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WO2008028751A1 - Leitungstrommelanordnung und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Leitungstrommelanordnung und verfahren zu deren betrieb Download PDF

Info

Publication number
WO2008028751A1
WO2008028751A1 PCT/EP2007/058363 EP2007058363W WO2008028751A1 WO 2008028751 A1 WO2008028751 A1 WO 2008028751A1 EP 2007058363 W EP2007058363 W EP 2007058363W WO 2008028751 A1 WO2008028751 A1 WO 2008028751A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
line
drum
distance
course
unwound
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/058363
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Bormann
Bernd Eggert
Martin Meier
Hans-Jürgen Schmitt
Original Assignee
Conductix-Wampfler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conductix-Wampfler Ag filed Critical Conductix-Wampfler Ag
Publication of WO2008028751A1 publication Critical patent/WO2008028751A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00—Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/34—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables
    • B65H75/38—Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables involving the use of a core or former internal to, and supporting, a stored package of material
    • B65H75/44—Constructional details
    • B65H75/4481—Arrangements or adaptations for driving the reel or the material
    • B65H75/4484—Electronic arrangements or adaptations for controlling the winding or unwinding process, e.g. with sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/12—Arrangements of means for transmitting pneumatic, hydraulic, or electric power to movable parts of devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/36—Guiding, or otherwise ensuring winding in an orderly manner, of ropes, cables, or chains

Definitions

  • the invention relates to a line drum arrangement according to the preamble of claim 1 and a method for operating a line drum arrangement according to the preamble of claim 8.
  • the energy supply line connected to a stationary feed point for the loading crane is carried along with this.
  • An example of such a cable drum arrangement is shown in DE 44 29 268 A1.
  • the supply line is unwound or rolled up by the line drum arranged on the loading crane in accordance with the movement of the loading crane.
  • the deflection angle of the cable is measured against the vertical and used to control the Ab- or Aufwickelmos the supply line via the drive of the cable drum.
  • the deflection angle is detected by a pendulum swing arm, which is deflected by the supply line.
  • a disadvantage of such arrangements is that there must be a mechanical power transmission between pendulum rocker and sensor in order to obtain the deflection angle of the pendulum rocker and the line.
  • this power transmission falsifies the measurement result due to its inertia, especially at high driving speeds.
  • these devices and the sensors are subject to mechanical signs of wear, such as deflection of the bearing, or temperature-dependent influences, such as stiffness at low temperatures or elongation effects due to temperature changes.
  • these sensors are relatively large, restrict the free choice of the installation location of the pendulum swing and are expensive.
  • Object of the present invention is therefore to provide a line drum assembly and a method for their operation, which allow a simple, accurate and largely independent of external influences determination of the course of the line.
  • the course of the line in the storage plane of the cable drum and / or perpendicular to this can be measured, so that in particular lateral forces, eg. B. by crosswind, in the control of the line drum assembly can be considered.
  • Under storage level is to be understood in the present case, the level in which the line from the cable drum for storage on the floor hanging freely.
  • the storage plane is substantially parallel to the direction of travel of the loading crane on the ground and substantially perpendicular from the bottom through the unwinding of the line drum, when the line is unwound without guide devices. This is especially the case when the line is essentially wound in the storage level and single-stranded on the line drum, the radius plane of the cable drum is therefore in the storage level. If guiding devices are provided for the line, the depositing plane, instead of passing through the unwinding point, runs through that guiding device from which the line hangs freely to the ground.
  • the measurement can be carried out by a sensor matrix extending outside the depositing plane, which enables a very high resolution and an accurate detection of the course of the line.
  • the laying angle of the line and, therefrom, the winding diameter of the line located on the line drum can be determined.
  • a sensor for determining the winding diameter can be saved.
  • a guide device for guiding the line at a predetermined distance from the zero line can be provided instead of the second sensor. This is especially advantageous in reel drum arrangements where the reel drum is very high, e.g. 15 meters above the ground is arranged. There, the line must be additionally guided in order to prevent excessive swinging and oscillation of the line between the cable drum and the floor. Also, this design allows for easy retrofitting of existing existing with guide devices line drum assemblies.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a cable drum assembly according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic side view of a cable drum assembly according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of the course of a line in different
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the measuring device as a sensor matrix
  • Fig. 6 is a schematic plan view of a cable drum arrangement in the radial
  • the loading crane To supply a rail-mounted loading crane (not shown in FIG. 1) with electrical energy, the loading crane is connected via a line 1 to a feed point E (FIG. 3) which is stationary with respect to the loading crane.
  • a line drum arrangement with a line drum 2 and a line drum drive is arranged on the loading crane.
  • the line 1 On the line drum 2, the line 1 is wound single-stranded and is from there on a line drum drive according to the movement of the loading crane in a storage level W up or unwound.
  • the line 1 depends essentially in the storage plane W of the line drum 2 without further guiding or deflecting freely down to the bottom 3, so that it extends from an unwinding 4 of the cable drum 2 to the bottom 3 in a so-called chain line 5.
  • the location of the unwinding point 4 is dependent on the so-called. Filling degree or diameter Since the located on the line drum 2 line 1, which in the present single-stranded storage of the line 1 on the line drum 2 according to the Auftial. Unwinding of the line 1 is reduced or increased.
