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Einrichtung zum selbsttätigen Steuern von Kranantrieben od. dgl. Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum selbsttätigen Steuern von Kranantrieben
od. dgl. mit einem Speicherwerk, welches die bei einem Arbeitszyklus des Kranes
od. dgl. erforderlichen Kommandos speichert und bei der Nachsteuerung diese Kommandos
den einzelnen Krantriebwerken übermittelt. Bei einer bekannten Einrichtung dieser
Art werden jeweils für einen Arbeitszyklus mit Hilfe von Tonbändern oder Lochstreifen
durch Betätigung von Tasten nur Kommandos registriert, z. B. für Kranfahrt rechts
oder links, Heben, Senken od. dgl., wobei im wesentlichen nur geradlinige Kranbeweb
ragen möglich sind.
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Demgegenüber wird durch die Erfindung erreicht, daß die Kranlast selbsttätig
eine vorher bestimmte Bahn, die beliebige Krümmungen haben kann, durchläuft, wobei
ausgehend von ein und derselben Speicherung auf Wunsch verschiedene Geschwindigkeiten
für die Bewegung der Kranlast verwirklicht werden können. Die Erfindung besteht
in erster Linie darin, daß den einzelnen Krantriebwerken zugeordnete Aufnahmevorrichtungen
bei einem in herkömmlicher Weise von Hand auf beliebiger Bahn gesteuerten Testlauf
in jedem Augenblick Richtung und Größe der Bewegungskomponenten der Last in den
Wirkungsrichtungen der einzelnen Krantriebwerke abtasten und nach entsprechender
Umformung dem Speicherwerk übermitteln und daß Wiedergabeeinrichtungen bei einem
Betriebslauf entsprechend dem oder entgegengesetzt zum Aufnahmeverlauf die aufgespeicherten
Werte nach Umformung in Steuerwerte an die einzelnen Krantriebwerke weitergeben.
Zweckmäßig weist das Speicherwerk drei Magnetaufzeichnungsträger, insbesondere Tonbänder,
auf, welche die Werte speichern, die drei Komponenten der absoluten Geschwindigkeit
der Kranlast entsprechen. Bei einem Wippkran z. B. können die auf den drei Magnetaufzeichnungsträgern
gespeicherten Werte für den ersten Magnetaufzeichnungsträger von der waagerechten
Komponente der Kranlastgeschwindigkeit, die ausschließlich dem seitlichen Schwenken
des Kranauslegers entspricht, für den zweiten von der waagerechten Komponente der
Kranlastgeschwindigkeit, die ausschließlich dem Wippen des Kranauslegers entspricht,
und für den dritten von der lotrechten Geschwindigkeitskomponente der Kranlastgeschwindigkeit
hergeleitet werden.
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An Hand der Zeichnung sei eine Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens
erläutert.
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Fig. 1 bis 5 sind Kurven, welche bei einem Wippkran die Bewegungsverhältnisse
der Kranlast in Abhängigkeit von ihrem in eine waagerechte Grundebene projizierten
Weg veranschaulichen. Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße
Kransteuereinrichtung für einen Wippkran.
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Der Weg, den der Kranhaken eines Wippkranes zwischen dem Punkt, an
dem er die Last anhebt, und dem Punkt, an dem er die Last absenkt, zurücklegt, wird
zweckmäßig dargestellt durch die Projektion dieses Weges in eine waagerechte Ebene
gemäß Fig. l.. In Fig. 2 ist die Kurve wiedergegeben, welche die Höhe h des Kranhakens
über der waagerechten Grundebene in Abhängigkeit von der geradegestreckten Projektion
s des Weges nach Fig. 1 wiedergibt.
