DE102009016366A1

DE102009016366A1 - Kran sowie Verfahren und System zum Betreiben eines Krans mit Hilfe von GPS

Info

Publication number: DE102009016366A1
Application number: DE102009016366A
Authority: DE
Inventors: Michael Martin
Original assignee: Terex Demag GmbH
Current assignee: Terex Global GmbH
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Betreiben eines Krans, der mit Hilfe von an dem Kran angebrachten Positionsermittlungseinrichtungen (36) betrieben werden kann. Die Positionsermittlungseinrichtungen (36) ermitteln jeweils ihre Ist-Position und umfassen einen Sender zum Senden der Ist-Position an eine Steuereinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kran, ein Verfahren und ein Kranbetriebssystem zum Betreiben eines Krans mit Hilfe von einer oder mehreren Positionsermittlungseinrichtungen wie beispielsweise auf GPS-Technologie basierende Positionsermittlungseinrichtungen.
Moderne Krane werden hinsichtlich Ihrer Einsatzbereiche, Aktionsradien (Entfernung des Lasthakens von der senkrechten Drehachse des Krans) sowie Ihres Lasttragvermögens immer leistungsfähiger. Insbesondere bei großen Abständen zwischen der Last und der Bedienperson ist die Bedienperson häufig auf einen Einweiser angewiesen, der die Position der Last signalisiert. Auch der große Raum, der von dem Kran beim Transportieren der Last überstrichen wird, stellt hohe Anforderungen an die Aufmerksamkeit des Kranführers, damit keine Kollision der Last oder von Bauteilen des Krans mit einem Hindernis auftritt. Des Weiteren erfordert das Bewegen hoher Lasten die genaue Einhaltung von zulässigen Einstellbereichen von Auslegern des Krans, damit es nicht zu Überbelastungen mit gefährlichen Auswirkungen kommt.
Unter dem Begriff Kran sind im vorliegenden Fall sowohl Turmdrehkrane als auch Fahrzeugkrane zu subsumieren sind. Auf Grund der besonderen Einsatzgebiete und oftmals kurzen Standzeiten von Fahrzeugkranen ist die vorliegende Erfindung aber insbesondere an Fahrzeugkranen bzw. mit solchen Fahrzeugkranen zu realisieren. Fahrzeugkrane der hier interessierenden Art umfassen sowohl Teleskopkrane als auch Gittermastkrane und insbesondere auch Raupenkrane mit Gittermastausleger. Bei Fahrzeugkranen mit Teleskopausleger sowie unter Umständen daran angebrachtem Hilfs ausleger ist die vorliegende Erfindung insbesondere vorteilhaft, da derartige Krane oftmals in einem beengten Arbeitsumfeld betrieben werden müssen und deren Ausmaße zunehmen, so dass die eingangs geschilderten Probleme hier speziell auftreten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kranbetriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Krans bereitzustellen, mit denen zumindest die eine oder andere eingangs geschilderte Problematik abgemildert wird oder beseitigt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung des genannten technischen Problems ein Verfahren zum Betreiben eines Krans bereitgestellt, der zum Heben einer Last ausgebildet ist. Gemäß diesem Verfahren wird wenigstens eine Positionsermittlungseinrichtung bereitgestellt, die zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist und die eine Sendeeinrichtung umfasst, die zum Aussenden der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Ferner wird gemäß diesem Verfahren die wenigstens eine Positionsermittlungseinrichtung an einem Kranteil des Krans und/oder an der vom Kran zu hebenden Last angebracht. Außerdem wird mindestens eine Soll-Position der wenigstens einen Positionsermittlungseinrichtung festgelegt. Schließlich wird die Soll-Position mit der aktuellen Ist-Position der wenigstens einen Positionsermittlungseinrichtung verglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kranbetriebssystem zum Betreiben eines Krans bereitgestellt. Ein solches Kranbetriebssystem kann mindestes eine Positionsermittlungseinrichtung umfassen, die zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vor bestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist und eine Sendeeinrichtung umfasst, die zum Aussenden der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Der Kran zum Heben einer Last umfasst beispielsweise eine Eingabeeinrichtung, die zum Eingeben von mindestens einer Soll-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Außerdem kann eine Empfangseinrichtung vorhanden sein, die zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung ausgesendeten aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Außerdem kann eine Vergleichseinrichtung vorhanden sein, beispielsweise im Kran, insbesondere in der Kranführerkabine, die zum Vergleichen der Soll-Position mit der aktuellen Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, einen gänzlich neuen Weg zum Betreiben eines Krans zu beschreiten. Mit Hilfe von mindestens einer an dem Kran oder an der vom Kran zu transportierenden Last angebrachten Positionsermittlungseinrichtung kann eine oder mehrere Positionen interessierender Teile des Krans oder der Last ermittelt und während des Betriebs des Krans in unterschiedlicher Weise genutzt werden. So ist es beispielsweise möglich, während des Kranbetriebs eine oder mehrere bestimmte Positionen an dem Kran oder einem Kranteil oder der zu transportierenden Last zu kontrollieren, da die entsprechenden aktuellen Ist-Positionen zur Verfügung gestellt werden. Damit ist es beispielsweise auch ohne Weiteres möglich, eine Last auf eine vorgegebene Position zu transportieren, beispielsweise kann diese Position vorab mit einer weiteren