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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Krans mit einer Überwachungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Kran mit einer Überwachungseinheit.
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Es sind stetig steigende Vorgaben in Bezug auf die Sicherheit beim Betrieb von komplexen Maschinen zu beachten. So auch beim Betrieb von Hebezeugen, insbesondere Krane und mobile Krane. Insbesondere wir angestrebt, immer weniger Kranbewegungen zuzulassen, die nicht von der Kransteuerung, insbesondere der Lastmomentbegrenzung, hinsichtlich ihrer Sicherheit überwacht werden.
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Derzeit wird der Ansatz verfolgt, den Kranbetrieb nur im zulässigen Arbeitsbereich zu gestatten, d.h. die aktuelle Traglast darf eine definierte zulässige Traglast nicht übersteigen. Wird diese Grenze während des Kranbetriebes überschritten, so befindet sich der Kran im unzulässigen Arbeitsbereich. Zur Reduzierung der davon ausgehenden Gefahren erfolgt ein Eingriff der Lastmomentbegrenzung in die Kransteuerung, der bis zur vollständigen Blockade sämtlicher Kranbewegungen führen kann.
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Bisher war ein sogenannter Schlüsselschalter vorgesehen, welcher das Ausführen von Kranbewegungen ohne oder nur mit teilweise aktiver Lastmomentbegrenzung ermöglichte. Nützlich war diese Funktion zum Herstellen der Arbeitsbereitschaft des Krans oder auch zum Herausfahren aus einem nicht zulässigen Arbeitsbereich, wenn beispielsweise die Lastmomentbegrenzung eine Kranbewegung gestoppt hat.
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Wird nun ein Schlüsselschalter nicht mehr eingebaut, können Kranbewegungen nur dann ausgeführt werden, wenn diese im zulässigen Traglastbereich erfolgen. Ist der Kran aber in einen nicht zulässigen Bereich gefahren worden, so unterbricht die Lastmomentbegrenzung die aktuelle Kranbewegung und blockiert alle weiteren Kranbewegungen.
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Die Abhängigkeit der zulässigen Traglast von verschiedenen Rüst- und Zustandsparametern von Kranen wird üblicherweise in Form sogenannter Traglasttabellen wiedergegeben. Die Tabellen beinhalten zulässige Traglastwerte für unterschiedliche Kranparameter, beispielsweise die Ausladung und die Auslegerlänge. Je größer die Ausladungen und Auslegerlänge desto geringer ist die zulässige Traglast.
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Bekannte Krane werden derart betrieben, dass die Parameter soweit verändert werden, bis die zulässige Traglast der tatsächlichen Traglast entspricht. Sobald dieser Grenzwert erreicht ist, wird eine weitere Parameteränderung unterbunden, wobei das Abbremsen der entsprechenden Kranbewegung oder der Bewegung eines Kranbauteils schlagartig erfolgt. Ein schlagartiges Abbremsen der Kranbewegung führt jedoch nachteilig zu einem Pendeln der Last und zu einer besonders hohen Beanspruchung einzelner Antriebskomponenten. Aus diesem Grund sieht die
DE 10 2005 035 729 A1 vor, einzelne Parameter zu verändern, falls die aktuelle Traglast sich der maximal zulässigen Traglast annähert. Die zulässige Traglast wird jeweils anhand der hinterlegten Traglasttabellen bestimmt.
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Aus der
DE 10 2006 040 782 A1 ist ein Sicherungs- und Steuerungsverfahren für Krane bekannt. Gemäß dem Verfahren sollen zunächst mögliche Schadensereignisse für aktuelle Bewegungsvektoren der Krane ermittelt werden und eine Warnfunktion aktiviert werden, sofern vorgegeebene Bewegungsvektoren zu Schadensereigbnissen führen. Eine Ermittlung von Schadensereigbnissen kann zudem auf Grundlage zukünftiger Bewegunsvektoren erfolgen.
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Die
DE 10 2005 059 768 A1 offenbart die Verwendung eines Einsatzplaners auf einem Kran zur redundanten Kran Überwachung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Überlastsicherung an Kranen weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließenden abhängigen Ansprüche.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Krans mit einer Überwachungseinheit vorgeschlagen, wobei die Überwachungseinheit eine von einem oder mehreren veränderbaren Parametern abhängige zulässige Traglast während des Kranbetriebs berechnet. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt keine oder keine vollständige Traglasttabelle voraus. Die Berechnung erfolgt während des Kranbetriebs auf dem Kran.
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Der oder die aktuellen veränderbaren Parameter sind beliebig. Ein oder mehrere Parameter charakterisieren beispielsweise die aktuelle Krankonfiguration oder ausgeführte Kranbewegungen bzw. -aktivitäten. Bei dem Parameter kann es sich um einen die Position des Krans oder eines Kranbauteils betreffenden Parameter handeln.
