. eines Krans sein, welche entlang der Schiene bzw. einer Laufschiene des Fördermittels bewegt wird. Zur Positionsbestimmung des Fahrwerks an der Schiene ist der aus dem Stand der Technik bekannte Drehgeber bzw. die Gebereinrichtung des Drehgebers vorgesehen. Der Drehgeber ist an die Welle des Messrades bzw. ein nicht angetriebenes Fahrwerksrad oder an die Welle der Antriebseinheit bzw. an ein angetriebenes Fahrwerksrad oder einen Antriebsstrang direkt oder indirekt gekoppelt. Über das Drehwinkelsignal, das Drehzahlsignal und/oder den Positionswert der Gebereinrichtung kann dann mittels der Steuervorrichtung die vorausgesetzte bzw. erwartete Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt werden. Die Gebereinrichtung kann auch das Drehwinkelsignal und/oder das Drehzahlsignal in den Positionswert umrechnen, wenn ein Durchmesser des Messrades bzw. Fahrwerksrades bekannt ist. Die Steuervorrichtung, die als eine speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein kein, errechnet aus den betreffenden Signalen die Position des Fahrwerks an der Schiene bzw. die vorausgesetzte Position, wobei die so indirekt bestimmte Position fehlerhaft sein kann. Mittels der Sicherheitsvorrichtung wird nun ergänzend zumindest abschnittsweise die reale bzw. tatsächliche Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt. Diese Bestimmung der realen Position erfolgt mit der Sensoreinrichtung, mittels der abschnittsweise oder punktuell bei einer Bewegung des Fahrwerks an der Schiene ein Positionssignal detektiert werden kann. Die Sicherheitseinrichtung kann dann anhand des Positionssignals die tatsächliche Position bzw. reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmen, insbesondere da die Sensoreinrichtung zur Erzeugung des Positionssignals die reale Existenz des Fahrwerks an der betreffenden Position der Schiene erfordert. Weiter ist es nun möglich, dass die Sicherheitsvorrichtung die vorausgesetzte Position, die beispielsweise aufgrund von Schlupf zwischen Fahrwerk und Schiene fehlerhaft sein kann, nach der realen Position korrigiert, wenn die vorausgesetzte Position von der realen Position abweicht. Insgesamt ist es so möglich, die vorausgesetzte Position, die permanent über die Gebereinrichtung ermittelt wird, zumindest abschnittsweise zu überprüfen und entsprechend zu korrigieren. Eine Genauigkeit in der Positionsbestimmung wird so mit einfachen Mitteln verbessert und eine Fehleranfälligkeit oder ein Ausfall des Fördermittels kann reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird das Positionssignal zumindest mittels eines an dem Fahrwerk angeordneten Sensors der Sensoreinrichtung bei einer Passage von an der Schiene angeordneten Marken der Sensoreinrichtung erzeugt. Wesentlich ist, dass der Sensor so beschaffen ist, dass er die an der Schiene befindlichen Marken detektieren kann. Prinzipiell lassen sich hier alle erdenklichen Sensoren und Marken einsetzen, die mit den bekannten physikalischen Wirkprinzipien arbeiten.
Erfindungsgemäß umfasst die Sensoreinrichtung zumindest zwei an dem Fahrwerk angeordnete Sensoren und eine Vielzahl entlang der Schiene angeordnete Marken, wobei als Marken passive RFID-Transponder und als Sensoren RFID-Sender/Empfänger verwendet werden. Die Sensoren müssen am Fahrwerk stets so angeordnet sein, dass eine die Sensoren verbindende Strecke in Richtung der Schiene bzw. zumindest parallel zu der Schiene verläuft. Wenn die Sensoren als RFID-Sender/Empfänger und die Marken als RFID-Transponder ausgebildet sind, wird eine Detektion eines Positionssignals auch bei widrigen Umwelteinflüssen sicher möglich. Im Gegensatz zu beispielsweise optischen oder magnetischen Sensoren sind RFID-Transponder von Sichtbedingungen, Verschmutzungen, Feuchtigkeit und ähnlichen Störeinflüssen wenig beeinflussbar. Auch benötigen passive RFID-Transponder keine eigene Stromversorgung, wodurch ein Nachrüsten einer Schiene mit RFID-Transpondern, beispielsweise durch Aufkleben, einfach möglich ist.
Darüber hinaus sind derartige Systeme besonders kostengünstig erhältlich.
Die Sicherheitseinrichtung kann das Drehwinkelsignal, das Drehzahlsignal und/oder den Positionswert nach der realen Position korrigieren und an die Steuervorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit übermitteln. Die Sicherheitseinrichtung kann als eigene Baugruppe ausgebildet sein, die Mittel zur Datenverarbeitung umfasst. Die Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise in einem Schaltschrank der Steuervorrichtung oder in dem Drehgeber integriert sein.
Der Drehgeber kann mit der Welle der Antriebseinheit verbunden sein, wobei die Sicherheitseinrichtung die vorausgesetzte Position bestimmen und mit der realen Position vergleichen kann, wobei anhand des Vergleichs die Sicherheitseinrichtung einen Schlupf der Antriebseinheit bestimmen kann. Die Welle kann beispielsweise eine Antriebswelle eines Elektromotors der Antriebseinheit sein, an die der Drehgeber direkt oder indirekt gekoppelt ist. Wenn über die Sicherheitseinrichtung dann die reale Position des Fahrwerks bestimmt wird, kann die über das Drehwinkelsignal, das Drehzahlsignal und/oder den Positionswert des Drehgebers bzw. der Gebereinrichtung berechnete vorausgesetzte Position des Fahrwerks mit der realen Position verglichen werden. Liegt eine Differenz der jeweiligen Positionen vor, kann ein Schlupf der Antriebseinheit festgestellt und die vorausgesetzte Position nach der realen Position korrigiert werden.