entsprechenden Positionsermittlungseinrichtung bestimmt werden, z. B. eine Soll-Position für die Last am Boden oder an einem Gebäude etc. vorgegeben werden. Gleichfalls ist es auch möglich, die für den Kranbetrieb zulässige Arbeitsumgebung in einem 3D-Koordinatensystem beschränkt vorzugeben, indem eine oder mehrere Positionen von Hindernissen mit entsprechenden Positionsermittlungseinrichtungen ermittelt werden. Insbesondere können so auch Störkanten von Gebäuden, die während des Kranbetriebs zu beachten sind, im Kranbetrieb überwacht werden. Außerdem kann auch das Aufzeichnen von Arbeitsbewegungen ohne Weiteres ermöglicht werden und zudem könnte nunmehr auch die Automatisierung von zumindest Abschnitten von Hubbewegungen einer Last automatisiert werden. So kann beispielsweise mit einer oder mehreren Positionsermittlungseinrichtungen die Last von einem Ausgangspunkt zu einem Zielpunkt beim ersten Mal von einem Kranbediener gesteuert werden. Beim nächsten Mal ist der Positionsverlauf dann abgespeichert und eine entsprechende automatisierte Steuerung unter Berücksichtung der aktuellen Ist-Position der neu zu transportierenden Last möglich.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kran so betrieben, dass sich die Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung an die Soll-Position annähert, insbesondere mit dieser am Ende des Bewegungsprozesses identisch ist. So können beispielsweise Lasten punktgenau abgesetzt werden, auch wenn der Kranbediener die Last aufgrund des großen Abstands oder der großen Hubhöhe nicht mehr sieht.
Wie bereits erwähnt, kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Annäherung an die Soll-Position während des Betreibens des Krans zumindest teilweise selbsttätig von einer Steuereinrichtung durchgeführt werden, wobei die aktuelle Ist-Position durch die Positionsermittlungseinrichtung kontinuierlich, beispielsweise in vorgegebener Frequenz oder Taktung ermittelt wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird an einen Kran, der ein Hubseil mit daran angebrachten Lasthaken aufweist, eine erste Positionsermittlungseinrichtung an dem Lasthaken des Krans oder der Last angebracht. Eine zweite Positionsermittlungseinrichtung kann an einer vorbestimmten Soll-Position für die Last angeordnet werden. Es erfolgt dann das Eingeben der mittels der zweiten Positionsermittlungseinrichtung ermittelten Soll-Position des Lasthakens oder der Last in eine Steuereinrichtung. Damit ist es möglich, mit Hilfe oder nur durch die Steuereinrichtung manuell oder automatisch, aber maschinell unterstützt, die Last auf die Soll-Position zuzuführen. Insbesondere natürlich auch die Last exakt an die bestimmte Soll-Position zu transportieren. Die Steuereinrichtung kann hier ein übliches Bedienteil für einen Kranbediener sein, dem nur angezeigt wird, wie die Positionen zueinander stehen. Es kann aber auch eine computergestützte Steuereinrichtung sein, die anhand der Ist- und Soll-Positionen die Hubbewegung halb- oder vollautomatisch durchführt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens eine Position eines Hindernisses bestimmt, wobei das Hindernis sich im möglichen Aktionsbereich des Krans befindet. Es wird ferner die mindestens eine Position dieses Hindernisses auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Alternativ oder ergänzend hierzu ist das Darstellen der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung, die an einem Kranteil des Krans oder der vom Kran zu hebenden Last angebracht ist, vorgesehen. Damit ist es für einen Kranbediener sehr einfach zu kontrollieren, ob die Position des Krans sich innerhalb des vorgegebenen Arbeitsbereichs befindet und auch das die Last nicht mit dem Hindernis kollidiert. Dies kann beispielsweise durch symbolisiertes Darstellen der jeweiligen Ist-Position und der mindestens einen Position des Hindernisses und der wiederkehrenden Aktualisierung dieser Daten dem Kranbediener visuell angezeigt werden. Insbesondere ist es so auch dann möglich, den Kran derart zu betreiben, dass die Bewegungsbahn des Krans und/oder der Last das Hindernis nicht berührt. Dabei kann die mindestens eine Position des Hindernisses und die aktuelle Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung in einem wiederkehrenden Takt oder einer vorbestimmten Frequenz aktualisiert bzw. verglichen werden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Warnsignal, das beispielsweise visuell und/oder akustisch ausgegeben werden kann, erzeugt, wenn sich ein Kranteil und/oder die Last dem Hindernis annähern. Das Kranteil und/oder die Last sind dann mit der Positionsermittlungseinrichtung versehen, so dass deren Ist-Position ständig verfügbar ist. Beispielsweise kann eine Warnung erfolgen, wenn ein vorgegebener Mindestabstand zu der zuvor bestimmten Position eines Hindernisses im Kranbetrieb unterschritten wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Krans zum Heben einer Last bereitgestellt, das den Schritt des Anbringens von mindestens einer Positionsermittlungseinrichtung der eingangs geschilderten Art umfasst, nämlich an einem Kranteil und/oder an einer Last. Es wird dann der zulässige Bereich der Ist-Position eingegeben, das kann beispielsweise durch weitere Positionsermittlungseinrichtungen erfolgen, oder durch andere Weise vorgegeben werden, dazu wird auf bisherige bekannte Verfahren verwiesen. Dann erfolgt das Ausgeben einer Warnung, wenn die Ist-Position den zulässigen Bereich verlässt.
