EP1360386A1 - Vorrichtung zur betätigung des knickmasts eines grossmanipulators sowie grossmanipulator mit einer solchen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur betätigung des knickmasts eines grossmanipulators sowie grossmanipulator mit einer solchen vorrichtung

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EP1360386A1
EP1360386A1 EP02711798A EP02711798A EP1360386A1 EP 1360386 A1 EP1360386 A1 EP 1360386A1 EP 02711798 A EP02711798 A EP 02711798A EP 02711798 A EP02711798 A EP 02711798A EP 1360386 A1 EP1360386 A1 EP 1360386A1
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EP
European Patent Office
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mast
safety
responds
control
routine
Prior art date
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EP02711798A
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English (en)
French (fr)
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EP1360386B1 (de
Inventor
Kurt Rau
Hartmut Benckert
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Putzmeister Engineering GmbH
Original Assignee
Putzmeister AG
Putzmeister Werk Maschinenfabrik GmbH
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Publication date
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    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/18Control systems or devices
    • B66C13/40Applications of devices for transmitting control pulses; Applications of remote control devices
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04GSCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04Devices for both conveying and distributing
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04G21/0418Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0436Devices for both conveying and distributing with distribution hose on a mobile support, e.g. truck
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04G21/0418Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0445Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0463Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution

Definitions

  • the invention relates to a device for actuating an articulated mast articulated on a mast bracket, in particular a concrete placing boom, which has at least two mast arms which can be pivoted to a limited extent about horizontal, mutually parallel articulated axes relative to the mast bracket or an adjacent mast arm by means of a preferably hydraulically actuated drive unit , with a preferably remotely controllable control device comprising a position controller for the mast movement with the aid of actuators assigned to the individual drive units and with sensors assigned to the individual mast arms, articulated axes and / or drive axes for position or angle measurement for the position control.
  • the invention further relates to a large manipulator, in particular for concrete pumps, with an articulated mast articulated on a mast bracket and with a device for actuating it of the type specified at the beginning.
  • Truck-mounted concrete pumps are usually operated by an operator who, via the remote control device, is responsible for both pump control and the positioning of the end hose located at the top of the articulated mast.
  • the operator has to actuate several rotational degrees of freedom of the articulated mast via the associated drive units while moving the articulated mast in the non-structured three-dimensional work space while observing the construction site boundary conditions.
  • an actuating device has already been proposed (DE-A-4306127), in which the redundant articulated axes of the articulated mast in any rotational position of the mast bracket, regardless of its axis of rotation, with a single actuating operation of the remote tax body can be controlled together.
  • the articulated mast executes a stretching and shortening movement that is clear to the operator, whereby the height of the mast tip can also be kept constant.
  • the control device there has a computer-assisted coordinate transformer for the drive units which can be controlled via the remote control element and via which the drive units of the articulated axes in one main operating direction of the remote control element independently of the drive unit of the axis of rotation of the mast bracket by executing a stretching and shortening movement of the articulated mast can be actuated at a predetermined height of the mast tip.
  • the drive unit of the axis of rotation of the mast bracket can be actuated independently of the drive units of the articulated axes by rotating the articulated mast, while in a third main operating direction the drive units of the articulated axes are independent of the drive unit of the rotary axis by executing a lifting and lowering movement of the mast top are operable.
  • the basic requirement for such an actuation of the articulated mast is a position control, which includes, among other things, a sensor system assigned to the individual mast arms, articulated axes and / or drive units for measuring distance or angle.
  • the object of the invention is to provide the actuating device for large manipulators of the type specified at the beginning. to improve in such a way that safety monitoring independent of the operator is possible.
  • the control device has a safety routine, which responds to output data from the sensors, for controlling the actuators in accordance with specified safety criteria.
  • the safety routine has at least one evaluation part for emitting an acoustic or optical warning signal which indicates to the operator that an error has occurred.
  • each drive unit has a double-acting hydraulic cylinder
  • the hydraulic cylinders can be pressurized with pressure oil via a proportional change-over valve each forming the associated actuator, and the proportional change-over valves are supplied with pressure oil via a common feed line proposed that a feed valve controllable via the safety routine be arranged in the feed line.
  • a feed valve controllable via the safety routine be arranged in the feed line.
  • the feed valve can have an additional function. examples for example, it can be designed within the system as an alternating service valve for the optional feeding of the mast arm valves and support leg valves.
  • the security routine can advantageously include various evaluation parts, individually or in combination
  • pressure sensors can be arranged on the bottom and rod ends of the drive units designed as hydraulic cylinders, and the safety routine can include an evaluation part that responds to the output data of the pressure sensors.
  • the invention further relates to a large manipulator with the features of a mast actuation device with a safety device.
  • the measures according to the invention can also be defined in terms of the method in such a way that for the safety monitoring of an articulated mast in a large manipulator, in which the mast arms of the articulated mast are by means of one drive unit each can be pivoted relative to one another and the relative position of the mast arms with respect to the mast bracket or an adjacent mast arm for position control is constantly measured, the position measurement values of the mast arms are used to control the actuators in accordance with a deviation from specified safety limit values. In particular, a warning signal can be triggered when the safety limit values are exceeded. If the drive units for the mast arms are hydraulically controlled by means of pressure oil, it has proven to be particularly advantageous that the pressure oil supply of the drive units is switched off or on in the event of a deviation from the specified safety limit values.
  • Fig. 1 is a side view of a truck-mounted concrete pump with a folded mast
  • FIG. 2 shows the truck-mounted concrete pump according to FIG. 1 with an articulated mast in the working position
  • FIG. 3 shows a diagram of a device for actuating the articulated mast with safety monitoring
  • Fig. 4 is a flowchart of an axis-related safety routine.