Weiter kann die Sicherheitseinrichtung das Drehwinkelsignal, das Drehzahlsignal und/oder den Positionswert des Drehgebers verarbeiten und eine Unterschreitung oder Überschreitung eines Grenzwertes einer Beschleunigung bestimmen, und bei einer Überschreitung einen Schlupf der Antriebseinheit ermitteln. Für die Beschleunigung der Welle der Antriebseinheit kann ein Grenzwert oder je nach Anwendungsfall mehrere Grenzwerte festgelegt sein. Der Grenzwert kann auch ein dynamischer Grenzwert sein, wenn beispielsweise unterschiedliche Traglasten in Abhängigkeit der jeweiligen Traglast beschleunigt werden dürfen. Wird über den Drehgeber bzw. die Gebereinrichtung an der Welle der Antriebseinheit eine Überschreitung des Grenzwertes ermittelt, beispielsweise in Art eines Beschleunigungssprungs, ist davon auszugehen, dass die betreffende Traglast tatsächlich nicht wie gemessen beschleunigt werden kann und daher ein Schlupf der Antriebseinheit vorliegen muss. Die Unterschreitung oder Überschreitung des Grenzwertes kann auch über einen Zeitraum als ein integraler Summenwert ermittelt werden. Der Schlupf kann beispielsweise durch ein an der Schiene gleitendes bzw. durchdrehendes Antriebsrad entstanden sein.
Alternativ kann der Drehgeber mit der Welle des Messrades verbunden sein, wobei ein weiterer Drehgeber der Sicherheitsvorrichtung mit der Welle der Antriebseinheit verbunden sein kann, wobei die Sicherheitsvorrichtung das Drehwinkelsignal, das Drehzahlsignal und/oder der Positionswert des Drehgebers und ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert des weiteren Drehgebers vergleichen kann, wobei anhand des Vergleichs ein Schlupf der Antriebseinheit bestimmt werden kann. Folglich ist der Drehgeber dann mit der Welle des Messrades verbunden bzw. gekoppelt, wenn dieses vorhanden ist. Das Messrad wird mit dem Fahrwerk mitbewegt und wälzt beispielsweise an der Schiene ab. Da das Messrad nicht zum Antrieb des Fahrwerks dient, kann zumindest ein Schlupf des Antriebs am Messrad sicher ausgeschlossen werden. Gleichwohl kann durch Fehler am Messrad, wie beispielsweise ein Blockieren, dort Schlupf entstehen. An der Welle der Antriebseinheit bzw. eines Elektromotors ist nun der weitere Drehgeber angeordnet, sodass die jeweiligen Drehwinkelsignale, Drehzahlsignale und/oder Positionswerte der jeweiligen Drehgeber mittels der Sicherheitsvorrichtung verglichen werden können. Weichen die Signale voneinander ab, kann sicher festgestellt werden, dass ein Antriebsrad der Antriebseinheit an der Schiene abweichend von dem Messrad bewegt wird. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Sicherheitsvorrichtung anhand des Vergleichs der jeweiligen Signale einen Wert für einen Schlupf der Antriebseinheit bzw. des Antriebsrads bestimmt. In der Sicherheitsvorrichtung kann darüber hinaus ein oder mehrere Grenzwerte für den Schlupf gespeichert sein. Beispielsweise kann bei Überschreitung eines ersten Grenzwertes eine Schlupfwarnung und ein degradierter Betrieb eingeleitet werden. Bei Überschreitung von einem Zweiten Grenzwert kann ein Schlupfalarm ausgelöst in Folge dessen ein Notbetrieb oder auch eine Totalabschaltung eingeleitet werden. Eine Überschreitung beider Grenzwerte kann unterschiedliche Ursachen haben. Es kann sich um schwere Systemfehler handeln, Fahrfehler, veränderte Umweltbedingungen oder Fehler in der Antriebssteuerung. Die Signalisierung von Schlupfwarnung und Schlupfalarm kann durch Signalisierung des jeweiligen Status über digitale Ausgänge (auch relaisgesteuerter Schaltausgänge) oder über abgesicherte Feldbusdaten erfolgen. Bei einem degradierten Betrieb können neben einer Geschwindigkeitsreduktion, optische und/oder akustische Warnsignale zum Schutz von Menschen erforderlich sein.
Die Sicherheitsvorrichtung bzw. Sicherheitseinrichtung kann bei Schlupf eine maximale Grenzdrehzahl auf eine verminderte Grenzdrehzahl der Antriebseinheit begrenzen und diese an die Steuervorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit übermitteln, wobei eine Freigabe der maximalen Grenzdrehzahl durch die Sicherheitsvorrichtung bzw. Sicherheitseinrichtung erfolgen kann, wenn die reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt werden kann. Die Sicherheitsvorrichtung bzw. Sicherheitseinrichtung kann so bei Schlupf einen Regelbetrieb der Antriebseinheit in einen Notlaufbetrieb überführen. Eine Drehzahlbegrenzung der Antriebseinheit kann dann derart erfolgen, dass das Fahrwerk nur noch vergleichsweise langsam entlang der Schiene bewegt werden kann. Diese verminderte Grenzdrehzahl kann solange zur Steuerung der Antriebseinheit verwendet werden, bis ein Positionssignal detektiert werden kann, mit dem die reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmbar ist. Dann ist es wieder möglich, die durch den Schlupf verfälschte, vorausgesetzte Position nach der realen Position zu korrigieren.
Die Sicherheitsvorrichtung bzw. Sicherheitseinrichtung kann den Schlupf und/oder die reale Position des Fahrwerks kontinuierlich bestimmen. Dies setzt dann voraus, dass eine ausreichende Anzahl Positionssignale zur Berechnung bzw. Bestimmung der realen Position detektiert werden können bzw. die Sensoreinrichtung derart beschaffen ist, dass im Wesentlichen in jeder Position des Fahrwerks an der Schiene ein Positionssignal verfügbar ist. Gleichwohl ist es aber auch möglich, dass die Sensoreinrichtung so beschaffen ist, dass nur abschnittsweise bzw. in gewissen Abständen an der Schiene Positionssignale verfügbar sind.