  • a measuring device with a in Fig. 1 lower, first distance sensor 6 with a measuring axis 6 'and a upper, second distance sensor 7 with a measuring axis T fixedly arranged on the loading crane and connected to a drawing, not shown control for the cable drum drive.
  • the distance sensors 6, 7 are in the embodiment shown here optically acting laser sensors in which a laser beam 8, 9 on the Directed line 1, the reflected portion 10, 11 measured and from the running time of the laser beam 8, 9 in a conventional manner, the distance between the distance sensor 6, 7 and line 1 or a zero line y is determined.
  • the distance sensors 6, 7 do not touch the line 1, so do not need to be in communication with the line 1 transmission element, eg lever arms above, so that a contactless and immediate detection of the course of the line 1 is possible.
  • guide rails 12, 13 are provided which limit the lateral deflection of the line 1 perpendicular to the storage plane W.
  • the guide rails 12, 13 are not necessary, but in the event of lateral force on the line 1, e.g. strong side wind or a shift of the deposited on the floor line 1 by unclean filing or external influences, a defined leadership of the line 1 can be achieved in the storage level W hereby.
  • lateral force on the line e.g. strong side wind or a shift of the deposited on the floor line 1 by unclean filing or external influences
  • a defined leadership of the line 1 can be achieved in the storage level W hereby.
  • the measuring axes 6 ', 7' of the distance sensors 6, 7 extend in Fig. 1 in the storage plane W parallel to the ground 3 and at a distance Hl to each other, wherein the measuring axis 6 'of the lower distance sensor 6 at a distance H2 to a parallel through the rotation axis D. the cable drum 2 runs.
  • the two distance sensors 6, 7 are arranged at the same distance L from the axis of rotation D of the line drum 2.
  • Lines x and y span a Cartesian x-y coordinate system in the storage plane W whose zero point lies at the intersection of the two straight lines x and y.
  • the line 1 does not extend completely in the storage plane W in a strictly mathematical sense. but is cut by this.
  • the course of the line 1 in the depositing plane W can be seen as a projection of the line 1 onto the depositing plane W.
  • line 1 When moving the loading crane as much as possible line 1 should be wound up or unwound so that as little or no forces as possible are introduced into the line 1, For example, tensile forces when too little power is supplied. Also, the forces introduced should fluctuate as little as possible. This means that the storage angle alpha in areas away from the feed point E should remain constant.
  • the storage angle alpha is determined on the basis of the distance sensors 6, 7 measured distances Ll or L2 of the line 1 with respect to the x-axis according to the trigonometric equation
  • the controller calculates the diameter Da of the line 1 located on the line drum 2 based on the equation based on the storage angle alpha
  • the guide device 16 is stationarily arranged on the loading crane such that the line 1 coming from the line drum 2 is guided at a distance H in the y direction from the measuring axis 6 'of the lower first distance sensor 6 and at a distance L2 in the x direction from the zero line y becomes.
  • the depositing plane W runs through the guide device 16 and, in this embodiment, in the radius plane of the cable drum 2.
  • the radius plane of the cable drum 2 could also extend transversely or obliquely to the depositing plane W.
  • the storage angle alpha is calculated on the basis of the same mathematical or trigonometric relationships as in the embodiment in FIG. 1, wherein the distance L2 here is always constant, since the distance sensor 7 omitted in FIG.
  • a further, third distance sensor 17 is arranged at the distance L to that at the loading crane at the height of the axis of rotation D of the line drum 2 and measures the distance L3 to the line drum 2 located on the line 1. On the basis of this distance measurement, the diameter Da on the line drum located line 1 by means of the equation
  • the diameter Da can also be internally calculated by the controller on the basis of the system data and the winding or unwinding operations of the line drum 2, so that the further distance sensor 17 shown in FIG. 2 can be omitted.
  • the intrinsically catenary course of the line 1 between the line drum 2 and the bottom 3 are approximated by the storage angle alpha, which is then used for the control of the line drum drive. It is assumed that the course of the line 1 between the lower there distance sensor 6 and the upper in Fig. 1 second distance sensor 7 and the Guide means 16 in Fig. 2 is substantially linear. This assumption is true above all at or in the vicinity of the feeding point shown in Fig. 3. As can be seen on the right in FIG. 3, the line 1 at points further away from the feed point curves more strongly in accordance with the chain line, so that the storage angle ⁇ may no longer reproduce the course of the line 1 with sufficient accuracy. This may be the case when the measuring device is arranged near the bottom in the region of the more curved part of the line 1.
  • n of distance sensors are used in the embodiment shown in Fig. 4, arranged according to the distance sensors 6, 7 of FIG. 1 and with the control of the line drum drive are connected.
  • two adjacent distance sensors 6, 7,..., (N-1) n each measure an angle of the line 1 between the two distance sensors, e.g. the angle alphal between the first 6 and second 7 distance sensors, the angle alpha2 between the second 7 and a third 18 distance sensor, to the angle alphan between the (n-l) -th and the n-th distance sensor.
  • n-1 angles can be determined. These individual angles can then be compared with desired angles predefined in the control.
  • These predetermined So 11 angles form the desired optimum nominal course of the line 1 as a function of further parameters, such as e.g. Traversing speed of the loading crane, rotational speed of the cable drum, diameter Da located on the line drum 2 line 1, and can be calculated in advance for various applications and stored in the controller or even calculated currently in the controller.