  • the truck-mounted concrete pump 10 comprises a transport vehicle 11, a thick matter pump 12 designed, for example, as a two-cylinder piston pump, and a concrete placing boom 14 which can be rotated about a vehicle-mounted vertical axis 13 as a carrier for a concrete delivery line 16. Liquid concrete that flows into a feed container 17 during concreting is transferred via the concrete delivery line 16 is continuously introduced, is conveyed to a concreting point 18 which is arranged away from the location of the vehicle 11.
  • the placing boom 14 consists of a mast bracket 21 which can be rotated about the vertical axis 13 by means of a hydraulic rotary drive 19 and an articulated mast 22 which can be pivoted thereon and which can be continuously adjusted to a variable range r and height difference h between the vehicle 11 and the concreting point 18.
  • the articulated mast 22 consists of five articulated mast arms 23 to 27 which can be pivoted about axes 28 to 32 running parallel to one another and at right angles to the vertical axis 13 of the mast bracket 21.
  • the operator controls the mast movement by means of a wireless remote control device 50, through which the mast tip 33 with the end hose 43 is guided over the area to be concreted.
  • the end hose 43 has a typical length of 3 to 4 m and, due to its articulated suspension in the area of the mast tip 33 and because of its inherent flexibility, can be held by a hose man in a favorable position with respect to the concreting point 18 with its outlet end.
  • the remote control device 50 contains a remote control element 60 which is designed as a control lever and which can be adjusted back and forth in three main setting directions by emitting control signals 64.
  • the control signals are transmitted via a radio link 68 to the vehicle-mounted radio receiver 70, which is connected on the output side to a microcontroller 74 via a bus system 72, for example a CAN bus.
  • the microcontroller 74 contains software modules 76, 77, via which the control signals 64 received by the remote control device 50 are interpreted, transformed and converted into actuation signals for the drive units 34 to 36 via a position controller 92 and a downstream signal generator 94.
  • the actuation of the drive units 34 to 36 takes place via the actuators 80 to 84 designed as proportional changeover valves, which are connected with their output lines 86, 87 on the bottom and rod side to the drive units 34 to 38 designed as double-acting hydraulic cylinders.
  • the drive unit 19 for the mast bracket 21 is designed as a hydraulic rotary drive, which is controlled via the actuator 85.
  • Downstream of the interpolator routine 76 is a software module designed as a coordinate transformer 77, the main task of which is to transform the incoming control signals interpreted as cylinder coordinates ⁇ , r, h into angle signals ⁇ , Ei at the rotary and articulated axes 13, 28 to 13 at predetermined time intervals 32, wherein the drive units of the redundant articulated axes 28 to 32 of the articulated mast 22 can each be actuated in accordance with a predetermined travel-swivel characteristic.
  • Each articulation axis 28 to 32 is controlled by software within the coordinate transformer 77 in such a way that the articulation joints move harmoniously with one another as a function of distance and time.
  • the control of the redundant degrees of freedom of the articulated joints is thus carried out according to a pre-programmed strategy, with which the self-collisions with neighboring mast arms 23 to 27 in the movement sequence can also be excluded.
  • correction data stored in files can also be used to compensate for a load-dependent deformation.
  • the angle changes calculated in this way in the coordinate transformer 77 are compared in the position controller 92 with the actual values determined via the angle transmitter 96 and converted into actuation signals U ⁇ for the drive units 19, 34 to 38 via the signal transmitter 94.
  • the individual drive units 19, 34 to 36 can also be operated directly via the control elements 60 and the associated actuators 66 to 76 can be controlled.
  • a special feature of the arrangement shown in FIG. 3 is that the microcontroller 74 of the control device has an evaluation and safety routine 100 responsive to output data from the sensors 96 for controlling the actuators 80 to 84 designed as proportional changeover valves in accordance with specified safety criteria. The actuators are acted upon by a pump 102 and a feed line 104 with pressure oil.
  • a feed valve 106 which can be switched off and which can be designed, for example, as a two-way operating valve, via which the support leg hydraulics of the truck-mounted concrete pump 10 are optionally also supplied.
  • an emergency stop button 108 In the area of the feed valve 106 there is an emergency stop button 108, via which the operator can interrupt the supply of pressure oil via the feed line 104 in an emergency.
  • the evaluation and safety routine 100 also acts on the feed valve 106 via the signal lines 110, 112.
  • an acoustic or optical signal device 114 can be activated via the safety routine.
  • the measurement data of the angle transmitter 96 which is also used in the position controller 92, is evaluated on the basis of defined safety criteria and converted into control signals for the feed valve 106, the warning signal transmitter 114 and the signal transmitter 94 for controlling the actuators 80 to 84.
  • the safety monitoring in the evaluation and safety routine 100 is axis-related. This is explained by way of example using a flowchart for the monitoring logic of an articulation axis shown in FIG. 4.
  • the safety routine 100 'according to FIG. 4 contains evaluation parts (safety criteria) for the following variables: Input variables (comparison variables)
  • V ⁇ ( ⁇ (t) - ⁇ (t- ⁇ t)) / ⁇ t
  • V.- ( ⁇ (t) - ⁇ (t- ⁇ t)) / ⁇ t
  • V ⁇ g adjustable limit value for this
  • Defect warning sensor / actuator RA internal control error cell (control deviation limit for ⁇ g or V ⁇ g exceeded).