Die Sicherheitsvorrichtung bzw. Sicherheitseinrichtung kann aus dem Drehwinkelsignal, dem Drehzahlsignal und/oder dem Positionswert eine Fahrgeschwindigkeit und/oder Konstanz der Fahrgeschwindigkeit bestimmen, wobei die Sicherheitsvorrichtung bzw. Sicherheitseinrichtung einen Verschleiß des Fahrwerks bestimmen kann. So kann leicht zwischen einem Schlupf und einem Radverschleiß des Fahrwerks unterschieden werden, was eine Wartung eines Fördermittels vereinfacht. Bei einer konstant niedrigen Fahrgeschwindigkeit ist regelmäßig kein Schlupf zu erwarten, weshalb eine Positionsdifferenz nur auf eine Abnutzung des Fahrwerks zurückgeführt werden kann. Die Steuereinheit kann dann beispielsweise einen Radverschleiß des Fahrwerks signalisieren und so die Durchführung einer Wartung initiieren.
Eine Kalibrierung der Sicherheitsvorrichtung kann durch eine Passage aller Marken mit dem Sensor erfolgen, wobei die realen Positionen der Marken bestimmt und in der Sicherheitseinrichtung gespeichert werden können. Die Kalibrierung der Sicherheitsvorrichtung kann beispielsweise durch eine Schleichfahrt des Fahrwerks an der Schiene durchgeführt werden, bei der die Marken an der Schiene mit dem Sensor überfahren bzw. abgefahren und so detektiert werden. Die tatsächlichen bzw. realen Positionen der Marken können dann, beispielsweise in einer Lookup-Tabelle der Sicherheitseinrichtung gespeichert werden. Die Sicherheitseinrichtung kann dann die Positionsdaten besonders schnell verarbeiten, wodurch eine kaum verzögerte Steuerung der Antriebseinheiten mittels der Steuervorrichtung möglich wird. Zur Kalibrierung der Sicherheitsvorrichtung können die gespeicherten realen Positionen der Marken auch noch einmal mit den tatsächlich bestimmten realen Positionen der Marken abgeglichen werden. Die Sicherheitsvorrichtung kann dann bei jeder Passage einer Marke die gespeicherte reale Position der Marke erneut in dem Speicher überschreiben und somit wiederholt kalibrieren. Für den Fall, dass eine Marke nicht an der gespeicherten realen Position bestimmt werden kann, kann ein Ausfall der Marke oder des betreffenden Sensors oder Schlupf eine Ursache sein. Die Sicherheitsvorrichtung kann dann die Antriebseinheit mit einer verminderten Grenzdrehzahl bzw. im Notlauf steuern.
Bei einer Passage kann ein Lagepunkt bzw. Mittelpunkt auf halber Distanz bzw. Strecke zwischen einem Eintrittspunkt und einem Austrittspunkt eines Empfangsbereichs des RFID-Transponders definiert werden, wobei die Sicherheitseinrichtung den Lagepunkt und/oder Eintrittspunkt und den Austrittspunkt zur Bestimmung der realen Position verwenden kann. Der Eintrittspunkt und der Austrittspunkt wird durch den ersten und den letzten Kontakt des RFID-Sender/Empfänger mit dem RFID-Transponder definiert, wenn das Fahrwerk mit dem RFID-Sender/Empfänger den RFID-Transponder überfährt bzw. passiert. Erfolgt diese Überfahrt bei einer konstanten Geschwindigkeit, kann die Distanz zwischen dem Eintrittspunkt und dem Austrittspunkt und damit der Lagepunkt, als die eigentliche Position des RFID-Transponders an der Schiene, ermittelt werden. Auch kann festgestellt werden, in welche Richtung sich das Fahrwerk tatsächlich bewegt. Eine Marke kann demnach drei erfassbare Punkte an der Schiene darstellen und die Sicherheitseinrichtung kann diese drei Punkte zur Positions- und Richtungsbestimmung nutzen. Die Bestimmung der realen Position des Fahrwerks wird so noch genauer möglich.
Nach einer ersten Ausführungsform können an dem Fahrwerk in einem Relativabstand LS angeordnete Sensoren und in einem Relativabstand L an der Schiene angeordnete Marken verwendet werden, wobei LS = L oder LS > L, bevorzugt LS = n * L mit n = 1, 2, 3, ... sein kann. Der Abstand der Marken kann demnach dem Abstand der Sensoren entsprechen oder der Abstand der Sensoren kann größer sein als der Abstand der Marken, beispielsweise doppelt so groß wie der Abstand der Marken. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Relativabstand L der Marken stets gleich groß ist und dass die Marken über die gesamte Länge der Schiene verteilt an dieser angeordnet sind. So wird es möglich im Wesentlichen stets die reale Position des Fahrwerks an der Schiene zu bestimmen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform können an dem Fahrwerk in einem Relativabstand LS angeordnete Sensoren und in einem Relativabstand L₁ und L₂ an der Schiene angeordnete Marken verwendet werden, wobei LS = n * L₁ und L₁ <> L₂, bevorzugt LS = L₁ < L₂, sein kann. Die Marken sind dann in ungleichen Abständen entlang der Schiene angeordnet, und es kann auch vorgesehen sein, dass die Sensoren abschnittsweise zwischen zwei Marken bzw. dem Relativabstand L₂ an der Schiene bewegt werden. In diesem Bereich kann dann die reale Position des Fahrwerks nicht bestimmt werden. Auf Marken kann insbesondere dann verzichtet werden, wenn in Abschnitten der Schiene keine genaue Positionsbestimmung oder eine hohe Sicherheit erforderlich ist.