Mit dieser beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuverlässig verhindert, dass der Kran außerhalb eines vorbestimmten Bereichs arbeitet. Außerdem kann auch verhindert werden, dass die Last außerhalb des vorbestimmten Bereichs transportiert wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Bereich erlaubter Ist-Positionen von der aktuellen Belastung des Krans abhängig. Damit können bei Verwendung heutzutage zur Verfügung stehende hochpräzise Positionsermittlungseinrichtungen beispielsweise auch Verformungen des Kranauslegers oder anderer Kranteile wie Verlängerung des Hubseils etc. unter Umständen ermittelt werden und beispielsweise während des Betriebs berücksichtigt werden. Dabei wird eine Soll-Position eines zu überwachenden Kranteils mit dessen tatsächlicher Ist-Position verglichen. Bei beispielsweise zu großer Auslenkung des Kranteils (z. B. Durchbiegung des Auslegers oder zu starker Verlängerung des Hubseils) erfolgt z. B. eine Abschaltung des Krans.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Positionsermittlungseinrichtung an einem Kranteil und/oder einer Last angebracht. Dann wird der Kran in einem zulässigen Bereich betrieben und die aktuellen Ist-Positionen der Positionsermittlungseinrichtung aufgezeichnet. Damit ist zum einen eine Kontrolle des Krans während des Betriebs möglich, zum anderen können auf Grund dieser aufgezeichneten Ist-Positionen verschiedene, je nach Anwendungsfall beispielsweise auch automatisierbare Hubvorgänge und Betriebsweisen des Krans durchgeführt werden. Hierzu kann es auch vorteilhaft sein, die aufgezeichneten Ist-Positionen mit im Kranbetrieb bestimmten, aktuellen Ist-Positionen zusammen in einer Anzeigeeinrichtung darzustellen.
Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der zuvor geschilderten Art die aktuelle Ist-Position und/oder die Soll-Position mittels eines satellitengestützten Navigationssystems ermittelt wird. Sämtliche bekannte sattelitengestützte Navigationssysteme, die z. B. auch mit Hilfe von weiteren technischen Unterstützungen eine exakte Position gemäß Breite, Länge und Höhe ermitteln können, sind im vorliegenden Fall verwendbar. Insbesondere können auch sogenannte AGPS (Aided GPS)- oder DGPS(Differential GPS)-Systeme und sehr präzise GPS-Systeme wie SBAS-Systeme (Satellite-Bases Augmentation Systems) etc. in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Somit können Genauigkeiten bei der Positionserfassung von 10 m oder auch ca. 1 m oder sogar unter 1 m erreicht werden. Je nach Einsatzzweck ist das geeignete Positionssystem zu wählen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kranbetriebssystem zum Betreiben eines Krans bereitgestellt, das mindestens eine Positionsermittlungseinrichtung umfasst. Diese ist zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordiantensystem ausgebildet. Sie ist ferner mit einer Sendeeinrichtung versehen, die zum Aussenden der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Außerdem umfasst das System einen Kran zum Heben einer Last. Dieser Kran beinhaltet eine Eingabeeinrichtung, die zum Eingeben von mindestens einer Soll-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Ferner ist der Kran mit einer Empfangseinrichtung versehen, die zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist. Zudem kann eine Vergleichseinrichtung vorhanden sein, die zum Vergleichen der Soll-Position mit der aktuellen Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung ausgebildet ist.
Grundsätzlich ist hierzu anzumerken, dass die Sendeeinrichtung entweder per Draht oder drahtlos die jeweilige aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung aussendet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Sendeeinrichtung um eine drahtlose Sendeeinrichtung, so dass ohne große Probleme auch von weit abgelegenen Positionsermittlungseinrichtungen, zum Beispiel am äußersten Ende eines Auslegerarms oder Tragarms eines Krans, die Position zu einer Krankabine oder dergleichen übermittelt werden kann. Die Eingabeeinrichtung kann beispielsweise eine Tastatur sein, oder es kann sich auch hier um eine Empfangseinrichtung für eine drahtlose oder drahtgebundene Positionsermittlungseinrichtung handeln.
Die Vergleichseinrichtung kann beispielsweise einfach eine Anzeigeeinrichtung sein, die den Vergleich der Soll-Position mit der aktuellen Ist-Position zulässt. Es kann aber auch eine computergestützte Einrichtung sein, die den wahren Abstand der Soll-Position zur aktuellen Ist-Position ermittelt und beispielsweise entsprechende Bewegungen des Krans beispielsweise zur Annäherung der Ist-Position an die Soll-Position zulässt, manuell oder automatisch.
So kann beispielsweise in einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Steuereinrichtung vorhanden sein, die dazu ausgebildet ist, den Kran derart zu betreiben, dass sich die aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung an die Soll-Position annähert. Die Steuereinrichtung kann automatisch oder manuell betrieben werden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kranbetriebssystems ist die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet, die aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung drahtlos auszusenden.