  • the axis-related safety routine 100 ' is run through in real time at predetermined time intervals. In the main branch, the operating state of the feed valve SV, the state of the fault cell RA and the driving specifications F ⁇ are checked one after the other. If no impermissible deviation of the angular velocity V ⁇ and the control deviation ⁇ from the respective limit value is found in the main branch, the system can be controlled so that there is no error message (no reaction).
  • the left branch of the safety routine 100 ' is primarily run through in the stationary state, for example when concrete is being spread without moving the articulated mast.
  • Corresponding safety routines are run in real time for all axes of the system.
  • the invention relates to a device for the safety monitoring of an articulated mast 22 in a large manipulator, in which the mast arms 23 to 27 of the articulated mast 22 can be pivoted relative to one another by means of a drive unit 34 to 38, the relative position of the mast arms in is measured with respect to the respectively adjacent mast arm or mast bracket 21 for the position control.
  • the measured position values ⁇ of the mast arms are used in accordance with a deviation from specified safety limit values for safety control of the drive units 34 to 38 or their actuators 80 to 84.

Abstract

Vorrichtung zur Sicherheitsüberwachung eines Knickmasts (22) in einem Grossmanipulator, bei welchem die Mastarme (23 bis 27) des Knickmasts mittels je eines Antriebsaggregats (34 bis 38) relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei die relative Lage der Mastarme in bezug auf den jeweils benachbarten Mastarm oder Mastbock (21) für die Lageregelung gemessen wird. Erfindungsgemäss werden die Lagemesswerte (ei) der Mastarme nach Massgabe einer Abweichung von vorgegebenen Sicherheitsgrenzwerten zur Sicherheitsansteuerung der Antriebsaggregate (34 bis 38) bzw. deren Stellglieder (80 bis 84) verwendet. (Fig. 3)

Description

Vorrichtung zur Betätigung des Knickmasts eines Großmanipulators sowie Großmanipulator mit einer solchen Vorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines an einem Mastbock angelenkten Knickmasts, insbesondere eines Betonverteilermasts, welcher Knickmast mindestens zwei Mastarme aufweist, die um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen gegenüber dem Mastbock oder einem benachbarten Mastarm mittels je eines vorzugsweise hydraulisch betätigbaren Antriebsaggregats begrenzt verschwenkbar sind, mit einer vorzugsweise fernbedienbaren, einen Lageregler umfassenden Steuereinrichtung für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten zugeordneten Stellgliedern und mit den einzelnen Mastarmen, Knickachsen und/oder Antriebsachsen zugeordneten Sensoren zur Weg- oder Winkelmessung für die Lageregelung. Weiter betrifft die Erfindung einen Großmanipulator insbesondere für Betonpumpen mit einem an einem Mastbock angelenkten Knickmast und mit einer Vorrichtung zu dessen Betätigung der eingangs angegebenen Art.
Autobetonpumpen werden üblicherweise durch einen Bediener betätigt, der über das Fernsteuergerät sowohl für die Pumpensteuerung als auch für die Positionierung des an der Spitze des Knickmasts angeordneten End- schlauchs verantwortlich ist. Der Bediener hat dazu mehrere rotatorische Freiheitsgrade des Knickmasts über die zugehörigen Antriebsaggregate unter Bewegung des Knickmasts im nichtstrukturierten dreidimensionalen Arbeitsraum bei Beachtung der Baustellenrandbedingungen zu betätigen. Um die Handhabungen in dieser Hinsicht zu erleichtern, wurde bereits eine Betätigungsvorrichtung vorgeschlagen (DE-A-4306127), bei der die redundan- ten Knickachsen des Knickmasts in jeder Drehlage des Mastbocks unabhängig von dessen Drehachse mit einem einzigen Stellvorgang des Fern- steuerorgans gemeinsam angesteuert werden. Dabei führt der Knickmast eine für den Bediener anschauliche Streck- und Verkürzungsbewegung aus, wobei die Höhe der Mastspitze zusätzlich konstant gehalten werden kann. Um dies zu ermöglichen, weist dort die Steuereinrichtung einen über das Fernsteuerorgan ansteuerbaren, rechnerunterstützten Koordinatentransformator für die Antriebsaggregate auf, über den in der einen Hauptstellrichtung des Fernsteuerorgans die Antriebsaggregate der Knickachsen unabhängig vom Antriebsaggregat der Drehachse des Mastbocks unter Ausführung einer Streck- und Verkürzungsbewegung des Knickmasts bei vorgegebener Höhe der Mastspitze betätigbar sind. In einer anderen Hauptstellrichtung des Fernsteuerorgans ist das Antriebsaggregat der Drehachse des Mastbocks unabhängig von den Antriebsaggregaten der Knickachsen unter Ausführung einer Drehbewegung des Knickmasts betätigbar, während in einer dritten Hauptstellrichtung die Antriebsaggregate der Knickachsen unabhängig vom Antriebsaggregat der Drehachse unter Ausführung einer Hub- und Senkbewegung der Mastspitze betätigbar sind. Grundvoraussetzung für eine solche Betätigung des Knickmasts ist eine Lageregelung, zu der u.a. eine den einzelnen Mastarmen, Knickachsen und/oder Antriebsaggregaten zugeordnete Sensorik zur Weg- oder Winkelmessung gehört. Da Störungen in techni- sehen Systemen dieser Art, die sowohl mechanische, als auch elektronische und hydraulische Komponenten umfassen, nicht