Gemäß einer dritten Ausführungsform können an dem Fahrwerk in einem Relativabstand LS angeordnete Sensoren und in einem Relativabstand L an der Schiene angeordnete Marken verwendet werden, wobei LS ≠ L oder LS = 9/10 L sein kann. Erfindungsgemäß ist dann vorgesehen, dass die Anordnung und das Verhältnis der Sensoren zu den Marken in Art eines Nonius ausgebildet ist. Dabei können auch zwei, drei oder mehr Sensoren an dem Fahrwerk in einer Reihe angeordnet sein. So können dann vergleichsweise wenige Marken an der Schiene angebracht sein und dennoch eine besonders hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der realen Position des Fahrwerks erzielt werden.
Mittels der Sicherheitseinrichtung kann ein Schaltsignal eines Endschalters der Sensoreinrichtung erfasst und an die Steuervorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit übermittelt werden. Der Endschalter, der sich an den jeweiligen Enden der Schiene befinden kann, kann ein mechanischer Endschalter sein, der der Sicherheitseinrichtung ist. Alternativ ist es auch möglich, dass als Endschalter jeweils eine Marke verwendet wird. Mit den Endschaltern kann sichergestellt werden, dass die jeweiligen Enden der Schiene nicht von dem Fahrwerk überfahren werden. Das Schaltsignal der Endschalter wird von der Sicherheitseinrichtung an die Steuervorrichtung übermittelt, die eine Abschaltung der Antriebseinheit bzw. ein Stoppen des Fahrwerks initiiert.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit für ein Fördermittel, insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran ist Bestandteil des Fördermittels, welches eine Antriebseinheit und die Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst, wobei mittels der Antriebseinheit ein Fahrwerk des Fördermittels entlang einer Schiene des Fördermittels bewegbar ist, wobei die Steuereinheit eine Steuervorrichtung umfasst, mittels der die Antriebseinheit steuerbar ist, wobei die Steuereinheit einen Drehgeber umfasst, der mit einer Welle der Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks zur Erfassung einer Rotation der Welle verbindbar ist, wobei der Drehgeber eine Gebereinrichtung aufweist, mittels der ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert zur Bestimmung einer vorausgesetzten Position des Fahrwerks an der Schiene an die Steuervorrichtung übermittelbar ist, wobei die Steuereinheit eine Sicherheitsvorrichtung mit einer an dem Fahrwerk und der Schiene anordbaren Sensoreinrichtung aufweist, mittels der zumindest ein Positionssignal detektierbar ist, wobei die Sicherheitsvorrichtung eine Sicherheitseinrichtung aufweist, mittels der anhand des Positionssignals eine reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmbar ist, wobei mittels der Sicherheitsvorrichtung die vorausgesetzte Position nach der realen Position korrigierbar ist, wobei mittels zumindest eines an dem Fahrwerk angeordneten Sensors der Sensoreinrichtung bei einer Passage von an der Schiene angeordneten Marken der Sensoreinrichtung das Positionssignal erzeugbar ist, wobei die Sensoreinrichtung zumindest zwei in Reihe an dem Fahrwerk angeordnete Sensoren und eine Vielzahl entlang der Schiene angeordnete Marken umfasst, wobei die Anordnung und das Verhältnis der Sensoren zu den Marken in Art eines Nonius ausgebildet ist, wobei die Marken passive RFID-Transponder und die Sensoren RFID-Sender/Empfänger sind. Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Steuereinheit wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Insbesondere kann der Drehgeber die Sicherheitseinrichtung aufweisen. Die Sicherheitseinrichtung kann dann in den Drehgeber integriert sein. Folglich empfängt der Drehgeber dann das Positionssignal der Sensoreinrichtung und verarbeitet dieses mittels Datenverarbeitung zusammen mit dem Drehwinkelsignal und/oder dem Drehzahlsignal derart, dass die Korrektur der vorausgesetzten Position nach der realen Position von der Sicherheitseinrichtung des Drehgebers durchgeführt werden kann. Die korrigierte Position bzw. ein entsprechend korrigiertes Drehwinkelsignal und/oder Drehzahlsignal kann dann an die Steuervorrichtung übermittelt werden, welche wiederum dieses direkt zur Steuerung der Antriebseinheit weiterverarbeitet, ohne dass eine besondere individuelle Programmierung der Steuervorrichtung zur Zusammenführung der betreffenden Signale erforderlich wäre. So kann es sich dann bei dem Drehgeber auch um einen standardisierten Drehgeber handeln, der hinsichtlich seiner Signalverarbeitung bzw. Programmierung lediglich einer einmaligen sicherheitstechnischen Überprüfung bedarf. Eine Programmierung einer speicherprogrammierbaren Steuerung der Steuervorrichtung kann so mit einem wesentlich geringeren Aufwand ausgeführt werden, da die Sicherheitseinrichtung nicht in der speicherprogrammierbaren Steuerung integriert werden muss. Auch wird durch die Signalverarbeitung im Drehgeber eine schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuereinheit erzielt, da die Steuervorrichtung nicht mehr die Signalverarbeitung der Positionssignale durchführen muss. Besonders vorteilhaft ist auch, dass bereits vorhandene Fördermittel mit die Sicherheitseinrichtung aufweisenden Drehgebern nachgerüstet werden können. Auch hier ist es nicht mehr erforderlich eine sicherheitstechnisch zertifizierte Steuervorrichtung bzw. eine speicherprogrammierbare Steuerung erneut zertifizieren zu lassen, da diese unverändert bleiben kann.
Vorteilhaft kann der Drehgeber eine Feldbusschnittstelle und/oder einen Schaltausgang für ein Über- und/oder Unterschreiten eines parametrierbaren und/oder skalierten positionsabhängigen Ausgabewertes aufweisen. Grundsätzlich kann der Drehgeber mit einer Feldbusschnittstelle einfach an die Steuervorrichtung für einen Datenaustausch über einen Feldbus gekoppelt werden. Der Schaltausgang kann mit einem Sicherheits- bzw. Halbleiterrelais ausgestattet sein. Der parametrierbare Ausgabewert kann ein Drehzahlwert, ein Über- und/oder Unterdrehzahlwert, ein Drehwinkelwert oder ein Drehzahldifferenzwert bzw. Drehwinkelwert sein. Beide Schnittstellen können sicherheitsgerichtet ausgelegt sein. Für Warnung und Alarm kann je ein Ausgang verwendet werden.