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Die Projektion nach Fig. 1 ist zerlegt gedacht in kurze Teilstrecken
cl, welche den in gleichen, kurzen Zeitabschnitten in der Grundebene zurückgelegten
Strecken entsprechen und daher ein Maß für die in die Grundebene projizierte Geschwindigkeit
des Kranhakens bilden. Die Teilstrecken c1 werden zerlegt in je zwei Komponenten
ai, bi. Die Komponente al ist die jeweilige ausschließlich durch die Schwenkung
des Auslegers um die lotrechte Achse 1 bedingte waagerechte Geschwindigkeit. Die
Komponente bi ist diejenige waagerechte Geschwindigkeit des Kranhakens, die ausschließlich
auf der Wippbewegung des Kranauslegers radial zur Achse 1 beruht. Die Komponenten
a, sind in Fig. 3 aufgetragen über dem geradegestreckten, in die Grundebene projizierten
Weg s des Kranhakens. Fig. 4 zeigt den Verlauf der Komponenten bi über dem projizierten
Weg .s.
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Wie sich aus Fig. 1 bis 5 ergibt, ist in dem Ausgangspunkt 2 des Weges
s der Kranlast deren Geschwindigkeit gleich Null. Es sind also auch die Komponenten
a1 und bi sowie die Hubgeschwindigkeit d1 gleich Null. Bei der fortschreitenden
Bewegung des Kranhakens nach der Kurve in Fig. 1 wird der Ausleger
immer
in dem gleichen Sinn geschwenkt; so daß die Kurve in Fig. 3 nur im positiven Teil
verläuft. Die Komponente a1 nimmt bis zu dem Punkt 3 zu, in dem der Kranhaken den
kleinsten Abstand von der Achse 1 hat. Hierbei ist a1 = cl. Von diesem Punkt aus
nimmt die Komponente a1 allmählich wieder ab, bis sie im Punkt 4, wo die Last abgesetzt
wird, den Wert Null erreicht.
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Die in Richtung der Wippbewegung liegende Komponente bi nimmt von
dem Wert Null im Punkt 2 allmählich zu, um im Punkt 3 wieder zu Null zu werden.
Dort kehrt die Komponente bi ihre Richtung um. Sie steigt wieder bis zu einem Höchstwert
an und wird im Punkt 4 zu Null.
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In Fig. 5 ist die Hubgeschwindigkeit dl in Abhängigkeit von dem in
die Grundebene projizierten Weg s veranschaulicht. Danach steigt die Hubgeschwindigkeit
vom Punkt 2 aus an, bis sie einen höchsten Wert erreicht, von dem aus sie nach einer
kurzen Wegstrecke bis auf Null absinkt. Gegen Ende des Weges s beginnt das Absenken
mit zunehmender Geschwindigkeit dl, die nach dem Erreichen einer höchsten Senkgeschwindigkeit
bis auf den Wert Null im Punkt 4 abnimmt. Wie Fig. 2 zeigt, kann der Punkt 4, in
dem die Last abgesetzt wird, höher oder auch tiefer liegen als der Punkt 3, in dem
sie aufgenommen worden ist.
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Die Bewegung des Kranhakens zwischen den Punkten 2 und 4 soll nun
z. B. mit Hilfe von Tonbändern aufgenommen und gespeichert werden, damit diese Bewegung
dann durch Steuerung aus diesen Bändern beliebig oft selbsttätig wiederholt werden
kann. Für das Aufnehmen der Bewegung auf die Bänder wird ein Testlauf ausgeführt.
Dieser wird vorzugsweise so gestaltet, daß sich die günstigsten Betriebsverhältnisse
ergeben. Insbesondere muß man darauf bedacht sein, Beschleunigungen und Verzögerungen
des Kranhakens in waagerechter Ebene soweit wie möglich zu vermeiden, um die Pendelungen
des Kranhakens möglichst klein zu halten.
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Wie Fig. 6 zeigt, werden zweckmäßig für die drei Komponenten a1, bi,
d1 drei Magnetaufzeichnungsträger in Form von Tonbändern 5, 6, 7 verwendet, die
auf zwei gemeinsamen Walzen 8, 9 laufen. Die Bänder sind gewöhnlich nicht endlos,
wie es in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, sondern nach Art der Farbbänder von
Schreibmaschinen mit ihren beiden Enden auf zwei Trommeln aufgewickelt. Statt der
Magnetbänder können auch Magnettrommeln oder Platten verwendet werden.