vollständig auszuschließen sind, bedarf es einer Sicherheitsüberwachung, die den Bediener warnt und in den Funktionsablauf sichernd eingreift. Dabei ist es notwendig, die auftretenden Fehler sensorisch zu erkennen und zu bewerten mit dem Ziel, den Fehler zumindest zeitweilig zu beheben und ungewollte Fehlerfolgen und Schäden zu vermeiden. Eine Abschaltung von Mast- und Pumpfunktionen war bisher nur über einen Not-Aus-Schalter möglich, der vom Bediener zu betätigen ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Betätigungsvorrichtung für Großmanipulatoren der eingangs angegebenen Art da- hingehend zu verbessern, daß eine vom Bediener unabhängige Sicherheitsüberwachung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 , 11 und 21 an- gegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus, daß die ohne- hin für die Lageregelung vorhandenen Sensoren für die Weg- oder Winkelmessung unter zusätzlicher Berücksichtigung der beim Auftreten bestimmter Fehler zu berücksichtigenden Kriterien eine automatische Sicherheitsüberwachung ermöglichen. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung eine auf Ausgangsdaten der Senso- ren ansprechende Sicherheitsroutine zur Ansteuerung der Stellglieder nach Maßgabe vorgegebener Sicherheitskriterien aufweist. Ein besonders wichtiger Teil der Steuereinrichtung besteht darin, daß die Sicherheitsroutine mindestens einen Auswerteteil zur Abgabe eines akustischen oder optischen Warnsignals aufweist, das den Bediener auf einen aufgetretenen Fehler hinweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher jedes Antriebsaggregat einen doppeltwirkenden Hydrozylinder aufweist, die Hydro- zylinder über je ein das zugehörige Stellglied bildendes Proportionalwech- selventil mit Drucköl beaufschlagbar sind und die Proportionalwechselventile über eine gemeinsame Speiseleitung mit Drucköl gespeist werden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß in der Speiseleitung ein über die Sicherheitsroutine ansteuerbares Speiseventil angeordnet ist. Je nach Zustand des Speiseventils beim Auftreten des Fehlers kann dieses aufgrund der ei- ner Bewertung zugrundeliegenden Sicherheitskriterien zu- oder abgeschaltet werden. Dem Speiseventil kann dabei eine Zusatzfunktion zukommen. Bei- spielsweise kann es innerhalb des Systems als Wechselbetriebsventil zur wahlweisen Speisung der Mastarmventile und von Stützbeinventilen ausgebildet seien.
Vorteilhafterweise kann die Sicherheitsroutine verschiedene Auswerteteile umfassen, die einzeln oder in Kombination
- auf den Einschaltzustand des Speiseventils,
- auf das Vorhandensein oder NichtVorhandensein von Fahrvorgaben über die Fernbedienung,
- auf weg- oder winkelbezogene Regelabweichungen, die größer sind als vorgegebene Grenzwerte,
- auf die Geschwindigkeit von weg- oder winkelbezogenen Regelabweichungen, die größer sind als vorgegebene Grenzwerte, - auf Winkelgeschwindigkeiten, die größer sind als vorgegebene Grenzwerte
ansprechen.
Weiter können an den bodenseitigen und stangenseitigen Enden der als Hy- drozylinder ausgebildeten Antriebsaggregate Drucksensoren angeordnet werden, wobei die Sicherheitsroutine einen auf die Ausgangsdaten der Drucksensoren ansprechenden Auswerteteil umfassen kann.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Großmanipulator mit den vorstehend angegebenen Merkmalen einer Mastbetätigungsvorrichtung mit Sicherheitseinrichtung.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich auch verfahrensmäßig da- hingehend definieren, daß zur Sicherheitsüberwachung eines Knickmasts in einem Großmanipulator, bei welchem die Mastarme des Knickmasts mittels je eines Antriebsaggregats relativ zueinander verschwenkbar sind und die relative Lage der Mastarme in bezug auf den Mastbock oder einen benachbarten Mastarm für die Lageregelung ständig gemessen wird, die Lagemeßwerte der Mastarme nach Maßgabe einer Abweichung von vorgegebenen Sicherheitsgrenzwerten zur Sicherheitsansteuerung der Stellglieder verwendet werden. Insbesondere kann beim Überschreiten der Sicherheitsgrenzwerte ein Warnsignal ausgelöst werden. Wenn die Antriebsaggregate für die Mastarme mittels Drucköl hydraulisch angesteuert werden, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß bei einer Abweichung von den vorgege- benen Sicherheitsgrenzwerten die Druckölspeisung der Antriebsaggregate ab- oder zugeschaltet wird. Insbesondere wird im stationären Betrieb bei abgeschalteter Druckölspeisung die Druckölspeisung und damit auch die Lageregelung zugeschaltet, wenn die Winkelgeschwindigkeit ungleich Null ist und einen vorgegebenen Abweichungsgrenzwert nicht überschreitet. Unter dem "stationären Betrieb" ist dabei der Pumpbetrieb ohne Bewegung des Knickmasts zu verstehen. Die niedrige Winkelgeschwindigkeit deutet als Bewertungskriterium auf ein kleines Leck im Hydrauliksystem oder auf ein Stellglied oder Antriebsaggregat mit einem geringen Defekt hin, wodurch in einem Notbetrieb noch eine geregelte Rückführung des Knickmasts in eine sichere Transportstellung unter Zuhilfenahme der Lageregelung möglich ist. Wird der vorgegebene Abweichungsgrenzwert jedoch überschritten, so bleibt die Druckölspeisung und damit auch die Lageregelung abgeschaltet. Der Bediener muß dann den Knickmast vor Ort absichern oder für den Transport bergen.