Der Drehgeber kann ein Inkrementalgeber und/oder Absolutgeber sein. Ein Inkrementalsignal kann dann beispielsweise vorteilhaft verwendet werden, wenn der Drehgeber an einem Elektromotor der Antriebseinheit angeordnet ist. Ein Inkrementalsignal und/oder ein Absolutsignal kann vorteilhaft weiterverarbeitet werden, wenn der Drehgeber an der Welle des Messrads angeordnet ist. Die Gebereinrichtung kann diese Signale parallel ausgeben. Das Absolutsignal kann ein sogenanntes Singleturn-Signal, bezogen auf eine einzelne Drehung der Welle, oder ein Multiturn-Signal, bezogen auf eine Vielzahl von Umdrehungen der Welle, sein. Weiter kann der Drehgeber einen digitalen oder anlogen Ausgang für ein Absolut- oder Inkrementalsignal aufweisen. Der analoge Ausgang kann ein Strom- oder Spannungsausgang sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Steuereinheit ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Fördermittel, insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran oder dergleichen, umfasst eine Steuereinheit, zumindest eine Schiene, ein entlang der Schiene bewegbares Fahrwerk und eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Fördermittels ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 16 rückbezogenen Unteransprüche.
Im Folgenden wir die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Konfiguration einer Steuereinheit;
2 eine Abschnittsweise Darstellung eines Fördermittels;
3a eine räumliche Darstellung eines Signals einer Marke mit relativ dazu bewegten Sensoren;
3b eine weitere räumliche Darstellung des Signals der Marke mit den relativ dazu bewegten Sensoren;
4 eine erste Ausführungsform einer möglichen Relativanordnung von Marken und Sensoren;
5 eine zweite Ausführungsform einer Relativanordnung von Marken und Sensoren;
6 eine dritte Ausführungsform einer Relativanordnung von Marken und Sensoren;
7 abschnittsweise Darstellung eines Fördermittels mit einer Relativanordnung von Marken und Sensoren;
8 eine schematischen Darstellung einer Sicherheitsvorrichtung;
9 eine schematische Darstellung eines Prozessablaufs zum Betrieb eines Fördermittels einer Sicherheitsvorrichtung.

Die 1 zeigt eine Steuereinheit 10 zusammen mit einer Antriebseinheit 11 sowie eine Schiene 12 eines hier nicht weiter dargestellten Fördermittels. Die Steuereinheit 10 umfasst eine Steuervorrichtung 13, eine Sensoreinrichtung 14, eine Programmiervorrichtung 15 sowie einen Drehgeber 16. Die Steuervorrichtung 13 kann ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert einer Gebereinrichtung 17 des Drehgebers 16 empfangen. Der Drehgeber 16 ist hier über eine Welle 18 an die Antriebseinheit 11 oder alternativ ein Messrad, welches an der Schiene 12 anliegt, gekoppelt. Die Antriebseinheit 11 wirkt selbst über ein hier nicht dargestelltes Antriebsrad auf die Schiene 12 und treibt so ein Fahrwerk des Fördermittels an, welches entlang der Schiene 12 bewegbar ist. Die Antriebseinheit 11 kann einen hier nicht dargestellten Elektromotor sowie ein Getriebe umfassen.
Die Sensoreinrichtung 14 weist eine Mehrzahl von Marken 19 auf, die als RFID-Transponder 20, 21 ausgebildet sind. Weiter weist die Sensoreinrichtung 14 zwei Sensoren 22 auf, die als RFID-Sender/Empfänger gebildet sind. Die RFID-Transponder 20, 21 sind mit einer individuellen Kennung versehen und an der Schiene 12 befestigt. Die Sensoren 22 sind an dem hier nicht darstellten Fahrwerk angeordnet und jeweils über Kabel 24 mit einer im Drehgeber 16 integrierten Sicherheitseinrichtung 25 verbunden. Die RFID-Sender/Empfänger 23 erzeugen jeweils ein elektromagnetisches Feld 26 mit dem die RFID-Transponder 20, 21 detektiert und so jeweils Positionssignale gewonnen werden können.