  • the winding speed or the winding moment of the line drum 2 can then be adapted accordingly by the control.
  • the course of the line 1 can also be recorded in terms of area, for example via a measuring device in the form of a sensor matrix 19 shown in FIG. 5 with a multiplicity of sensors or sensor bands 20, for example light barriers or CCD measuring fields, on both sides of the line 1 are arranged substantially parallel to the storage plane W.
  • sensors one or more digital cameras can be used which have a corresponding deflection region of the line 1 in FIG the storage level W can record.
  • the course of the line 1 can be simulated very accurately analogous to the method described in FIG. 4, so that even small deviations of the actual course of the line 1 of the desired desired course of the line 1 could be corrected quickly by the controller.
  • planar distance sensors are used instead of the punctiform laser distance sensors shown in FIGS. 1 to 2 and 4, the guide rails 12, 13 can be completely omitted since these distance sensors can detect the line 1 over its entire diameter. In addition, such distance sensors also allow the detection of lateral deviations of the line 1, as caused for example by crosswinds. These deviations can then be taken into account in determining the winding speed or the winding torque of the line drum 2 in the control of the line drum drive.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a line drum arrangement in the radial direction. Without additional lateral forces, the line 1 coming from the line drum 2 runs towards the bottom 3 in the depositing plane W, as indicated by the solid line 22. However, if additional lateral forces occur from the right-hand side in FIG. 6, eg due to strong crosswinds, additional forces are introduced into the conduit 1 and the conduit 1 is displaced into the course shown by a broken line 23. Since the position of the line 1 viewed from the side but does not change this, the distance sensors according to FIGS.
  • the area-effecting distance sensor 21 can detect the lateral deviation Z from the zero line y.
  • the deviation Z can then be used in the control with further parameters, for example (line diameter, line weight, height H of the sensor) to adapt the winding speed or the winding torque to compensate for the additional forces introduced.
  • the spatial course of the line 1 can be simulated three-dimensionally.
  • sensors based on other physical principles for example light, infrared or ultrasound sensors, digital cameras or capacitive or inductive sensors.
  • capacitive and / or inductive sensor types can be advantageously used with sensors 19 according to FIG. 5 mounted laterally of the depositing plane W.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Storing, Repeated Paying-Out, And Re-Storing Of Elongated Articles (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leitungstrommelanordnung zum Auf- und Abwickeln einer Leitung (1) von einer Leitungstrommel (2), mit einer Messvorrichtung (6, 7; 6, 16; 19; 21) zum Erfassen des Verlaufs der von der Leitungstrommel (2) abgewickelten Leitung (1) bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer Leitungstrommelanordnung mit einer Steuerung, einem Leitungstrommelantrieb und einer Messvorrichtung (6, 7; 6, IS; 19; 21) zum Erfassen eines Verlaufs der von der Leitungstrommel (2) abgewickelten Leitung (1), wobei die Steuerung den gemessenen Verlauf mit einem vorgegebenen Soll-Verlauf der abgewickelten Leitung (1) vergleicht und hieraus ein Steuersignal für den Leitungstromtnelantrieb ableitet. Die Erfindung löst die Aufgabe, eine einfache, genaue und von äußeren Einflüssen weitgehend unabhängige Bestimmung des Verlaufs der Leitung zu ermöglichen, dadurch, dass die Me ss Vorrichtung (6, 7; 6, 16; 19; 21) zum unmittelbaren berührungslosen Messen des Verlaufs der abgewickelten Leitung (1) eingerichtet ist bzw. der Verlauf der abgewickelten Leitung (1) unmittelbar und berührungslos gemessen wird.

Description

Leitungstrommelanordnung und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft einen Leitungstrommelanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Leitungstrommelanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Bei bekannten Anordnungen für verfahrbare Leitungstrommeln, wie sie beispielsweise bei Container- Verladekränen Anwendung finden, wird die mit einer ortsfesten Speisestelle verbundene Energieversorgungsleitung für den Verladekran mit diesem mitgeführt. Ein Beispiel für eine derartige Leitungstrommelanordnung zeigt die DE 44 29 268 Al. Um den Ladekran verfahren zu können, wird die Versorgungsleitung von der am Verladekran angeordneten Leitungstrommel entsprechend der Bewegung des Verladekrans ab- bzw. aufgerollt. Um eine besonders gut angepasste Ablage der Versorgungsleitung in verschiedenen Betriebsbereichen zu erreichen, wird dort der Auslenkwinkel des Kabels gegen die Senkrechte gemessen und zur Ansteuerung der Ab- bzw. Aufwickelbewegung der Versorgungsleitung über den Antrieb der Leitungstrommel verwendet. Der Auslenkwinkel wird hierzu über eine Pendelschwinge erfasst, die von der Versorgungsleitung ausgelenkt wird. Nachteilig bei derartigen Anordnungen ist, dass dort eine mechanische Kraftübertragung zwischen Pendelschwinge und Sensor erfolgen muss, um den Auslenkwinkel der Pendelschwinge und der Leitung zu erhalten. Diese Kraftübertragung verfälscht unter anderem auch durch ihre Trägheit vor allem bei hohen Fahrgeschwindigkeiten das Messergebnis. Zudem unterliegen