Ein ähnlicher Fall tritt auf, wenn im Fahrbetrieb die Geschwindigkeit der Regelabweichung einen vorgegeben Grenzwert überschreitet. In diesem Fall wird bei eingeschalteter Druckölspeisung die Druckölspeisung und damit auch die Lageregelung abgeschaltet. lm folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Autobetonpumpe mit zusammengelegtem Knickmast;
Fig. 2 die Autobetonpumpe nach Fig. 1 mit Knickmast in Arbeitsstellung;
Fig. 3 ein Schema einer Vorrichtung zur Betätigung des Knickmasts mit Sicherheitsüberwachung;
Fig. 4 ein Flußdiagramm einer achsbezogenen Sicherheitsroutine.
Die Autobetonpumpe 10 umfasst ein Transportfahrzeug 11 , eine zum Bei- spiel als Zweizylinderkolbenpumpe ausgebildete Dickstoffpumpe 12 sowie einen um eine fahrzeugfeste Hochachse 13 drehbaren Betonverteilermast 14 als Träger für eine Betonförderleitung 16. Über die Betonförderleitung 16 wird Flüssigbeton, der in einen Aufgabebehälter 17 während des Betonierens fortlaufend eingebracht wird, zu einer von dem Standort des Fahrzeugs 11 entfernt angeordneten Betonierstelle 18 gefördert.
Der Verteilermast 14 besteht aus einem mittels eines hydraulischen Drehantriebs 19 um die Hochachse 13 drehbaren Mastbock 21 und einem an diesem schwenkbaren Knickmast 22, der auf variable Reichweite r und Höhen- differenz h zwischen dem Fahrzeug 11 und der Betonierstelle 18 kontinuierlich einstellbar ist. Der Knickmast 22 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus fünf gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen 23 bis 27, die um parallel zueinander und rechtwinklig zur Hochachse 13 des Mastbocks 21 verlaufende Achsen 28 bis 32 schwenkbar sind. Die Knickwinkel ε., bis ε5 (Fig. 2) der durch die Knickachsen 28 bis 32 gebildeten Knickgelenke und deren Anordnung zueinander sind so aufeinander abgestimmt, dass der Verteilermast 14 mit der aus Fig. 1 ersichtlichen, einer mehrfachen Faltung entsprechenden raumsparenden Transportkonfiguration auf dem Fahrzeug 11 ablegbar ist. Durch eine Aktivierung von Antriebsaggregaten 34 bis 38, die den Knickachsen 28 bis 32 einzeln zugeordnet sind, ist der Knickmast 22 in unterschiedlichen Distanzen r und/oder Höhendifferenzen h zwischen der Betonierstelle 18 und dem Fahrzeugstandort entfaltbar (Fig. 2).
Der Bediener steuert mittels eines drahtlosen Fernsteuergeräts 50 die Mastbewegung, durch die die Mastspitze 33 mit dem Endschlauch 43 über den zu betonierenden Bereich hinweggeführt wird. Der Endschlauch 43 hat eine typische Länge von 3 bis 4 m und kann wegen seiner gelenkigen Aufhängung im Bereich der Mastspitze 33 und auf Grund seiner Eigenflexibilität mit seinem Austrittsende von einem Schlauchmann in einer günstigen Position zur Betonierstelle 18 gehalten werden.
Das Fernsteuergerät 50 enthält bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein als Steuerhebel ausgebildetes Fernsteuerorgan 60, das in drei Hauptstellrichtungen hin- und her unter Abgabe von Steuersignalen 64 verstellt werden kann. Die Steuersignale werden über eine Funkstrecke 68 zum fahrzeugfe- sten Funkempfänger 70 übertragen, der ausgangsseitig über ein beispielsweise als CAN-Bus ausgebildetes Bussystem 72 an einen Mikrocontroller 74 angeschlossen ist. Der Mikrocontroller 74 enthält Softwaremodule 76,77, über welche die vom Fernsteuergerät 50 empfangenen Steuersignale 64 interpretiert, transformiert und über einen Lageregler 92 und einen nachge- ordneten Signalgeber 94 in Betätigungssignale für die Antriebsaggregate 34 bis 36 umgesetzt werden. Die Betätigung der Antriebsaggregate 34 bis 36 erfolgt über die als Proportionalwechselventile ausgebildeten Stellglieder 80 bis 84, die mit ihren Ausgangsleitungen 86,87 bodenseitig und stangenseitig an die als doppeltwirkende Hydrozylinder ausgebildeten Antriebsaggregate 34 bis 38 angeschlossen sind. Das Antriebsaggregat 19 für den Mastbock 21 ist als hydraulischer Drehantrieb ausgebildet, der über das Stellglied 85 angesteuert wird.
Der Interpolatorroutine 76 nachgeordnet ist ein als Koordinatentransformator 77 ausgebildetes Softwaremodul, dessen wesentliche Aufgabe darin besteht, die ankommenden, als Zylinderkoordinaten φ,r,h interpretierten Steuersignale in vorgegebenen Zeittakten zu transformieren in Winkelsignale φ,Ei an den Dreh- und Knickachsen 13,28 bis 32, wobei die Antriebsaggregate der redundanten Knickachsen 28 bis 32 des Knickmasts 22 jeweils nach Maßgabe einer vorgegebenen Weg-Schwenk-Charakteristik betätigbar sind. Jede Knickachse 28 bis 32 wird innerhalb des Koordinatentransformators 77 so softwaremäßig angesteuert, daß die Knickgelenke in Abhängigkeit von Weg und Zeit sich harmonisch zueinander bewegen. Die Ansteuerung der redundanten Freiheitsgrade der Knickgelenke erfolgt somit nach einer vor- programmierten Strategie, mit der auch die Eigenkollisionen mit benachbarten Mastarmen 23 bis 27 im Bewegungsablauf ausgeschlossen werden können. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann außerdem auf in Dateien abgelegte Korrekturdaten zur Kompensation einer lastabhängigen Deformation zurückgegriffen werden. Die auf diese Weise im Koordinatentransformator 77 errrechneten Winkeländerungen werden in dem Lageregler 92 mit den über Winkelgeber 96 bestimmten Istwerten verglichen und über den Signalgeber 94 in Betätigungssignale Uε für die Antriebsaggregate 19,34 bis 38 umgerechnet.