Die Eingabeeinrichtung kann dann so ausgebildet sein, dass die ausgesendete Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung empfangen wird und an die Vergleichseinrichtung weitergeleitet wird.
Es können in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform auch ein oder mehrere weitere Positionsermittlungseinrichtungen vorhanden sein. Außerdem kann eine Speichereinrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, die aktuelle Ist-Position der weiteren Positionsermittlungseinrichtung als Soll-Position abzuspeichern. Anhand dieser Daten können dann, falls gewollt, zumindestens Teilbewegungen eines Krans automatisiert werden. Es ist außerdem möglich, den Betrieb des Krans später nachzuvollziehen.
Insbesondere kann auch bei einer beispielhaften Ausführungsform des Kranbetriebssystems eine Anzeigeeinrichtung vorhanden sein, die dem Kranbediener zur Verfügung steht und zumindest die aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung visuell und/oder akustisch anzeigt. Diese Anzeigeeinrichtung kann aber auch sowohl die aktuelle Ist-Position als auch Soll-Positionen oder Hindernispositionen etc. anzeigen.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kran derart zu schaffen, dass eine mit dem Kran bewegte Last innerhalb eines definierten Arbeitsraumes kollisionsfrei bewegt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 21 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass hierdurch eine mit einem Kran bewegte Last innerhalb eines definierten Arbeitsraumes frei bewegt werden kann. Zur Definition des Arbeitsraumes ist mindestens eine Positionsermittlungseinrichtung zeitweilig an mindestens einem einschränkenden Hindernis angebracht. Mittels einer Steuereinheit wird das mindestens eine ein schränkende Hindernis über die dort angebrachten Positionsermittlungseinrichtungen erfasst. Damit ist es möglich, den Kran in einem automatischen Betrieb selbsttätig von der Steuereinheit gesteuert in dem Arbeitsraum zu betreiben.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kran derart zu schaffen, dass eine an dem Kran befestigte Last sicher und kollisionsfrei in einer unbekannten Umgebung bewegt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 22. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine von einem Kran bewegte Last von einer Ist-Position zu einer vorgebbaren Soll-Position kollisionsfrei und sicher bewegt werden kann, in dem eine Topografie einer Kranumgebung erfasst und anschließend eine Bewegungsbahn oder eine Schar von Bewegungsbahnen unter Einbeziehung der ermittelten Topografiedaten ausgewählt wird. Das Verlagern der Last entlang der ausgewählten Bewegungsbahn erfolgt gesteuert.
Mit einem Kran gemäß Anspruch 23 wird verhindert, dass sich langsam verlagernde Objekte unerwünscht in eine ausgewählte Bewegungsbahn bewegen. Dazu wird eine sich mit der Last bewegende radar- oder lasergestützte Abstands-Warnvorrichtung verwendet, die insbesondere in der Nähe des Lasthakens angeordnet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum kollisionsfreien Bewegen eines Krans innerhalb eines Arbeitsraumes zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 24. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch Definieren eines Arbeitstraumes mittels zeitweilig an mindestens einem einschränkenden Hindernis positionierten Positionsermittlungseinrichtungen ein Arbeitsraum definiert werden kann, innerhalb dessen ein Kran in einem automatischen Betrieb selbsttätig und kollisionsfrei bewegbar ist. Der zur Verfügung stehende Arbeitsraum wird über eine Steuereinheit erfasst und dient als Basis für ein gesteuertes Betreiben des Krans.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Krans derart zu schaffen, dass ein Kran in unbekannter Umgebung gesteuert und kollisionsfrei betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 25 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine mit einem Kran bewegte Last, deren Ist-Position mittels einer an der Last angebrachten Positionsermittlungseinrichtung erfasst wird. Ein gesteuertes Verlagern der Last von der Ist-Position zu einer vorgebbaren Soll-Position erfolgt entlang einer ausgewählten Bewegungsbahn oder einer ausgewählten Schar von Bewegungsbahnen, die unter Einbeziehung einer zuvor ermittelten Topografie einer Kranumgebung ein kollisionsfreies Verlagern der Last gewährleistet.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 26 berücksichtigt weiterhin ein Anbringen einer sich mit der Last bewegenden radar- oder lasergestützten Abstands-Warnvorrichtung zur Sicherung einer ausgewählten Bewegungsbahn gegen unerwünschtes Eindringen eines sich langsam verlagernden Objektes.
Im Folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher beschrieben, die schematisch einen Raupenkran mit Gittermastausleger und wippbarem Hilfsausleger zeigt, der mit erfindungsgemäßen Elementen für den Kran und das Kranbetriebssystem ausgestattet ist.
Die einzige Figur stellt schematisch einen Raupenkran mit Gittermastausleger mit Elementen seines Betriebssystems dar.