diese Vorrichtungen und auch die Sensoren mechanischen Verschleißerscheinungen, beispielsweise Ausschlagen der Lager, oder temperaturabhängigen Einflüssen, beispielsweise Schwergängigkeit bei niedrigen Temperaturen oder Dehnungseffekten aufgrund von Temperaturwechseln. Zudem bauen diese Sensoren relativ groß, schränken die freie Auswahl des Einbauorts der Pendelschwinge ein und sind teuer. Da der Durchmessers der auf der Leitungstrommel aufgewickelten Leitung sich aufgrund des Auf- und Abwickeins ständig ändert, muss die Leitung vor der Ablage auf dem Boden durch eine Umlenkvorrichtung geführt werden, um ein definierte Ablage und Ablagewinkelbestimmung zu ermöglichen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Leitungstrommelanordnung und ein Verfahren zu deren Betrieb bereitzustellen, die eine einfache, genaue und von äußeren Einflüssen weitgehend unabhängige Bestimmung des Verlaufs der Leitung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Leitungstrommelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Betrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die eingangs genannte Leitungstrommelanordnung und Verfahren zum Betrieb einer Leitungstrommelanordnung sind erfindungsgemäß gekennzeichnet durch das unmittelbare berührungslose Messen des Verlaufs der abgewickelten Leitung. Unmittelbar im Sinne der Erfindung bedeutet hierbei, dass der Verlauf der Leitung direkt und ohne Zwischenschaltung vermittelnder Übertragungselement, z.B. Hebelarme, Federn o.a. ermöglicht wird. Die Leitung wird deshalb nicht durch Bauteile der Messvorrichtung zusätzlich beansprucht, wodurch die Leitung geschont und gleichzeitig das Messergebnis nicht verfälscht wird. Auch spielen mechanische Alterungserscheinungen und witterungsbedingte oder thermische Einflüsse dann keine Rolle mehr. Zusätzlich können durch das Auf- bzw. Abwickeln der Leitung bedingte Zugkräfte in der Leitung minimiert und konstant gehalten werden. Hierdurch lässt sich die Leitung schonend auf- und abwickeln, wodurch sich ihre Lebensdauer und Zuverlässigkeit erhöht. Ebenso werden durch die unmittelbare berührungslose Messung unnötige Umlenkungen der Leitung vermieden, welche ansonsten die Leitung zusätzlich beanspruchen.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann der Verlauf der Leitung in der Ablageebene der Leitungstrommel und/oder senkrecht zu dieser gemessen werden, so dass insbesondere seitliche Krafteinwirkungen, z. B. durch Seitenwind, bei der Steuerung der Leitungstrommelanordnung berücksichtigt werden können.
Unter Ablageebene ist vorliegend die Ebene zu verstehen, in welcher die Leitung von der Leitungstrommel zur Ablage auf den Boden frei herabhängt. Die Ablageebene verläuft im wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung des Verladekrans auf dem Boden und im wesentlichen lotrecht vom Boden durch den Abwickelpunkt der Leitungstrommel, wenn die Leitung ohne Führungsvorrichtungen abgewickelt wird. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Leitung im wesentlichen in der Ablageebene und einsträngig auf der Leitungstrommel gewickelt wird, die Radiusebene der Leitungstrommel also in der Ablageebene liegt. Sind Führungsvorrichtungen für die Leitung vorgesehen, so verläuft die Ablageebene anstatt durch den Abwickelpunkt durch diejenige Führungsvorrichtung, von der die Leitung frei zum Boden hängt. Dies ist vor allem bei Leitungstrommelanordnungen mit breitwickelnden Leitungstrommeln, auf denen die Leitung nebeneinander gewickelt wird, oder bei Leitungstrommeln mit nicht parallel zur Fahrtrichtung verlaufenden Radiusebenen der Fall. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann die Messung durch eine außerhalb der Ablageebene verlaufende Sensormatrix erfolgen, die eine sehr hohe Auflösung und eine genaue Erfassung des Verlaufs der Leitung ermöglicht.
Werden in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung mindestens zwei Abstände der Leitung von einer in der Ablageebene liegenden Nulllinie gemessen, so lässt sich der Ablagewinkel der Leitung und hieraus der Wickeldurchmesser der auf der Leitungstrommel befindlichen Leitung ermitteln. Hierdurch kann ein Sensor zur Bestimmung des Wickeldurchmessers eingespart werden.
Wird der Wickeldurchmesser über einen weiteren Abstandssensor gemessen oder anderweitig ermittelt, so kann anstelle des zweiten Sensors eine Führungsvorrichtung zur Führung der Leitung in einem vorgegebenen Abstand von der Nulllinie vorgesehen werden. Dies ist vor allem vorteilhaft bei Leitungstrommelanordnungen, bei denen die Leitungstrommel sehr hoch, z.B. 15 Meter über dem Boden angeordnet ist. Dort muss die Leitung zusätzlich geführt werden, um ein zu starkes Pendel und Schwingen der Leitung zwischen Leitungstrommel und Boden zu verhindern. Auch erlaubt diese Ausführung ein einfaches Nachrüsten von bereits bestehenden mit Führungsvorrichtungen versehenen Leitungstrommelanordnungen.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Leitungstrommelanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Leitungstrommelanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verlaufs einer Leitung in unterschiedlichen
Entfernungen von einer Einspeisestelle;
Fig. 4 eine Messvorrichtung mit mehreren Abstandssensoren;
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform der Messvorrichtung als Sensormatrix;
Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf eine Leitungstrommelanordnung in radialer
Richtung mit einer Messvorrichtung zur Erfassung der seitlichen Abweichungen aus der Ablageebene heraus.