Neben der Ansteuerung über den Koordinatengeber 64, der die ankommenden Fahrdaten als Zylinderkoordinaten interpretiert und entsprechend umsetzt (vgl. DE-A-4306127), können die einzelnen Antriebsaggregate 19,34 bis 36 auch direkt über die Bedienorgane 60 und die zugehörigen Stellglieder 66 bis 76 angesteuert werden. Eine Besonderheit der in Fig. 3 gezeigten Anordnung besteht nun darin, daß der Mikrocontroller 74 der Steuereinrichtung eine auf Ausgangsdaten der Sensoren 96 ansprechende Bewertungs- und Sicherheitsroutine 100 zur Ansteuerung der als Proportionalwechselventile ausgebildeten Stellglieder 80 bis 84 nach Maßgabe vorgegebener Sicherheitskriterien aufweist. Die Stellglieder werden über eine Pumpe 102 und eine Speiseleitung 104 mit Drucköl beaufschlagt. In der Speiseleitung 104 befindet sich ein abschaltbares Speiseventil 106, das beispielsweise als Wechselbetriebsventil ausgebildet sein kann, über das wahlweise auch die Stützbeinhydraulik der Autobetonpumpe 10 versorgt wird. Im Bereich des Speiseventils 106 befindet sich ein Not- Aus-Taster 108, über den vom Bediener im Notfall die Druckölzufuhr über die Speiseleitung 104 unterbrochen werden kann. Wie unten anhand der Fig. 4 noch näher erläutert wird, wirkt auch die Bewertungs- und Sicherheitsroutine 100 über die Signalleitungen 110,112 auf das Speiseventil 106. Außer- dem kann im Störfall über die Sicherheitsroutine ein akustisches oder optisches Signalgerät 114 angesteuert werden. In der Sicherheitsroutine 100 werden die auch im Lageregler 92 verwerteten Meßdaten der Winkelgeber 96 anhand definierter Sicherheitskriterien ausgewertet und in Steuersignale für das Speiseventil 106, den Warnsignalgeber 114 und den Signalgeber 94 zur Ansteuerung der Stellglieder 80 bis 84 umgesetzt.
Die Sicherheitsüberwachung in der Bewertungs- und Sicherheitsroutine 100 erfolgt achsbezogen. Beispielhaft wird dies anhand eines in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramms für die Überwachungslogik einer Knickachse erläu- tert.
Die Sicherheitsroutine 100' gemäß Fig. 4 enthält Auswerteteile (Sicherheitskriterien) für die folgenden Größen: Eingangsgrößen (Vergleichsgrößen)
ε(t) = gemessener Winkel ε der ausgewählten Knickachse im Zeitpunkt t ε soiι(t) = Sollwert des betreffenden Winkels Δε(t) = εsoll(t) - ε(t)
= Regelabweichung im Zeitpunkt t
Δεg = einstellbarer Grenzwert hierfür
Vε = (ε(t) - ε(t-Δt))/ Δt
= Winkelgeschwindigkeit im Zeitpunkt t Vεg = einstellbarer Grenzwert hierfür (z.B. 0,3 s)
V.- = (Δε(t) - Δε(t-Δt)) / Δt
= Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung im Zeitpunkt t
VΔεg = einstellbarer Grenzwert hierfür
Fε = Fahrvorgabe für Winkel ε = 0: Winkel ε halten
≠ 0: Winkel ε ändern (fahren)
SV = Ansteuerung Speiseventil (Istzustand)
= 1 : Drucköl auf Stellglieder durchgeschaltet (Mastfreigabe) zugleich: Achse wird geregelt = 0: Drucköl auf Stellglieder gesperrt zugleich: Achse wird nicht geregelt
Ausgangsgrößen (Setzgrößen)
SV = Ansteuerung Speiseventil (Sollzustand)
Uε = Ansteuerwert zu Stellglied für Achse ε
S = Warnsignal auf Signalgeber (z.B. Hupe, Licht)
= 1 : Leckage-Warnung
= 2: Defekt-Warnung Sensor/Aktor RA = steuerungsinterne Fehlerzelle (Regelabweichungsgrenze für Δεg bzw. VΔεg überschritten). Die achsbezogene Sicherheitsroutine 100' wird in Echtzeit in vorgegebenen Zeitabständen durchlaufen. Im Hauptzweig wird nacheinander der Betriebszustand des Speiseventils SV, der Zustand der Fehlerzelle RA und die Fahr- vorgäbe Fε geprüft. Wird im Hauptzweig keine unzulässige Abweichung der Winkelgeschwindigkeit Vε und der Regelabweichung Δε vom jeweiligen Grenzwert festgestellt, so ist das System regelbar, so daß es zu keiner Fehlermeldung kommt (keine Reaktion). Ergibt sich dagegen eine Grenzwertüberschreitung in den Werten Vc bzw. Δε, so kommt dem die Bedeutung eines größeren Defekts zu, der zu einer Abschaltung der Achsbewegung (Uε = 0) und zu einer Sperrung des Speiseventils (SV = 0) führt. Zugleich kommt es zu einer Defektwarnung Sensor/Aktor (S = 2) über das Signalgerät 114. Diese Stellung ist gleichwirkend mit einem Not-Aus, das dem Bediener Gelegenheit gibt, den aufgetretenen Fehler zu suchen und zu beheben oder den Knickmast im Handbetrieb in die Transportstellung gemäß Fig. 1 zu bringen.