Gemäß der einzigen Figur weist ein in seinem Aufbau an sich bekannter Raupenkran mit Gittermastausleger einen mit Raupen versehenen Unterwagen 10 auf, auf dem um eine senkrechte Achse drehbar gelagert ein Oberwagen 12 mit Führerhaus 14 angebracht ist. An dem Oberwagen 12 ist um eine waagerechte Achse wippbar ein Gittermastausleger 16 gelagert, an dem wiederum um eine waagerechte Achse wippbar ein Hilfsausleger 18 gelagert ist. Am Oberwagen 12 ist weiter um eine waagerechte Achse schwenkbar ein Gegen- oder Derrickausleger 20 gelagert.
Die Winkelstellungen des Hauptauslegers 16, des Hilfsauslegers 18 und des Derricks 20 können in an sich bekannter Weise über Seile verstellt werden, die über Spreizarme 22, 24 und 26 laufen. Die Verstellung der Winkellagen erfolgt in an sich bekannter Weise mittels nicht dargestellter Stellmotoren, die im Folgenden, weil die jeweiligen Bauteile um waagerechte Achsen verkippt werden, als Wippaktoren bezeichnet werden. Das gesamte Maschinengehäuse 12 ist mittels eines Drehaktors (nicht dargestellt) um eine senkrechte Achse drehbar. Ein Lasthaken 28 ist über ein Seil absenk- und anhebbar, das zwischen Rollen des Lasthakens 28 und am freien Ende des Auslegers 18 angebrachte Rollen zunächst flaschenzugartig und dann längs des Auslegers 18 und des Hauptauslegers 16 direkt zu einem Lastaktor geführt ist.
Als Gegengewicht zu einer am Lasthaken 28 hängenden Last 30 dient ein am freien Ende des Derricks 20 aufgehängtes Gewicht 32.
Erfindungsgemäß sind an verschiedenen Stellen des Krans Positionsermittlungseinrichtungen 36 angebracht, beispielsweise eine Einheit 36a am freien Ende des Hilfsauslegers 18, eine Einheit 36b etwa in der Mitte des Hilfsauslegers 18, eine Einheit 36c im Bereich des freien Endes des Gittermastauslegers 16, eine Einheit 36d im Bereich des freien Endes des Derricks 20 und eine Einheit 36e im Bereich der Schwenkachse des Gittermastauslegers 16.
Eine weitere Positionsermittlungseinrichtung 36f kann direkt am Lasthaken 28 angebracht sein. Weitere Positionsermittlungseinrichtungen 36g und 36h sind an Ecken der Last 30 angebracht.
Die Positionsermittlungseinrichtungen 36 können beispielsweise heutzutage verfügbare handelsübliche GPS-Einheiten sein, die aus von Satelliten eines Global Positioning Systems gesendeten Daten ihre eigene Ist-Position ermitteln und einen Sender enthalten, der die ermittelte Ist-Position zu einer mit einer Antenne 38 versehenen Steuereinheit 40 sendet.
Die mit Hilfe von GPS-Signalen arbeitenden Positionsermittlungseinrichtungen 36 können zusätzliche Technologien zur Vergrößerung der Genauigkeit der ermittelten Position verwenden, beispielsweise die A-GPS-Technologie, die zusätzlich Mobilfunksender benutzt, oder andere Technologien. Auf diese Weise lassen sich Genauigkeiten im Zentimeterbereich in allen drei Raumrichtungen erzielen.
Die Steuereinheit 40 enthält in an sich bekannter Weise Programm- und Datenspeicher, einen Bildschirm 42, eine Tastatur 44, ein Touch Pad 46, einen Joy-Stick 48 für eine dreidimensionale Betätigung und einen Lautsprecher 50.
In der Steuereinheit 40 sind Programme abgelegt, die beispielsweise Menü geführt in Touch-Screen-Technik auf dem Bildschirm 42 aufgerufen werden können und die unterschiedlichster Art sind, wie im Folgenden erläutert wird.
In der einzigen Figur ist eine Baustelle, beispielsweise ein Haus, mit 52 bezeichnet. Das Haus hat eine Öffnung 54, in der die Last 30 abgesetzt werden soll.
Die genaue Position der Öffnung 54 kann in die Steuereinheit 40 mit Hilfe von in ihrem Aufbau den Positionsermittlungseinrichtungen 36 entsprechenden Positionsermittlungseinrichtungen 56a und 56b eingegeben werden, die an Ecken oder Kanten der Öffnung 54 positioniert sind. Die Position der Öffnung 54 kann in die Steuereinheit 40 auch dadurch eingeben werden, dass eine Positionsermittlungseinrichtung 56 jeweils an vorbestimmten Stellen der Öffnung 54 positioniert wird, ihre Position dann an die Steuereinheit 40 sendet und dann an einer weiteren Stelle der Öffnung 54 angeordnet wird, die Position wieder in die Steuereinheit 40 übertragen wird usw. Auf diese Weise kann in der Steuereinheit 40 die Umgebung des Krans mit relevanten Punkten markiert werden und auf dem Bildschirm 42 in einer aus der in Navigationsgeräten bekannten Technik zweidimensional oder dreidimensional angezeigt werden. Ebenso kann der gesamte Kran anhand der an den Positionsermittlungseinrichtungen 36 gesendeten Daten auf dem Bildschirm 42 dargestellt werden.