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Die Antriebgeschwindigkeit v, der Tonbänder 5, 6, 7 während des Testlaufes
kann von irgendeiner Bewegungsgröße des Kranhakens abhängig gemacht werden, z. B.
von seiner absoluten Geschwindigkeit im Raum. Vorzugsweise aber wird man die in
die Grundebene projizierte Geschwindigkeit cl für die Bewegungsgeschwindigkeit der
Bänder maßgebend sein lassen.
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Fig. 6 zeigt die Steuereinrichtung für einen Wippkran mit dem Drehwerksantrieb
10, durch das der Kranausleger seitlich geschwenkt wird, dem Wippwerksantrieb 11
und dem Hubwerksantrieb 12.
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Für die Aufnahme der Bewegungsvorgänge auf den Tonbändern 5, 6, 7
werden die betreffenden Werte wie folgt ermittelt.
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Aus einem Drehzahlmesser 13, der sich an dem Drehwerksantrieb 10 befindet,
wird der Drehgeschwindigkeitsfaktor (o1 des Kranauslegers abgeleitet und in ein
Zusatzgerät 14 eingeführt. Außerdem wird aus einem Gerät 15 a die jeweilige
Kranausladung A, d. h. der radiale Abstand des Kranhakens von der Schwenkachse
1, abgeleitet und in das Zusatzgerät 14 eingeführt. Aus der Drehgeschwindigkeit
(,o1 des Kranauslegers und der Kranausladung A wird in dem Zusatzgerät 14 die jeweilige
Geschwindigkeitskomponente a1 des Kranhakens ermittelt. Diese wird in einem Umwandlungsgerät
15 in einen Wert ao umgewandelt, und der Wert a. wird an den Aufnahmekopf 16 abgegeben.
Durch diesen werden die Werte a. auf dem mit der Antriebsgeschwindigkeit v, laufenden
Tonband 5 gespeichert.
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Aus dem Wippwerksantrieb 11 wird über einen Geschwindigkeitsmesser
17 der Drehgeschwindigkeitsfaktor w1 des Wippwerksmotors entnommen und in ein Zusatzgerät
18 eingeführt. Auch in dieses Gerät wird die Kranausladung A aus dem Gerät
15 a eingeleitet. In dem Zusatzgerät 18 wird aus den Größen w1' und A die
Geschwindigkeitskomponente bi ermittelt, und diese wird in einem Umwandlungsgerät
19 in den Wert b. umgewandelt, der dem Aufnahmekopf 20 zugeführt und auf dem Tonband
6 gespeichert wird.
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Aus dem Hubwerksantrieb 12 wird über einen Geschwindigkeitsmesser
21 die Hubgeschwindigkeit dl entnommen. Diese wird in einem Umwandlungsgerät 22
in den Wert d. umgewandelt, der dem Aufnahmekopf 23 zugeführt und auf dem Tonband
7 gespeichert wird.
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Die Ermittlung der Werte a0, bo und d. erfolgt unter Zugrundelegung
eines angenommenen, konstanten Wertes co für die in die waagerechte Grundebene projizierte
Geschwindigkeit des Kranhakens, da bei dem Testlauf eine gleichmäßige Geschwindigkeit
gewöhnlich nicht eingehalten werden kann. Demgemäß werden in den Umwandlungsgeräten
15, 19 und 22 durch Multiplikation der Werte a1, b, bzw.di mit co/cl die Werte a.,
b. bzw. da gewonnen. Zu diesem Zweck werden die Werte a1 und bi aus den Zusatzgeräten
14 bzw. 18 einem Rechengerät 24 zugeführt. Dieses ermittelt die Werte cl nach der
Formel
und liefert den Faktor co/c, über die Leitung 50 an die Umwandlungsgeräte 15, 19,
22.