Der linke Zweig der Sicherheitsroutine 100' wird vor allem im stationären Zustand durchlaufen, wenn beispielsweise Beton ohne Bewegen des Knick- masts ausgebracht wird. In diesem Fall ist das Speiseventil 106 geschlossen (SV = 0) und der Lageregler 92 abgeschaltet. Dennoch wird laufend die Winkelgeschwindigkeit Vε der betreffenden Achse durch Vergleich mit dem zugehörigen Grenzwert Vcg überwacht. Tritt eine kleine Änderung auf, so wird das Speiseventil 106 durchgeschaltet (SV = 1) und damit die Lageregelung 92 in Gang gesetzt. Bei einer großen Leckage (Nein-Zweig) bleiben das Speiseventil 106 und die Lageregelung 92 abgeschaltet. In beiden Fällen kommt es zu einer Leckage-Warnung (S = 1 ), die im ersteren Falle einen Notbetrieb zur geregelten Rückführung des Knickmasts in eine sichere Transportstellung unter Zuhilfenahme der Lageregelung ermöglicht. Im letz- teren Falle ist die Masthydraulik dagegen drucklos, so daß nur noch eine Bergung, aber keine Betätigung des Knickmasts möglich ist. Der rechte Zweig im Flußdiagramm der Sicherheitsroutine 100' zeigt die Auswertung von Sicherheitskriterien im Fahrbetrieb (Fε ≠ 0). Der Ansteuerwert zum Stellglied ist in diesem Fall zunächst Uε ≠ 0. Überprüft wird nach- einander ob die Regelabweichung Δε und die Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung VΔέ den jeweiligen Grenzwert überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so liegt fehlerfreier Normalbetrieb vor (keine Reaktion). Wird zumindest einer der Grenzwerte überschritten, so wird der Ansteuerwert Uε zu dem betreffenden Stellglied auf Null gesetzt und die steuerungsinterne Fehler- zelle RA = 1 gesetzt.
Entsprechende Sicherheitsroutinen werden im Echtzeitbetrieb für alle Achsen des Systems durchlaufen.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Sicherheitsüberwachung eines Knickmasts 22 in einem Großmanipulator, bei welchem die Mastarme 23 bis 27 des Knickmasts 22 mittels je eines Antriebsaggregats 34 bis 38 relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei die relative Lage der Mastarme in bezug auf den jeweils be- nachbarten Mastarm oder Mastbock 21 für die Lageregelung gemessen wird. Erfindungsgemäß werden die Lagemeßwerte ε, der Mastarme nach Maßgabe einer Abweichung von vorgegebenen Sicherheitsgrenzwerten zur Sicherheitsansteuerung der Antriebsaggregate 34 bis 38 bzw. deren Stellglieder 80 bis 84 verwendet.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Betätigung eines an einem Mastbock (21) angelenkten Knickmasts (22), insbesondere eines Betonverteilermasts (14), welcher Knickmast mindestens zwei Mastarme (23 bis 27) aufweist, die um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen (28 bis 32) gegenüber dem Mastbock (21) oder einem benachbarten Mastarm mittels je eines vorzugsweise hydraulisch betätigbaren Antriebsaggregats (34 bis 38) begrenzt verschwenkbar sind, mit einer vorzugsweise fembedien- baren, einen Lageregler (92) umfassenden Steuereinrichtung (50,74) für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten (34 bis 38) zugeordneten Stellgliedern (80 bis 84) und mit den einzelnen Mastarmen, Knickachsen und/oder Antriebsaggregaten zugeordneten Sensoren (96) zur Weg- oder Winkelmessung für die Lagerege- lung (92), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (50,74) eine auf Ausgangsdaten der Sensoren (96) ansprechende Sicherheitsroutine (100,100') zur Ansteuerung der Stellglieder (80 bis 84) nach Maßgabe vorgegebener Sicherheitskriterien aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100") mindestens einen Auswerteteil zur Abgabe eines vorzugsweise akustischen oder optischen Warnsignals (114) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebsaggregat (34 bis 38) einen doppeltwirkenden Hydrozylin- der aufweist, daß die Hydrozylinder über je ein das zugehörige Stellglied (80 bis 84) bildendes Proportionalwechselventil mit Drucköl beaufschlagbar sind, daß die Proportionalwechselventile über eine ge- meinsame Speiseleitung (104) mit Drucköl gespeist sind und daß in der Speiseleitung (104) ein über die Sicherheitsroutine (100,100') ansteuerbares Speiseventil (106) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speiseventil (106) als Wechselbetriebsventil zur wahlweisen Speisung der den Mastarmen zugeordneten Proportionalwechselventile und von Stützbeinventilen ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf den
Einschaltzustand (SV) des Speiseventils (106) anspricht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf das Vorhandensein oder NichtVorhandensein von Fahrvorgaben (Fε) über die Fernbedienung (60) anspricht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf weg- oder winkelbezogene Regelabweichungen (Δε) anspricht, die größer als vorgegebene Grenzwerte (Δεg) sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf die Geschwindigkeit von weg- oder winkelbezogenen Regelabweichungen (VΔε) anspricht, die größer als vorgegebene Grenzwerte (VΔεg) sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100") einen Auswerteteil umfaßt, der auf Winkelgeschwindigkeiten (Vc) anspricht, die größer als vorgegebene Grenzwerte (Vεg) sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, daß am bodenseitigen und stangenseitigen Ende der als Hy- drozylinder ausgebildeten Antriebsaggregate (34 bis 38) Drucksensoren angeordnet sind, und daß die Sicherheitsroutine einen auf die Ausgangsdaten der Drucksensoren ansprechenden Auswerteteil umfaßt.