In der Steuereinheit 40 abgelegte Positionsdaten lassen sich in unterschiedlichster Weise entsprechend aktivierten Programmen nutzen. Ausgänge 58 des Steuergerätes 40 sind mit den Wippaktoren, dem Drehaktor, dem Lastaktor sowie Fahraktoren verbunden, mit denen das Fahrgestell 10 bewegt werden kann. Eingänge 60 des Steuergerätes 40 können mit weiteren Sensoren verbunden sein, beispielsweise einem nicht dargestellten Sensor, der das Gewicht der am Lasthaken 28 hängenden Last anzeigt, einem Sensor, der das Gewicht 32 anzeigt, Sensoren mit Informationen über den Betriebszustand der Maschinenausrüstung usw.
Im Folgenden werden Programme beispielhaft erläutert:
a) Manuelle Steuerung
Auf dem Bildschirm 42 wird die Position der Öffnung 54 und des Gewichtes 30 angezeigt. Mit Hilfe des Joy-Sticks 48 werden die Aktoren des Krans derart betätigt, dass das Gewicht 30 in der Öffnung 54 abgelegt wird. Dabei laufen selbsttätig Unterprogramme ab, die die Wippaktoren, den Drehaktor und den Lastaktor derart betätigen, dass sich die Last 30 zunächst genau über die Öffnung 54 bewegt und dann in der Öffnung 54 abgesenkt wird.
b) Automatischer Betrieb
Insbesondere bei sich wiederholenden Tätigkeiten, beispielsweise dem wiederholtem Bewegen des Lasthakens 28 von einer in der Steuereinheit 40 abgelegten Lastaufnahmestelle zu einer ebenfalls in der Steuereinheit 40 abgelegten Lastablagestelle kann der Kran vollautomatisch betätigt wer den, indem lediglich die Lastaufnahmestelle bzw. die Lastablagestelle als vom Lasthaken 28 anzufahrend eingegeben wird.
c) Automatische Raumüberwachung
Mögliche den Arbeitsbereich des Krans einschränkende Hindernisse werden bezüglich ihrer relevanten Punkte mit Hilfe von dort zeitweilig positionierten Positionsermittlungseinrichtungen in die Steuereinheit 40 eingegeben, so dass der dem Kran zur Verfügung stehende Arbeitsraum in der Steuereinheit 40 bekannt ist. Der Kran wird bei automatischem Betrieb selbsttätig derart betrieben, dass er sich nur innerhalb des freien Arbeitsraumes bewegt. Bei manuellem Betrieb werden optische oder akustische Anzeigen aktiviert, wenn sich ein Teil des Krans an ein Hindernis annähert.
d) Überwachung
Abhängig von der jeweiligen Last 30 sind nur Kippwinkel innerhalb vorbestimmter Bereiche zulässig, die von der Bauart des Krans abhängen. Die Ist-Kippwinkel werden anhand der Positionen der einzelnen Positionsermittlungseinrichtungen bestimmt und derart gesteuert, dass sie innerhalb der zulässigen Bereiche liegen. Sollte ein zulässiger Bereich verlassen werden, erfolgt eine Warnung. Ebenso kann beispielsweise die Verformung des Auslegers 18 anhand der Positionen der Positionsermittlungseinrichtungen 36a, 36b und 36c ermittelt werden. Bei unzulässig hoher Verformung des Auslegers 18 erfolgt eine Warnung.
e) Fahrbetrieb
Mit Hilfe des Joy-Sticks 48 kann der gesamte Kran mittels des Fahrgestells 10 zu einer vorbestimmten Position bewegt werden, wobei die Bewegung derart gesteuert wird, dass sich alle Kranteile innerhalb des hindernisfreien Arbeitsbereichs bewegen.
Die Erfindung kann für weitgehend alle Arten von Kranen eingesetzt werden und ermöglicht einen sicheren Betrieb der entsprechend ausgerüsteten Kran bei weitgehender Freiheit von längs des Krans zu verlegender Leitungen, anzubringenden Sensoren, Kameras usw. Die Steuereinheit 40, die in vielfältiger Weise abgeändert werden kann, kann ortsfest im Führerhaus 14 angeordnet sein, als transportable Einheit ausgebildet sein, die mit dem Kran drahtlos oder über Draht kommuniziert usw.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines zum Heben einer Last (30) ausgebildeten Krans, mit zumindest folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen von wenigstens einer Positionsermittlungseinrichtung (36), die zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist und die eine Sendeeinrichtung umfasst, die zum Aussenden der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) ausgebildet ist, – Anbringen der wenigstens einen Positionsermittlungseinrichtung (36) an einem Kranteil (16, 18, 20) des Krans und/oder an der vom Kran zu hebenden Last (30), – Festlegen von mindestens einer Soll-Position der wenigstens einen Positionsermittlungseinrichtung (36), – Vergleichen der Soll-Position mit der Ist-Position der wenigstens einen Positionsermittlungseinrichtung (36).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt: – Betreiben des Krans derart, dass sich die Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) an die Soll-Position annähert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben des Krans zur Annäherung an die Soll-Position zumindest teilweise selbsttätig von einer Steuereinrichtung (40) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Kran ein Hubseil mit daran angebrachtem Lasthaken (28) aufweist, und das Verfahren die weiteren Schritte umfasst: – Anbringen einer ersten Positionsermittlungseinrichtung (36f) an dem Lasthaken (28) des Krans oder an der Last (30), – Anordnen einer zweiten Positionsermittlungseinrichtung (56) an einer vorbestimmten Soll-Position (54) für die Last (30), – Eingeben der mittels der zweiten Positionsermittlungseinrichtung (56) ermittelten Soll-Position des Lasthakens (28) oder der Last (30) in eine Steuereinrichtung (40).