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Ferner gibt das Rechengerät 24 den jeweiligen Wert cl an das Antriebsgerät
25 für die Walze 8 ab. In dem Antriebsgerät 25 wird der Wert c1 in die Drehgeschwindigkeit
der Walze 8 umgewandelt, so daß sich eine Bandgeschwindigkeit v, ergibt, für welche
gilt:
wenn VO die dem Wert c. entsprechende Bandgeschwindigkeit ist.
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Man erhält daher für einen bestimmten in die waagerechte Grundebene
projizierten Weg des Kranhakens immer die gleiche Tonbandaufzeichnung, auch wenn
der Testlauf mit beliebig wechselnder Geschwindigkeit ausgeführt wird. Sonach speichern
die Tonbänder in Abhängigkeit von dem in die Grundebene projizierten Weg des Kranhakens
das in jedem Punkt des Weges vorhandene Verhältnis zwischen den Geschwindigkeitskomponenten
a1, bi und di.
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Für die Wiedergabe der auf den Tonbändern 5, 6, 7 gespeicherten Werte
dienen die Wiedergabeköpfe
26, 27 bzw. 28. Für die Umstellung auf
Wiedergabe werden durch ein gemeinsames Gestänge 29 Schalter 30, 31, 32 in den Verbindungsleitungen
zwischen den Umwandlungsgeräten 15, 19, 22 und den Aufnahmeköpfen 16, 20 bzw. 23
unterbrochen, und es werden darauf Schalter 33, 34, 35 in den von den Wiedergabeköpfen
26, 27 bzw. 28 kommenden Leitungen geschlossen. Die durch die Wiedergabeköpfe 26,
27, 28 von den Tonbändern 5, 6, 7 entnommenen Werte a., b., d. werden in weiteren
Umwanldungsgeräten 36, 37, 38 in Steuerkomponenten a2, b2 bzw. d2 umgewandelt. Aus
den Steuerkomponenten a2, b2 werden in weiteren Zusatzgeräten 39, 40 unter dem Einfluß
der aus dem Gerät 15a entnommenen Kranausladung A die Drehgeschwindigkeitsfaktoren
(o2 bzw. w, abgeleitet und Reglern 41, 42 zugeführt, welche dem Drehwerksantrieb
10 bzw. dem Wippwerksantrieb 11 die jeweils erforderliche Geschwindigkeit erteilen.
Der Hubwerksantrieb 12 wird durch einen Regler 43 gemäß den aus dem Umwandlungsgerät
38 entnommenen Werten d2 gesteuert.
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Man kann bei der Wiedergabe die Tonbänder 5, 6, 7 mit der konstanten
Antriebsgeschwindigkeit v. antreiben, die dem Wert co entspricht. Dann erreicht
man, wenn die Werte a., b., do in den Umwandlungsgeräten 36, 37, 38 nicht umgewandelt
werden, daß die Kranlast genau den gleichen Weg wie bei der Testfahrt zurücklegt,
aber mit der konstanten in die waagerechte Grundebene projizierten Geschwindigkeit
c., und zwar unabhängig von den Schwankungen der Geschwindigkeit cl bei dem vorhergehenden
Testlauf.
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Es ist aber auch möglich, daß bei der Wiedergabe die Kranlast den
bei dem Testlauf mit wechselnder Geschwindigkeit beschriebenen Weg mit einer konstanten
Geschwindigkeit c2 zurücklegt, die verschieden ist von c.. Man muß dann nur dafür
sorgen, daß die Tonbänder 5, 6, 7 mit einer Geschwindigkeit
angetrieben und die den Tonbändern entnommenen Werte a0, b0, do mit dem Faktor multipliziert
werden. Hierzu kann man z. B. ein
mittels eines Handhebels 45 betätigtes Gerät 44 verwenden, das über
die Leitungen 51, 52 das Bandantriebsgerät 25 und über Leitungen 46, 53 die Umwandlungsgeräte
36, 37, 38 beeinflußt. Dies setzt aber voraus, daß die von Hand eingestellte Geschwindigkeit
c2 mit Sicherheit erreicht wird. Es ist auch möglich, daß man die Umwandlungsgeräte
36, 37, 38 statt unmittelbar von dem Gerät 44 von dem Bandantriebsgerät 25 her beeinf(ußt.