Zur Versorgung eines in Fig. 1 nicht dargestellten schienengebundenen Verladekrans mit elektrischer Energie ist der Verladekran über eine Leitung 1 mit einer gegenüber dem Verladekran ortsfesten Einspeisestelle E (Fig. 3) verbunden. Zum Auf- bzw. Abwickeln der Leitung 1 ist am Verladekran eine Leitungstrommelanordnung mit einer Leitungstrommel 2 und einem Leitungstrommelantrieb angeordnet. Auf der Leitungstrommel 2 ist die Leitung 1 einsträngig aufgewickelt und wird von dort über einen Leitungstrommelantrieb entsprechend der Bewegung des Verladekrans in einer Ablageebene W auf- bzw. abgewickelt. Die Leitung 1 hängt im wesentlichen in der Ablageebene W von der Leitungstrommel 2 ohne weitere Führungs- oder Umlenkvorrichtung frei nach unten auf den Boden 3 , so dass sie von einem Abwickelpunkt 4 der Leitungstrommel 2 zum Boden 3 hin in einer sogenannten Kettenlinie 5 verläuft. Die Lage des Abwickelpunkts 4 ist abhängig vom sog. Füllgrad bzw. Durchmesser Da der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1 , welcher sich bei der vorliegenden einsträngigen Lagerung der Leitung 1 auf der Leitungstrommel 2 entsprechend mit dem Aufbzw. Abwickeln der Leitung 1 verkleinert bzw. vergrößert.
Um den Verlauf der Leitung 1 in der Ablageebene W, also in radialer Richtung der Leitung 1 und insbesondere einen Ablagewinkel alpha der Leitung 1 zu bestimmen, ist eine Messvorrichtung mit einem in Fig. 1 unteren, ersten Abstandssensor 6 mit einer Messachse 6' und einem oberen, zweiten Abstandssensor 7 mit einer Messachse T ortsfest an dem Verladekran angeordnet und mit einer zeichnerisch nicht dargestellten Steuerung für den Leitungstrommelantriebs verbunden. Die Abstandssensoren 6, 7 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel optisch wirkende Lasersensoren, bei denen ein Laserstrahl 8, 9 auf die Leitung 1 gerichtet, der reflektierte Anteil 10, 11 gemessen und aus der Laufzeit des Laserstrahls 8, 9 in an sich bekannter Weise der Abstand zwischen Abstandssensor 6, 7 und Leitung 1 bzw. einer Nulllinie y bestimmt wird. Die Abstandssensoren 6, 7 berühren die Leitung 1 nicht, benötigen also keine mit der Leitung 1 in Verbindung stehenden Übertragungselement, z.B. Hebelarme o.a., so dass eine berührungslose und unmittelbare Erfassung des Verlaufs der Leitung 1 möglich ist.
Um die Reflexion des im wesentlichen punktförmigen Laserstrahls 8, 9 zu den Abstandssensoren 6, 7 sicherzustellen, sind Führungsschienen 12, 13 vorgesehen, die die seitliche Auslenkung der Leitung 1 senkrecht zur Ablageebene W begrenzen. Unter normalen Betriebsbedingungen sind die Führungsschienen 12, 13 nicht notwendig, aber für den Fall seitlicher Krafteinwirkung auf die Leitung 1, z.B. durch starken Seitenwind oder eine Verschiebung der auf dem Boden abgelegten Leitung 1 durch unsaubere Ablage oder äußere Einwirkungen, kann hierdurch eine definierte Führung der Leitung 1 in der Ablageebene W erreicht werden. Um eine Beschädigung des in Fig. 1 unteren ersten Abstandssensors 6 und ein Ausfädeln der Leitung 1 aus den Führungsschienen 12, 13 zu verhindern, sind an den Enden der unteren Führungsschiene 12 Begrenzungsrollen 14, 15 vorgesehen.
Die Messachsen 6', 7' der Abstandssensoren 6, 7 verlaufen in Fig. 1 in der Ablageebene W parallel zum Boden 3 und im Abstand Hl zueinander, wobei die Messachse 6' des unteren Abstandssensors 6 im Abstand H2 zu einer Parallelen durch die Drehachse D der Leitungstrommel 2 verläuft. In der in Fig. 1 horizontalen Richtung sind die beiden Abstandssensoren 6, 7 in gleichem Abstand L von der Drehachse D der Leitungstrommel 2 angeordnet. Geraden x und y spannen ein gedachtes kartesisches x-y-Koordinatensystem in der Ablageebene W auf, dessen Nullpunkt am Schnittpunkt der beiden Geraden x und y liegt. Die y- Geraden bzw. -Achse dient hierbei als Nulllinie N für die Abstandsmessung der Leitung 1 in der Ablageebene W. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Leitung 1 und der Leitungstrommel 2 verläuft die Leitung 1 in streng mathematischem Sinn nicht vollständig in der Ablageebene W, sondern wird von dieser geschnitten. Vorliegend ist der Verlauf der Leitung 1 in der Ablageebene W als Projektion der Leitung 1 auf die Ablageebene W zu sehen.