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend die weiteren Schritte: – Bestimmen von mindestens einer Position eines Hindernisses (52), das sich im möglichen Aktionsbereich des Krans, und – Darstellen der mindestens einen Position des Hindernisses auf einer Anzeigeeinrichtung (42), und/oder – Darstellen der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36), die an einem Kranteil (16, 18, 20) des Krans und/oder an der vom Kran zu hebenden Last (30) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend die weiteren Schritte: – Betreiben des Krans derart, dass die Bewegungsbahn des Krans und/oder der Last (30) das Hindernis (52) nicht berührt, durch Vergleich der mindestens einen Position des Hindernisses (52) und der aktuellen Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung (36).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Bestimmens von mindestens einer Position eines Hindernisses (52), das sich im möglichen Aktionsbereich des Krans befindet, durch Platzieren einer Positionsermittlungseinrichtung (36) an den Positionen des Hindernisses er folgt, wobei die Positionsermittlungseinrichtung (36) zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist und eine Sendeeinrichtung umfasst, die zum Aussenden der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–7, mit dem weiteren Schritt: – Erzeugen eines Warnsignals, wenn sich ein Kranteil (16, 18, 20) und/oder die Last (30) dem Hindernis (52) annähern.
Verfahren zum Betreiben eines Krans zum Heben einer Last (30) mit folgenden Verfahrensschritten: – Anbringen von mindestens einer Positionsermittlungseinrichtung (36), die zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist, an einem Kranteil (16, 18, 20, 28) und/oder einer Last (30), die mit Hilfe des Kran gehoben wird, – Eingeben eines zulässigen Bereichs der Ist-Position, und – Ausgeben einer Warnung, wenn die Ist-Position den zulässigen Bereich verlässt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Bereich erlaubter Ist-Positionen von der aktuellen Belastung des Krans abhängt.
Verfahren zum Betreiben eines Krans zum Heben einer Last (30) mit folgenden Verfahrensschritten: – Anbringen von mindestens einer Positionsermittlungseinrichtung (36), die zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist, an einem Kranteil (16, 18, 20, 28) und/oder einer Last (30), die mit Hilfe des Kran gehoben wird, – Betreiben des Krans in einem zulässigen Bereich, und – Aufzeichnen der Ist-Positionen der Positionsermittlungseinrichtung (36).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die aufgezeichneten Ist-Positionen mit im Kranbetrieb bestimmten aktuellen Ist-Positionen zusammen in einer Anzeigeeinrichtung (42; 50) dargestellt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die aktuelle Ist-Position mittels eines Satelliten gestützten Navigationssystems ermittelt wird.
Kranbetriebssystem zum Betreiben eines Krans, mit: – mindestens einer Positionsermittlungseinrichtung (36), die zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist und die eine Sendeeinrichtung umfasst, die zum Aussenden der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) ausgebildet ist, – einem Kran zum Heben einer Last (30), der umfasst: – eine Eingabeeinrichtung (40), die zum Eingeben von mindestens einer Soll-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung (36) ausgebildet ist, – eine Empfangseinrichtung (40), die zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) ausgebildet ist, – eine Vergleichseinrichtung (40), die zum Vergleichen der Soll-Position mit der aktuellen Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung (36) ausgebildet ist.
Kranbetriebssystem nach Anspruch 14, ferner umfassend: – eine Steuereinrichtung (40; 48), die dazu ausgebildet ist, den Kran derart zu betreiben, dass sich die aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) an die Soll-Position annähert.
Kranbetriebssystem nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet ist, die aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36, 56a, 56b) drahtlos auszusenden, und – die Eingabeeinrichtung (40) am Kran dazu ausgebildet ist, die ausgesendete Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36, 56a, 56b) zu empfangen und an die Vergleichseinrichtung (40) weiter zu leiten.
Kranbetriebssystem nach einem der Ansprüche 14–16, ferner umfassend: – eine weitere Positionsermittlungseinrichtung (36), die zum Ermitteln ihrer aktuellen Ist-Position bezogen auf ein vorbestimmtes 3D-Koordinatensystem ausgebildet ist und die eine Sendeeinrichtung umfasst, die zum Aussenden der aktuellen Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) ausgebildet ist, – eine Speichereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die aktuelle Ist-Position der weiteren Positionsermittlungseinrichtung (36) als Soll-Position abzuspeichern.
Kranbetriebssystem nach einem der Ansprüche 14–17, wobei wenigstens eine Sendeeinrichtung der Positionsermittlungseinrichtungen (36) dazu ausgebildet ist, die aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) drahtlos auszusenden.
Kranbetriebssystem nach einem der Ansprüche 14–18, ferner umfassend: – eine Anzeigeeinrichtung (42), die dem Kranbediener zur Verfügung steht und zumindest die aktuelle Ist-Position der Positionsermittlungseinrichtung (36) visuell anzeigt.