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In manchen Fällen ist es aber vorzuziehen, daß man bei der Wiedergabe
die Antriebsgeschwindigkeit v, der Tonbänder 5, 6, 7 sowie die Umwandlungsfäktoren
a2/a., b2/bo, d./d. der Umwandlungsgeräte 36, 37, 38 in Abhängigkeit von der jeweiligen
in die Grundebene projizierten Geschwindigkeit c2 der Kranlast ermittelt. Zu diesem
Zweck werden aus den Zusatzgeräten 39, 40 die Werte a2 und b2 entnommen und dem
Rechengerät 24 zugeführt, das den Wert c2 nach der Formel:
errechnet. Von dem Rechengerät 24 wird der Wert c2 dem Bandantriebsgerät 25 zugeführt,
von dem die Bandantriebsgeschwindigkeit v2 hergeleitet wird. Des weiteren wird aus
dem Rechengerät 24 der Faktor c2/co den Umwandlungsgeräten 36, 37, 38 zugeführt.
Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß die Leitung 53 nicht an die Leitung 46, sondern
an das Rechengerät 24 angeschlossen wird, vgl. die punktiert gezeichnete Leitung
54. Bei dieser Art der Wiedergabe ändert sich sonach die Bandgeschwindigkeit v,
nach Maßgabe der Geschwindigkeit c.", so daß die- Kranlast den bei dem Testlauf
beschriebenen Weg mit den gleichen Geschwindigkeitsverhältnissen zurücklegt wie
bei dem Testlauf. Zweckmäßig wird dabei die Höhe der Geschwindigkeit c2 von Hand
eingesteuert, indem von dem Gerät 44 der Wert c2/co über eine Leitung 55 in das
Rechengerät 24 eingeleitet wird.
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Wenn hierbei der Testlauf mit konstanter Geschwindigkeit cl ausgeführt
worden war, ergibt sich ohne weiteres eine konstante Geschwindigkeit c2 und auch
eine konstante Bandgeschwindigkeit v2.
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In jedem Fall gehört zu jedem einzelnen Punkt des in die waagerechte
Grundebene projizierten Weges der Kranlast ein bestimmter Punkt auf jedem der drei
Tonbänder, und der Kranhaken erreicht jeden einzelnen Punkt des in die Grundebene
projizierten Weges in dem gleichen Zeitpunkt, in dem die entsprechenden Punkte auf
den drei Magnetbändern unter die Wiedergabeköpfe treten.
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In manchen Fällen ist es erwünscht, daß der Kranhaken den Rückweg
von dem Punkt 4 zu dem Punkt 2 mit den gleichen Geschwindigkeitsverhältnissen zurücklegt
wie den Hinweg. Für diesen Fall läßt man während der Wiedergabe die Tonbänder im
entgegengesetzten Sinn laufen wie bei dem Hinweg. Dies erreicht man durch Umschalten
des an dem Gerät 44 befindlichen Handhebels 45 in die Stellung 45 a.
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Die Anwendung von drei Tonbändern 5, 6, 7 setzt voraus, daß auf jedem
Tonband auch die entgegengesetzte Antriebsrichtung des betreffenden Kranantriebes
aufgezeichnet werden kann, indem z. B. zwei Magnetspuren für jedes Triebwerk vorgesehen
sind. Man kann hierbei die in der Tonbandtechnik an sich bekannten Frequenz- und
Amplitudenmodulationen anwenden. Grundsätzlich ist es auch möglich, alle drei bzw.
sechs Vorgänge auf einem einzigen Tonband aufzuzeichnen. Die Aufnahme- und Wiedergabeköpfe
16, 20, 23 bzw. 26, 27, 28 lassen sich so schmal ausführen, daß sie dicht nebeneinander
angeordnet werden können und daher praktisch keine Streckenverschiebung eintritt.