Beim Verfahren des Verladekrans soll möglichst nur soviel Leitung 1 auf- bzw. abgewickelt werden, dass möglichst keine oder nur geringe Kräfte in die Leitung 1 eingebracht werden, z.B. Zugkräfte bei Ausgabe von zu wenig Leitung 1. Auch sollen die eingebrachten Kräfte möglichst wenig schwanken. Dies bedeutet, dass der Ablagewinkel alpha in Bereichen entfernt der Einspeisestelle E konstant bleiben soll. Der Ablagewinkel alpha wird anhand der von den Abstandssensoren 6, 7 gemessenen Abstände Ll bzw. L2 der Leitung 1 bezüglich der x-Achse gemäß der trigonometrischen Gleichung
tan alpha = (L2 - Ll) / Hl
in der Steuerung der Leitungstrommelanordnung berechnet. Um beispielsweise einen konstanten Ablagewinkel alpha sicherzustellen, muss die der Verfahrgeschwindigkeit des Verladekrans entsprechende Leitungslänge auf- bzw. abgewickelt werden, die in der Steuerung anhand der bekannten Verfahrgeschwindigkeit des Verladekrans berechnet wird. Um die für die Ablage der geforderten Leitungslänge notwendige Drehgeschwindigkeit bzw. Drehmoment des Leitungstrommelantriebs zu berechnen, muss der sich beim Verfahren ständig ändernde Durchmesser Da der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1 gemessen oder berechnet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Steuerung anhand des Ablagewinkels alpha den Durchmesser Da der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1 anhand der Gleichung
Da = 2 ( L - Ll - H2 tan alpha)
Fällt die Leitung 1 senkrecht nach unten, wie in Fig. 3 links gezeigt, also an bzw. in der Nähe der Einspeisestelle E, so reicht für die Berechnung des Durchmessers Da die Bestimmung des Abstands Ll bzw. des dann hierzu identischen Abstands L2 aus.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung der Erfindung kann durch die Verwendung zweier Abstandssensoren 6, 7 der Ablagewinkel alpha der Leitung 1 und der Durchmesser Da der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1 einfach und ohne Beeinflussung der Leitung 1 bestimmt werden. Insbesondere kann auf einen Sensor zur Bestimmung des Durchmessers Da der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1 verzichtet werden. Es kann somit die Leitungstrommel 2 so durch den Leitungstrommelantrieb angesteuert werden, dass ein gleichmäßiger und minimaler Leitungszug ohne Zwangsführung der Leitung 1 sichergestellt wird. Die in Fig. 2 gezeigte Ausführung der Erfindung unterscheidet sich von der der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass die Leitung 1 von der Leitungstrommel 2 kommend durch eine Führungseinrichtung 16 geführt und der in Fig. 1 obere Abstandssensor 7 weggelassen ist. Gleiche Teile werden deshalb mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gekennzeichnet.
Die Führungseinrichtung 16 ist ortsfest so am Verladekran angeordnet, dass die von der Leitungstrommel 2 kommende Leitung 1 im Abstand Hl in y- Richtung von der Messachse 6' des unteren ersten Abstandssensors 6 und im Abstand L2 in x-Richtung von der Nulllinie y definiert geführt wird. Die Ablageebene W verläuft gemäß obiger Definition durch die Führungseinrichtung 16 und, in dieser Ausführung, in der Radiusebene der Leitungstrommel 2. In einer alternativen Ausführung könnte die Radiusebene der Leitungstrommel 2 aber auch quer oder schief zur Ablageebene W verlaufen.
Der Ablagewinkel alpha wird anhand der gleichen mathematischen bzw. trigonometrischen Zusammenhänge wie bei der Ausführung in Fig. 1 berechnet, wobei der Abstand L2 hier stets konstant ist, da auf den in Fig. 1 oberen Abstandssensor 7 verzichtet wurde.
Ein weiterer, dritter Abstandssensor 17 ist in Höhe der Drehachse D der Leitungstrommel 2 im Abstand L zu jener am Verladekran angeordnet und misst den Abstand L3 zu der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1. Anhand dieser Abstandsmessung kann der Durchmesser Da der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1 mittels der Gleichung
Da = 2 ( L - L3)
in der Steuerung berechnet werden. Alternativ kann der Durchmesser Da auch durch die Steuerung anhand der Anlagendaten sowie der Auf- bzw. Abwickelvorgänge der Leitungstrommel 2 intern berechnet werden, so dass der in Fig. 2 gezeigte weitere Abstandssensor 17 weggelassen werden kann.
Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungen sind der an sich kettenlinienförmige Verlauf der Leitung 1 zwischen Leitungstrommel 2 und Boden 3 durch den Ablagewinkel alpha angenähert, der dann für die Steuerung des Leitungstrommelantriebs verwendet wird. Hierbei wird vorausgesetzt, dass der Verlauf der Leitung 1 zwischen dem dort unteren Abstandssensor 6 und dem in Fig. 1 oberen zweiten Abstandssensor 7 bzw. der Führungseinrichtung 16 in Fig. 2 im wesentlichen linear verläuft. Diese Annahme ist vor allem an oder in der Nähe der in Fig. 3 gezeigten Speisestelle zutreffend. Wie in Fig. 3 rechts zu erkennen, verläuft die Leitung 1 an weiter von der Speisestelle entfernten Stellen stärker entsprechend der Kettenlinie gekrümmt, so dass der Ablagewinkel alpha den Verlauf der Leitung 1 unter Umständen nicht mehr genau genug abbildet. Dies kann der Fall sein, wenn die Messvorrichtung in Bodennähe im Bereich des stärker gekrümmten Teils der Leitung 1 angeordnet ist .