Kranbetriebssystem nach einem der Ansprüche 14–19, wobei wenigstens eine Positionsermittlungseinrichtung (36) eine GPS-Positionsermittlungseinrichtung, insbesondere eine AGPS- oder DGPS-Positionsermittlungseinrichtung ist.
Kran, insbesondere zum kollisionsfreien Verlagern einer Last (30), umfassend – mindestens eine Positionsermittlungseinrichtung (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h) an einem Kranteil (16, 18, 20) des Krans und an der Last (30), – mindestens eine Positionsermittlungseinrichtung (56a, 56b), die zumindest zeitweilig an mindestens einem im Bereich des Krans angeordneten Hindernis (52) anbringbar ist, – eine Eingabeeinrichtung zur Festlegung einer Soll-Position der mindestens einen an der Last (30) angebrachten Positionsermittlungseinrichtung (36g, 36h), – eine Steuereinrichtung (40) zur Erfassung einer Abweichung zwischen der Soll-Position und einer Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung (36g, 36h) der Last (30), wobei – die Steuereinrichtung (40) so ausgeführt ist, dass mittels dieser ein freier Arbeitsraum über die Positionsermittlungseinrichtung (56a, 56b) ermittelbar ist und – der Kran mittels der Steuereinrichtung (40) derart steuerbar ist, dass das Kranteil (16, 18, 20) des Krans und die Last (30) auf einer Bewegungsbahn von der Ist-Position zu der Soll-Position das mindestens eine Hindernis (52) nicht berührt, indem ein Vergleich der aktuellen Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h) mit dem freien Arbeitsraum erfolgt.
Kran, insbesondere zum kollisionsfreien Verlagern einer Last (30), umfassend – mindestens eine Positionsermittlungseinrichtung (36f, 36g, 36h) an einem Lasthaken (28) und/oder an der Last (30) des Krans, – eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Ist-Position des Lasthakens (28) und/oder der Last (30), – eine Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Topografie einer Kranumgebung, – eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe einer Soll-Position der Last (30), – eine Auswahleinrichtung zum Auswählen einer Bewegungsbahn oder einer Schar von Bewegungsbahnen, die unter Einbeziehung der ermittelten Topografiedaten ein kollisionsfreies Verlagern der Last (30) von der Ist-Position hin zur Soll-Position ermöglicht, und – eine Steuereinrichtung (40) zum gesteuerten Verlagern der Last (30) entsprechend der ausgewählten Bewegungsbahn.
Kran nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine sich mit der Last (30) bewegende radar- oder lasergestützte Abstands-Warnvorrichtung, die insbesondere benachbart zum Lasthaken (28) untergebracht ist.
Verfahren zum Betreiben eines zum Heben einer Last (30) ausgebildeten Krans, umfassend folgende Schritte: – Anbringen mindestens einer Positionsermittlungseinrichtung (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h) an einem Kranteil (16, 18, 20) des Krans und an der Last (30), – Festlegen einer Soll-Position der mindestens einen an der Last (30) angebrachten Positionsermittlungseinrichtung (36g, 36h), – Erfassen einer Abweichung zwischen der Soll-Position und einer Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung (36g, 36h) der Last (30), – Ermitteln eines freien Arbeitsraums mittels einer Steuereinrichtung (40) und zumindest zeitweilig an mindestens einem Hindernis (52) angebrachten Positionsermittlungseinrichtungen (56a, 56b) und – Steuern des Krans mittels der Steuereinrichtung (40) derart, dass das Kranteil (16, 18, 20) des Krans und die Last (30) auf einer Bewegungsbahn von der Ist-Position zu der Soll-Position das mindestens eine Hindernis (52) nicht berührt, in dem ein Vergleich der aktuellen Ist-Position der mindestens einen Positionsermittlungseinrichtung (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f, 36g, 36h) mit dem freien Arbeitsraum erfolgt.
Verfahren zum Betreiben eines zum Heben einer Last (30) ausgebildeten Krans, umfassend folgende Schritte – Anbringen mindestens einer Positionsermittlungseinrichtung (36f, 36g, 36h) an einem Lasthaken (28) und/oder an der Last (30) des Krans, – Erfassen einer Ist-Position des Lasthakens (28) und/oder der Last (30), – Ermitteln einer Topografie einer Kranumgebung, – Eingeben einer Soll-Position der Last (30), – Auswählen einer Bewegungsbahn oder einer Schar von Bewegungsbahnen, die unter Einbeziehung der ermittelten Topografiedaten ein kollisionsfreies Verlagern der Last (30) von der Ist-Position hin zur Soll-Position ermöglicht, und – gesteuertes Verlagern der Last (30) entsprechend der ausgewählten Bewegungsbahn.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sichern des gesteuerten Verlagerns der Last (30) durch ein Verhindern eines unerwünschten Einbringens sich langsam verlagernder Objekte in die ausgewählte Bewegungsbahn mittels einer sich mit der Last (30) bewegenden radar- oder lasergestützten Abstands-Warnvorrichtung, die insbesondere benachbart zum Lasthaken (28) untergebracht ist.