Bei einem Betrieb der Antriebseinheit 11 ermittelt der Drehgeber 16 über die Gebereinrichtung 17 ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert und übermittelt dieses an die Steuervorrichtung 13. Weiter erhält der Drehgeber 16 bzw. die Sicherheitseinrichtung 25 von dem RFID-Sender/Empfänger 23 und dem RFID-Transponder 20, 21 ein Positionssignal. Die Sicherheitseinrichtung 25 bearbeitet das Drehwinkelsignal und/oder das Drehzahlsignal und bestimmt eine vorausgesetzte Position des Fahrwerks an der Schiene 12. Weiter ist es durch das Positionssignal möglich eine reale Position des Fahrwerks an der Schiene zu bestimmen. So kann in einem Speicher der Sicherheitseinrichtung 25 eine reale Positionsangabe für den RFID-Transponder 20, beispielsweise in einer Lookup-Tabelle, gespeichert sein. Die Sicherheitseinrichtung 25 vergleicht nun die vorausgesetzte Position mit der realen Position und bestimmt einen möglichen Schlupf der Antriebseinheit 11, beispielsweise hervorgerufen durch ein Durchdrehen eines Antriebsrads auf der Schiene 12. Wird von der Sicherheitseinrichtung 25 ein Schlupf ermittelt oder liegt dieser Schlupf außerhalb eines Toleranzbereichs, korrigiert die Sicherheitseinrichtung 25 die vorausgesetzte Position nach der realen Position. Diese Korrektur kann auch dadurch erfolgen, dass das an die Steuervorrichtung 13 übermittelte Drehwinkelsignal und/oder Drehzahlsignal entsprechend korrigiert bzw. angepasst wird. So ist es insgesamt möglich sicher eine genaue Position des Fahrwerks auf der Schiene 12 zu bestimmen.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fördermittels 27 mit einem Fahrwerk 28 und einer Schiene 29. An der Schiene 29 sind Marken 30 und an dem Fahrwerk 28 Sensoren 31 angebracht. Das Fahrwerk 28 ist, wie mit dem Pfeil 32 angedeutet, entlang der Schiene 29 bewegbar. Die Marken 30 sind RFID-Transponder 33 und die Sensoren 31 RFID-Sender/Empfänger 34. Das Fahrwerk 28 ist durch eine Kranbrücke 35 ausgebildet. Ein an der Kranbrücke 35 angeordneter Drehgeber 36 umfasst eine Gebervorrichtung 37 und eine Sicherheitseinrichtung 38. Die Sicherheitseinrichtung 38 weist einen Sicherheitsschalter 39 auf. Mit der Gebervorrichtung 37 wird über ein nicht dargestelltes Messrad ein Absolutwert einer Bewegung der Kranbrücke 35 an der Schiene 39 ermittelt. Die Sicherheitseinrichtung 38 erfasst über die Sensoren 31 jeweils Positionssignale der Marken 30. Die Marken 30 sind individualisiert und in Abständen relativ zueinander an der Schiene 29 angeordnet, wobei X_m 0,45 m entspricht. Für einen Abstand A von den Sensoren 31 zu den Marken 30 sind hier 100 bis 200 mm vorgesehen. Ein Speicher der Sicherheitseinrichtung 38 enthält die jeweiligen Relativabstände der individualisierten Marken 30. Mit Hilfe der Marken 30 mit den Sensoren 31 ist es stets auch unabhängig von der Funktion der Gebervorrichtung 37 möglich eine reale Position des Fahrwerks 28 an der Schiene 29 über die Sicherheitseinrichtung 38 und einer durch die Marken 30 und den Sensor 31 ausgebildeten Sensoreinrichtung 40 zu ermitteln. Ein Ausfall der Gebervorrichtung 37 oder Schlupf sowie auch ein Ausfall von Sensoren 31 und Marken 30 kann von der Sicherheitseinrichtung 38 unmittelbar detektiert werden. Über den Sicherheitsschalter 39 kann je nach detektierten Fehler eine Abschaltung einer nicht dargestellten Antriebseinheit initiiert werden.
Die 3a und 3b zeigen jeweils einen Graphen eines räumlichen Sende-/Empfangsbereichs 41 eines hier nicht näher dargestellten RFID-Sender/Empfängers und relativ dazu angeordneten RFID-Transpondern 42, 43. Die RFID-Transponder 42, 43 sind an einer hier nicht gezeigten Schiene angeordnet, wobei die RFID-Sender/Empfänger in einer Richtung R an den RFID-Transpondern 42, 43 durch eine Bewegung des RFID-Sender/Empfängers an der Schiene vorbeigeführt wird. Der RFID-Sender/Empfängers liegt hier in einem Nullpunkt des Graphen und die RFID-Transponder 42 und 43 sind in einem Abstand in Richtung der Y-Achse des Graphen innerhalb eines Arbeitsbereichs AB angeordnet. Bei einer Bewegung des RFID-Sender/Empfängers in die Richtung R, wie in der 3a dargestellt, tritt der RFID-Transponder 42 an einem Austrittspunkt 44 aus dem Sende-/Empfangsbereich 41 heraus und der RFID-Transponder 43 an einem Eintrittspunkt 45 in den Sende-/Empfangsbereich 41 hinein. Die 3b zeigt eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung. Der Austrittspunkt 44 und der Eintrittspunkt 45 können durch den Verlust bzw. die Herstellung eines Funkkontaktes zwischen dem RFID-Sender/Empfänger und den RFID-Transpondern 42 bzw. 43 detektiert werden. Dadurch ist eine sehr genaue Bestimmung einer Lage des RFID-Sender/Empfänger relativ zu den RFID-Transpondern 42 und 43 sowie eine Bewegungsrichtung in der X-Achse möglich.
Eine Zusammenschau der 4 bis 6 zeigt verschiedene Möglichkeiten einer Relativanordnung von Marken 46 und Sensoren 47. Der hier angegebene Abstand X kann beispielsweise 0,3 m oder 0,45 m betragen.
Die 7 zeigt eine schematische Darstellung von Marken 48 an einer Schiene 49 sowie relativ dazu bewegte Sensoren 50. Die Sensoren 50 sind mit einer Sicherheitseinrichtung 51 verbunden, wobei die Sicherheitseinrichtung 51 mit einer Gebereinrichtung 52 gekoppelt ist. Die Sicherheitseinrichtung 51 erkennt hier jeweils Austrittspunkte 53 und Eintrittspunkte 54 der Marken 48 an hier nicht dargestellten Sende-/Empfangsbereichen der Sensoren 50. Über den Austrittspunkt 53 und den Eintrittspunkt 54 kann ein Lagepunkt 55 der jeweiligen Sensoren 50 bestimmt werden. Insgesamt kann durch die Austrittspunkte 53, Eintrittspunkte 54 und Lagepunkte 55 trotz eines großen Abstands der Marken 48 stets eine Marke 48, und damit ein Positionssignal, detektiert werden.