11. Großmanipulator, insbesondere für Betonpumpen (10), mit einem auf einem Gestell angeordneten, vorzugsweise um eine vertikale Drehachse drehbaren Mastbock (21 ), mit einem aus mindestens zwei Mastarmen (23 bis 27) zusammengesetzten, vorzugsweise einen Betonverteilermast (14) bildenden Knickmast (22), welche Mastarme (23 bis 27) um jeweils horizontale, zueinander parallele Knickachsen (28 bis 32) gegenüber dem Mastbock (21 ) oder einem benachbarten Mastarm mittels je eines vorzugsweise hydraulisch betätigbaren Antriebsaggregats (34 bis 38) begrenzt verschwenkbar sind, mit einer vorzugsweise fernbedienbaren, einen Lageregler (92) umfassenden Steuereinrich- tung (50,74) für die Mastbewegung mit Hilfe von den einzelnen Antriebsaggregaten (34 bis 38) zugeordneten Stellgliedern (80 bis 84) und mit den einzelnen Mastarmen, Knickachsen und/oder Antriebsaggregaten zugeordneten Sensoren (96) zur Weg- oder Winkelmessung für die Lageregelung (92), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein- richtung (50,74) eine auf Ausgangsdaten der Sensoren (96) ansprechende Sicherheitsroutine (100,100') zur Ansteuerung der Stellglieder (80 bis 84) nach Maßgabe vorgegebener Sicherheitskriterien aufweist.
12. Großmanipulator nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') mindestens einen Auswerteteil zur Abgabe eines vorzugsweise akustischen oder optischen Warnsignals (114) aufweist.
13. Großmanipulator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich- net, daß jedes Antriebsaggregat (34 bis 38) einen doppeltwirkenden
Hydrozylinder aufweist, daß die Hydrozylinder über je ein das zugehörige Stellglied (80 bis 84) bildendes Proportionalwechselventil mit Drucköl beaufschlag bar sind, daß die Proportionalwechselventile über eine gemeinsame Speiseleitung (104) mit Drucköl gespeist sind und daß in der Speiseleitung (104) ein über die Sicherheitsroutine
(100,100') ansteuerbares Speiseventil (106) angeordnet ist.
14. Großmanipulator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Speiseventil (106) als Wechselbetriebsventil zur wahlweisen Spei- sung der den Mastarmen zugeordneten Proportionalwechselventile und von Stützbeinventilen ausgebildet ist.
15. Großmanipulator nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf den Einschaltzustand (SV) des Speiseventils (106) anspricht.
16. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Fahrvorgaben (Fε) über die Fernbedienung (60) anspricht.
17. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf weg- oder winkelbezogene Regelabweichungen (Δε) anspricht, die größer als vorgegebene Grenzwerte (Δεg) sind.
18. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf die Geschwindigkeit von weg- oder winkelbezogenen Regelabweichungen (VΔε) anspricht, die größer als vorgegebene Grenzwerte (VΔεg) sind.
19. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsroutine (100') einen Auswerteteil umfaßt, der auf Winkelgeschwindigkeiten (Vε)anspricht, die größer als vorgegebene Grenzwerte (VΔεg) sind.
20. Großmanipulator nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß am bodenseitigen und stangenseitigen Ende der als Hydrozylinder ausgebildeten Antriebsaggregate (34 bis 38) Druck- Sensoren angeordnet sind, und daß die Sicherheitsroutine einen auf die
Ausgangsdaten der Drucksensoren ansprechenden Auswerteteil umfaßt.
21. Verfahren zur Sicherheitsüberwachung eines Knickmasts in einem Großmanipulator, bei welchem die Mastarme (23 bis 27) des Knickmasts (22) mittels je eines Antriebsaggregats (34 bis 38) relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei die relative Lage der Mastarme in bezug auf den benachbarten Mastarm oder Mastbock für eine Lageregelung ständig gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die La- gemeßwerte (ε,(t)) der Mastarme (23 bis 27) nach Maßgabe einer Abweichung von vorgegebenen Sicherheitsgrenzwerten zur Sicherheitsansteuerung der Antriebsaggregate (34 bis 38) verwendet werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten von Sicherheitsgrenzwerten ein Warnsignal ausgelöst wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsaggregate (34 bis 38) für die Mastarme (23 bis 27) mittels Drucköl hydraulisch angesteuert werden, und daß bei einer Abwei- chung von den Sicherheitsgrenzwerten die Druckölspeisung der Antriebsaggregate (34 bis 38) ab- oder zugeschaltet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß im stationären Betrieb bei abgeschalteter Druckölspeisung die Druckölspei- sung und die Lageregelung zugeschaltet wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit (Vε) ungleich Null ist und einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingeschalteter Druckölspeisung die Druckölspeisung und Lageregelung abgeschaltet wird, wenn die Regelabweichung (Δε) und/oder die Winkelgeschwindigkeit (Vε) und/oder die Geschwindigkeit der Regelabweichung (VΔε) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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