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Wenn gemäß Fig. 6 alle drei Bänder mit jeweils den gleichen Geschwindigkeiten
laufen, ist die Hubgeschwindigkeit durch die waagerechten Geschwindigkeitskomponenten
festgelegt. Man muß daher, wenn der Kranhaken möglichst lotrecht angehoben werden
soll, entsprechend kleine waagerechte Geschwindigkeitskomponenten a1, b1 anwenden.
Dabei muß man verhüten, daß zu große Hub- oder Senkgeschwindigkeiten auftreten und
auch nicht in zu kurzen Zeiten erreicht werden. Demgemäß wird man während der Wiedergabe
die Bänder am Beginn und am Ende des Förderweges, wo das Heben bzw. das Senken des
Kranhakens erfolgt, mit einer verminderten Geschwindigkeit laufen lassen. Diese
Regulierung der Bandgeschwindigkeit kann mittels des Handhebels !45 erfolgen, wobei
gleichzeitig über die Leitungen 46, 53 oder aus dem Antriebsgerät 25 heraus die
Umwandlungsfaktoren in den Umwandlungsgeräten 36, 37, 38 entsprechend herabgesetzt
werden.
Es ist aber auch möglich, daß man zu große Beschleunigungen
und Verzögerungen des Kranhakens oder der Kranlast in der Höhenrichtung mittels
einer von dem Hubwerksantrieb beeinflußten Sicherheitseinrichtung 47 verhindert,
die beim Erreichen einer unzulässigen Beschleunigung oder Verzögerung unter Vermittlung
einer Leitung 48 in der Weise auf das Antriebsgerät 25 einwirkt, daß die Bandgeschwindigkeit
v2 bei der Wiedergabe begrenzt wird. Hierdurch wird eine Begrenzung der Waagerecht-Geschwindigkeitskomponenten
a2, b2 sowie der Hubgeschwindigkeit d2 erreicht. Außerdem stehen für die Erhöhung
der Hubgeschwindigkeit auf den Höchstwert und für das Abbremsen der Last bis zum
Stillstand längere Zeiten zur Verfügung, so daß unzulässige Beschleunigungen und
Verzögerungen verhütet werden.
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Die verschiedenen überlagerungsgeräte können z: B. mit Kurvenscheiben
arbeiten. Im übrigen kann man für die betreffenden Geräte beispielsweise volumengetreue,
hydrostatische Getriebe (Thomagetriebe) anwenden. Man könnte beispielsweise die
zu den Antriebswerken 10, 11, 12 gehörenden Pumpen derartiger Getriebe auf eine
Welle setzen und unter Berücksichtigung der Ausladung A über die Zusatzgeräte 39,
40 die Exzentrizität der Pumpenantriebe exakt gleich a., b., do einstellen. über
die Geschwindigkeit der Antriebswelle könnte man dann c2 erhalten.
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Die Leitungen für die Übertragung der verschiedenen Steuerwerte auf
die Geräte, z. B. die Leitungen 46 und 51 bis 55, können durch Steuerwellen ersetzt
werden.
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Wenn die Schalter 30 bis 35 in der Mittelstellung des Gestänges 29
alle geöffnet sind, kann man alle Antriebswerke des Kranes ohne Beeinflussung durch
die Tonbänder 5, 6, 7 betreiben.
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Es ist auch möglich, daß die Walze 8 zum Antrieb der Tonbänder 5,
6, 7 unmittelbar mit dem Drehwerk 10 gekuppelt wird. Dann muß aber die Waagerechtbewegung
immer eine -- wenn auch kleine -Komponente a1, und zwar mit gleichbleibendem Vorzeichen,
aufweisen.
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Möglicherweise kann man für die Wiedergabe statt besonderer Umwandlungsgeräte
36, 37, 38 die für die Aufnahme bestimmten Umwandlungsgeräte 15, 19, 22 verwenden,
die dann entsprechend zu gestalten sind.