Die 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehgebers 56 mit einer Basiseinheit 57 zur Gewinnung eines Drehgebersignals bzw. Drehwinkelsignals und/oder Drehzahlsignals, einer Gebereinrichtung 58 zur Verarbeitung dieser Signale, einer Sicherheitseinrichtung 59, einem Schaltausgang 60 und einer Feldbusschnittstelle 61. Der Drehgeber 56 wird über eine Spannungsquelle 62 mit elektrischer Energie versorgt. An der Sicherheitseinrichtung 59 sind Sensoren 63 mit jeweils einer Versorgungsleitung 64 und einer Datenleitung 65 angeschlossen. Relativ zu den Sensoren 63 sind Marken 66 an einer Schiene 67 angeordnet. Der Schaltausgang 60 ist mit einem Relais 68 und die Feldbusschnittstelle 61 mit einem Feldbus 69 verbunden. Die Sicherheitseinrichtung 59, der Schaltausgang 60 und die Feldbusschnittstelle 61 sind modular aufgebaut, sodass diese jeweils unabhängig voneinander mit der Basiseinheit 57 und der Gebereinrichtung 58 kombiniert werden können. Der Drehgeber 56 kann so an vielfältige Anforderungen nach Bedarf angepasst werden. Der Drehgeber 56 weist mit der Sicherheitseinrichtung 59 und einer damit verbundenen Sensoreinrichtung 70, welche aus den Sensoren 63 und den Marken 66 gebildet ist, eine Sicherheitsvorrichtung 71 auf.
Die 9 zeigt einen Prozessablauf bei einem Betrieb eines Fördermittels, wie in der 1 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 72 erfolgt zunächst eine Systemeinstellung durch eine Schleichfahrt des Fahrwerks über die Schiene 12. Dabei werden Positionssignale der Marken 19 mit den Sensoren 22 bzw. der Sensoreinrichtung 14 detektiert. Die Abstände der Positionssignale bzw. der Marken 19 werden in der Sicherheitseinrichtung 25 gespeichert. Die Abstände werden aus dem Drehwinkelsignal und/oder dem Drehzahlsignal der Gebereinrichtung 17 errechnet. Mit dem Verfahrensschritt 73 erfolgt eine kontinuierliche Messung einer Beschleunigung durch die Gebereinrichtung 17 und bei Beschleunigungssprüngen eine Erkennung von Schlupf durch die Sicherheitseinrichtung 25. Mit den Verfahrensschritten 74 und 75 detektieren die beiden Sensoren 22 unabhängig voneinander die Marken 19 mit einem Eintrittspunkt, Lagepunkt und Austrittspunkt bei einer Überfahrt, wobei für jeden Sensor 22 die Sicherheitseinrichtung 25 die gewonnenen Punkte jeweils mit den im Verfahrensschritt 72 gespeicherten Punkten vergleicht und gegebenenfalls eine Abweichung feststellt. Im Verfahrensschritt 76 erfolgt eine Korrektur einer vorausgesetzten indirekt bestimmten Position des Fahrwerks nach einer realen Position, wenn in den Verfahrensschritten 74 und 75 eine Abweichung der betreffenden Punkte ermittelt werden konnte.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Fördermittels (27), insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran, wobei das Fördermittel eine Antriebseinheit (11) und eine Steuereinheit (10) zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst, wobei mittels der Antriebseinheit ein Fahrwerk (28) des Fördermittels entlang einer Schiene (12, 29, 49, 67) des Fördermittels bewegt wird, wobei die Antriebseinheit mittels einer Steuervorrichtung (13) der Steuereinheit gesteuert wird, wobei ein Drehgeber (16, 36, 56) der Steuereinheit mit einer Welle (18) der Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks verbunden ist und eine Rotation der Welle erfasst, wobei mittels einer Gebereinrichtung (17, 37, 52, 58) des Drehgebers ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert zur Bestimmung einer vorausgesetzten Position des Fahrwerks an der Schiene an die Steuervorrichtung übermittelt wird, wobei mittels einer an dem Fahrwerk und der Schiene angeordneten Sensoreinrichtung (14, 40, 70) einer Sicherheitsvorrichtung (71) der Steuereinheit zumindest ein Positionssignal detektiert wird, wobei mittels einer Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) der Sicherheitsvorrichtung anhand des Positionssignals eine reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmt wird, wobei mittels der Sicherheitsvorrichtung die vorausgesetzte Position nach der realen Position korrigiert wird, wobei das Positionssignal mittels zumindest eines an dem Fahrwerk angeordneten Sensors (22, 31, 47, 50, 63) der Sensoreinrichtung bei einer Passage von an der Schiene angeordneten Marken (19, 30, 46, 48, 66) der Sensoreinrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zumindest zwei in Reihe an dem Fahrwerk angeordnete Sensoren und eine Vielzahl entlang der Schiene angeordnete Marken umfasst, wobei die Anordnung und das Verhältnis der Sensoren zu den Marken in Art eines Nonius ausgebildet ist, wobei als Marken passive RFID-Transponder (20, 21, 33, 42, 43) und als Sensoren RFID-Sender/Empfänger (23, 34, 41) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) das Drehwinkelsignal, das Drehzahlsignal und/oder den Positionswert nach der realen Position korrigiert und an die Steuervorrichtung (13) zur Steuerung der Antriebseinheit (11) übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (16, 36, 56) mit der Welle (18) der Antriebseinheit (11) verbunden ist, wobei die Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) die vorausgesetzte Position bestimmt, mit der realen Position vergleicht und anhand des Vergleichs einen Schlupf der Antriebseinheit bestimmt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) das Drehwinkelsignal und/oder das Drehzahlsignal des Drehgebers (16, 36, 56) verarbeitet und eine Unterschreitung oder Überschreitung eines Grenzwertes einer Beschleunigung bestimmt, und bei einer Überschreitung einen Schlupf der Antriebseinheit (11) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (16, 36, 56) mit der Welle (18) des Messrades verbunden ist, wobei ein weiterer Drehgeber der Sicherheitsvorrichtung (71) mit der Welle der Antriebseinheit (11) verbunden ist, wobei die Sicherheitsvorrichtung das Drehwinkelsignal