Um den Verlauf der Leitung 1 auch in diesen Fällen möglichst genau abbilden zu können, werden bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung eine Anzahl n von Abstandssensoren verwendet, die entsprechend der Abstandssensoren 6, 7 nach Fig. 1 angeordnet und mit der Steuerung des Leitungstrommelantriebs verbunden sind. Jeweils zwei benachbarte Abstandssensoren 6, 7, ... , (n-1), n messen je einen Winkel der Leitung 1 zwischen den beiden Abstandssensoren, z.B. den Winkel alphal zwischen dem ersten 6 und zweiten 7 Abstandssensor, den Winkel alpha2 zwischen dem zweiten 7 und einem dritten 18 Abstandssensor, bis zu dem Winkel alphan zwischen dem (n-l)-ten und dem n-ten Abstandssensor. Durch eine Anzahl von n Abstandssensoren können somit (n-1) Winkel bestimmt werden. Diese einzelnen Winkel können dann mit in der Steuerung vorgegebenen Soll- Winkeln verglichen werden. Diese vorgegebenen So 11- Winkel bilden den gewünschten optimalen Soll-Verlauf der Leitung 1 in Abhängigkeit von weiteren Parametern, wie z.B. Verfahrgeschwindigkeit des Verladekrans, Drehgeschwindigkeit der Leitungstrommel, Durchmesser Da der auf der Leitungstrommel 2 befindlichen Leitung 1 , ab und können für verschiedene Anwendungsfälle vorab berechnet und in der Steuerung abgespeichert oder auch aktuell in der Steuerung berechnet werden. Abhängig von den Unterschieden zwischen den Soll- Winkeln und den mittels der Abstandssensoren ermittelten Winkeln kann dann die Wickelgeschwindigkeit bzw. das Wickelmoment der Leitungstrommel 2 von der Steuerung entsprechend angepasst werden.
Ebenso kann Verlauf der Leitung 1 auch von der Seite flächenmäßig erfasst werden, beispielsweise über eine Messvorrichtung in Form einer in Fig. 5 gezeigten Sensormatrix 19 mit einer Vielzahl von Sensoren oder Sensorbändern 20, beispielsweise Lichtschranken oder CCD-Messfelder, die auf beiden Seiten der Leitung 1 im wesentlichen parallel zur Ablageebene W angeordnet sind. Ebenfalls können als Sensoren eine oder mehrere Digitalkameras verwendet werden, die einen entsprechenden Auslenkbereich der Leitung 1 in der Ablageebene W aufnehmen können. Bei entsprechender Anzahl von Sensoren und somit entsprechender Auflösung kann hiermit der Verlauf der Leitung 1 analog zu dem unter der Fig. 4 beschriebenen Verfahren sehr genau nachgebildet werden, so dass bereits geringe Abweichungen des tatsächlichen Verlaufs der Leitung 1 von dem gewünschten Soll- Verlauf der Leitung 1 schnell durch die Steuerung korrigiert werden könnten.
Werden statt den in Fig. 1 bis 2 und 4 gezeigten punktförmigen Laser-Abstandssensoren flächig wirkende Abstandssensoren verwendet, so können die Führungsschienen 12, 13 vollständig weggelassen werden, da diese Abstandssensoren die Leitung 1 über ihren gesamten Durchmesser erfassen können. Zusätzlich ermöglichen derartige Abstandssensoren auch die Erfassung von seitlichen Abweichungen der Leitung 1 , wie sie beispielsweise durch Seitenwind verursacht werden. Diese Abweichungen können dann bei der Festlegung der Wickelgeschwindigkeit bzw. des Wickelmoments der Leitungstrommel 2 in der Steuerung des Leitungstrommelantriebs berücksichtigt werden.
Ein Beispiel für einen flächig wirkenden Abstandssensor 21 zeigt Fig. 6, welche eine schematische Draufsicht auf eine Leitungstrommelanordnung in radialer Richtung zeigt. Ohne zusätzliche Seitenkräfte verläuft die von der Leitungstrommel 2 kommende Leitung 1 zum Boden 3 hin in der Ablageebene W wie durch die durchgezogenen Linie 22 angedeutet. Treten jedoch von der in Fig. 6 rechten Seite zusätzliche Seitenkräfte auf, z.B. durch starken Seitenwind, so werden zusätzliche Kräfte in die Leitung 1 eingeleitet und die Leitung 1 in den durch eine unterbrochene Linie 23 gezeigten Verlauf verschoben. Da sich die Lage der Leitung 1 von der Seite besehen aber hierdurch nicht ändert, können die Abstandssensoren nach den Fig. 1 bis 2 und 4 bis 5 diese zusätzlichen Kräfte nicht erkennen, so dass die Steuerung die zusätzlichen Kräfte nicht durch Anpassung der Wickelgeschwindigkeit bzw. des Wickelmoments ausgleichen kann. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführung kann der flächig wirkende Abstandssensor 21 die seitliche Abweichung Z aus der Nulllinie y jedoch erfassen. Die Abweichung Z kann dann in der Steuerung mit weiteren Parametern, z.B. (Leitungsdurchmesser, Leitungsgewicht, Höhe H des Sensors) zur Anpassung der Wickelgeschwindigkeit bzw. des Wickelmoments verwendet werden, um die zusätzlich eingeleiteten Kräfte auszugleichen. Hierdurch kann der räumliche Verlauf der Leitung 1 dreidimensional nachgebildet werden. Alternativ zu den oben genannten und auf Laser basierenden Abstandssensoren oder den optischen flächig wirkenden Sensoren können auch auf anderen physikalischen Prinzipien basierende Sensoren verwendet werden, beispielsweise Licht-, Infrarot- oder Ultraschallsensoren, Digitalkameras oder kapazitive bzw. induktive Sensoren. So können aufgrund der in der Leitung 1 vorhandenen elektrisch leitfähigen Materialien bei seitlich der Ablageebene W angebrachter Sensoren 19 nach Fig. 5 kapazitive und/oder induktive Sensortypen vorteilhaft eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Leitungstrommelanordnung zum Auf- und Abwickeln einer Leitung (1) von einer Leitungstrommel (2), mit einer Messvorrichtung (6, 7; 6, 16; 19; 21) zum Erfassen des Verlaufs der von der Leitungstrommel (2) abgewickelten Leitung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (6, 7; 6, 16; 19; 21) zum unmittelbaren berührungslosen Messen des Verlaufs der abgewickelten Leitung (1) eingerichtet ist.
2. Leitungstrommelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (6, 7; 6, 16; 19; 21) zum Messen des Verlaufs der abgewickelten Leitung (1) in einer Ablageebene (W) der Leitungstrommel (2) und/oder in einer zur Ablageebene (W) senkrechten Richtung (z) eingerichtet ist.
3. Leitungstrommelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung mindestens eine außerhalb der Ablageebene (W) verlaufende Sensormatrix (19) zum Messen des Verlaufs der abgewickelten Leitung (1) in der Ablageebene (W) aufweist.
4. Leitungstrommelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung einen in der Ablageebene (W) angeordneten ersten Abstandssensor (6) zum Messen eines ersten Abstandes (Ll) der Leitung (1) senkrecht zu einer in der Ablageebene (W) liegenden Nulllinie (y) aufweist.
5. Leitungstrommelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung mindestens einen in der Ablageebene (W) angeordneten und vom ersten Abstandssensor (6) in vertikalem Abstand (Hl) angeordneten zweiten Abstandssensor (7) zum Messen eines zweiten Abstandes (L2) der Leitung (1) senkrecht zu der Nulllinie (y) aufweist.
6. Leitungstrommelanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer, in vertikalem Abstand (H2) vom ersten Abstandssensor (6) angeordneter Abstandssensor (17) zum Messen eines Abstands (L3) zwischen einem Abwickelpunkt (4) der auf der Leitungstrommel (2) aufgewickelten Leitung (1) und der Nulllinie (y) vorgesehen ist.
7. Leitungstrommelanordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsvorrichtung (16) zur Führung der Leitung (1) in einem vorgegebenen Abstand (L2) von der Nulllinie (y) zwischen Leitungstrommel (2) und erstem (6) oder zweitem (7) Abstandssensor vorgesehen ist.
8. Verfahren zum Betrieb einer Leitungstrommelanordnung mit einer Steuerung, einem Leitungstrommelantrieb und einer Messvorrichtung (6, 7; 6, 16; 19; 21) zum Erfassen eines Verlaufs der von der Leitungstrommel (2) abgewickelten Leitung (1), wobei die Steuerung den gemessenen Verlauf mit einem vorgegebenen Soll- Verlauf der abgewickelten Leitung (1) vergleicht und hieraus ein Steuersignal für den Leitungstrommelantrieb ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der abgewickelten Leitung (1) unmittelbar und berührungslos gemessen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Verlauf der abgewickelten Leitung (1) mit einem in der Steuerung in Echtzeit berechneten und/oder gespeicherten So 11- Verlauf der abgewickelten Leitung (1) verglichen wird und Abweichungen zwischen diesen Verläufen von der Steuerung zur Anpassung der Drehgeschwindigkeit und/oder des Drehmoments des Leitungstrommelantriebs verwendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Leitung (1) flächenförmig gemessen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der abgewickelten Leitung (1) in einer Ablageebene (W) der Leitungstrommel und/oder in einer zur Ablageebene (W) senkrechten Richtung (z) gemessen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ablageebene (W) ein erster Abstand (Ll) der Leitung (1) senkrecht zu einer in der Ablageebene (W) liegenden Nulllinie (y) gemessen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in vertikalem Abstand (Hl) vom ersten Abstand (Ll) mindestens ein zweiter Abstand (L2) der Leitung (1) senkrecht zu der in der Ablageebene (W) liegenden Nulllinie (y) gemessen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ablageebene (W) ein weiterer Abstand (L3) zwischen einem Abwickelpunkt (4) der auf der Leitungstrommel (2) aufgewickelten Leitung (1) und der Nulllinie (y) gemessen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem gemessenen Verlauf der Leitung (1) mindestens ein Ablagewinkel der Leitung (1) und/oder der Durchmesser (Da) der auf der Leitung befindlichen Leitung (1) bestimmt wird.
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