und/oder das Drehzahlsignal des Drehgebers und ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert des weiteren Drehgebers vergleicht und anhand des Vergleichs einen Schlupf der Antriebseinheit bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorrichtung (71) bei Schlupf eine maximale Grenzdrehzahl auf eine verminderte Grenzdrehzahl der Antriebseinheit (11) begrenzt, und diese an die Steuervorrichtung (13) zur Steuerung der Antriebseinheit übermittelt, wobei eine Freigabe der maximalen Grenzdrehzahl durch die Sicherheitsvorrichtung erfolgt, wenn die reale Position des Fahrwerks (28) an der Schiene (12, 29, 49, 67) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorrichtung (71) den Schlupf und/oder die die reale Position des Fahrwerks (28) an der Schiene (12, 29, 49, 67) kontinuierlich bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorrichtung (71) aus dem Drehwinkelsignal, dem Drehzahlsignal und/oder dem Positionswert eine Fahrgeschwindigkeit und/oder Konstanz der Fahrgeschwindigkeit bestimmt, wobei die Sicherheitsvorrichtung einen Verschleiß des Fahrwerks (28) bestimmt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Sicherheitsvorrichtung (71) durch eine Passage aller Marken (19, 30, 46, 48, 66) mit dem Sensor (22, 31, 47, 50, 63) erfolgt, wobei die realen Positionen der Marken bestimmt und in der Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Passage ein Lagepunkt (55) auf halber Strecke zwischen einem Eintrittspunkt (45, 54) und einem Austrittspunkt (44, 53) eines Empfangsbereichs (41) des RFID-Transponders (20, 21, 33, 42, 43) definiert wird, wobei die Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) den Lagepunkt (55) und/oder den Eintrittspunkt (45, 54) und den Austrittspunkt zur Bestimmung der realen Position verwendet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fahrwerk (28) in einem Relativabstand LS angeordnete Sensoren (22, 31, 47, 50, 63) und in einem Relativabstand L an der Schiene (12, 29, 49, 67) angeordnete Marken (19, 30, 46, 48, 66) verwendet werden, wobei LS = L oder LS > L, bevorzugt LS = n * L mit n = 1, 2, 3, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fahrwerk (28) in einem Relativabstand LS angeordnete Sensoren (22, 31, 47, 50, 63) und in einem Relativabstand L1 und L2 an der Schiene (12, 29, 49, 67) angeordnete Marken (19, 30, 46, 48, 66) verwendet werden, wobei LS = n * L1 und L1 <> L2, bevorzugt LS = L1 und L1 < L2, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fahrwerk (28) in einem Relativabstand LS angeordnete Sensoren (22, 31, 47, 50, 63) und in einem Relativabstand L an der Schiene (12, 29, 49, 67) angeordnete Marken (19, 30, 46, 48, 66) verwendet werden, wobei LS ≠ L oder LS = 9/10 L ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) ein Schaltsignal eines Endschalters der Sensoreinrichtung (14, 40, 70) erfasst und an die Steuervorrichtung (13) zur Steuerung der Antriebseinheit (11) übermittelt wird.
Steuereinheit (10) für ein Fördermittel, insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran, wobei das Fördermittel eine Antriebseinheit (11) und die Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit umfasst, wobei mittels der Antriebseinheit ein Fahrwerk (28) des Fördermittels entlang einer Schiene (12, 29, 49, 67) des Fördermittels bewegbar ist, wobei die Steuereinheit eine Steuervorrichtung (13) umfasst, mittels der die Antriebseinheit steuerbar ist, wobei die Steuereinheit einen Drehgeber (16, 36, 56) umfasst, der mit einer Welle (18) der Antriebseinheit oder eines Messrades des Fahrwerks zur Erfassung einer Rotation der Welle verbindbar ist, wobei der Drehgeber eine Gebereinrichtung (17, 37, 52, 58) aufweist, mittels der ein Drehwinkelsignal, ein Drehzahlsignal und/oder ein Positionswert zur Bestimmung einer vorausgesetzten Position des Fahrwerks an der Schiene an die Steuervorrichtung übermittelbar ist, wobei die Steuereinheit eine Sicherheitsvorrichtung (71) mit einer an dem Fahrwerk und der Schiene anordbaren Sensoreinrichtung (14, 40, 70) aufweist, mittels der zumindest ein Positionssignal detektierbar ist, wobei die Sicherheitsvorrichtung eine Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) aufweist, mittels der anhand des Positionssignals eine reale Position des Fahrwerks an der Schiene bestimmbar ist, wobei mittels der Sicherheitsvorrichtung die vorausgesetzte Position nach der realen Position korrigierbar ist, wobei mittels zumindest eines an dem Fahrwerk angeordneten Sensors (22, 31, 47, 50, 63) der Sensoreinrichtung bei einer Passage von an der Schiene angeordneten Marken (19, 30, 46, 48, 66) der Sensoreinrichtung das Positionssignal erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zumindest zwei in Reihe an dem Fahrwerk angeordnete Sensoren und eine Vielzahl entlang der Schiene angeordnete Marken umfasst, wobei die Anordnung und das Verhältnis der Sensoren zu den Marken in Art eines Nonius ausgebildet ist, wobei die Marken passive RFID-Transponder (20, 21, 33, 42, 43) und die Sensoren RFID-Sender/Empfänger (23, 34, 41) sind.
Steuereinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (16, 36, 56) die Sicherheitseinrichtung (25, 38, 51, 59) aufweist.
Steuereinheit nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (16, 36, 56) eine Feldbusschnittstelle (61) und/oder einen Schaltausgang (60) für Über- und/oder Unterschreiten eines parametrierbaren und/oder skalierten positionsabhängigen Ausgabewertes aufweist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgeber (16, 36, 56) ein Inkrementalgeber und/oder Absolutgeber ist.
Fördermittel (27), insbesondere Hebezeug, Kran, Portalkran, Containerkran, umfassend eine Steuereinheit (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, zumindest eine Schiene (12, 29, 49, 67), ein entlang der Schiene bewegbares Fahrwerk (28) und eine Antriebseinheit (11) mit einem Elektromotor.