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Bei wenigstens einem Parameter kann es sich um die Auslegerlänge, den Auslegerwinkel, den Direktballastradius und bzw. oder den Drehwinkel der Drehbühne handeln. Es handelt sich, wie ausgeführt, hierbei um Beispiele, selbstverständlich sind auch andere Parameter denkbar.
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Zudem ist eine Sensorik vorgesehen, die die aktuellen veränderbaren Parameter während des Kranbetriebs erfasst und der Überwachungseinheit zur Verfügung stellt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein oder mehrere Sensorwerte vor der Berechnung der zulässigen Traglast modifiziert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die zulässige Traglast für ein oder mehrere zukünftige Parameter zu bestimmen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt folglich eine vorausschauende Berechnung der möglichen zulässigen Traglast für zukünftige Kranbewegungen. Die Überwachungseinheit des Krans berechnet also in Echtzeit auf dem Kran und zu jeder Zeit, welche zulässigen Traglasten bei Fortführung der aktuell ausgeführten Kranbewegungen in naher Zukunft auftreten werden. Weitergehend lassen sich umfangreiche Prognosen für die Entwicklung der zukünftigen zulässigen Traglast in Abhängigkeit aktueller und zukünftiger Kranaktivitäten anstellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine umfassende Erweiterung eines bestehenden Krans bzw. einer Überwachungseinheit. Vielmehr sind geringfügige Modifikationen ausreichend, um bestehende Systeme für die Ausführung des Verfahrens anzupassen. Es sind lediglich Mittel zur Manipulation der erfassten Sensorwerte vorzusehen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Überwachungseinheit in Abhängigkeit der berechneten zulässigen Traglast wenigstens einen Parameter während des Kranbetriebs verändert, um die zulässige Traglast zu kontrollieren. Beispielsweise lässt sich die Geschwindigkeit der Parameterveränderung kontinuierlich oder stufenweise verringern bzw. stoppen, bevor ein Parameterwert erreicht wird, bei dem die zulässige Traglast der tatsächlichen Traglast entspricht. Damit reagiert die Überwachungseinheit, sobald sich die Traglast in Richtung null verändert. Eine anhängige Kranbewegung kann rechtzeitig verlangsamt bzw. gestoppt werden, um ein Überschreiten der zulässigen Traglast zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Ausgabe bzw. Anzeige einer möglichen Überschreitung bzw. einer Annäherung an eine mögliche Überschreitung an den Kranbediener erfolgen.
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Die Verringerung kann kontinuierlich erfolgen oder auch stufenweise. Die Verringerung der Geschwindigkeit kann zum Beispiel derart erfolgen, dass diese beim oder vor dem Erreichen der Übereinstimmung zwischen zulässiger und tatsächlicher Traglast von einem gegenüber der sonstigen Veränderungsgeschwindigkeit verringerten Wert gestuft auf null verringert wird oder dass der Wert null durch kontinuierliche Verringerung der Geschwindigkeit erreicht wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeit der Parameterveränderung ab einer Differenz zwischen tatsächlicher und zulässiger Traglast, d. h. über einen bestimmten Restweg kontinuierlich oder stufenweise verringert wird.
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Diese Differenz kann einen konstanten Wert annehmen oder einen Wert, der von der tatsächlichen und bzw. oder zulässigen Traglast oder deren Differenz oder dem Verhältnis dieser Differenz zu der tatsächlichen und bzw. oder zulässigen Traglast abhängt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Veränderung des oder der Parameter derart vorgenommen wird, dass die tatsächliche Traglast die zulässige Traglast nicht übersteigen kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch gezielte Modifikation wenigstens eines Sensorwertes geprüft wird, welche Parameteränderung bzw. Parameteränderungen zu einer Abnahme der tatsächlichen Traglast und bzw. oder zu einer Zunahme der zulässigen Traglast führen. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Kran sich bereits in einem unzulässigen Betriebsbereich befindet, d. h. die aktuelle Traglast eine zulässige Traglast überschreitet bzw. dieser entspricht. In diesem Fall zeigt das Verfahren bevorzugte Kranbewegungen auf, die ein besonders schnelles und sicheres Herausfahren aus dem nicht zulässigen Bereich ermöglichen.
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Vorzugsweise wird jegliche Kranbewegung gestoppt, sobald die aktuelle Traglast die zulässige Traglast übersteigt bzw. dieser entspricht. Nachfolgend werden dem Kranbediener ein oder mehrere mögliche Parameteränderungen, d. h. Kranbewegungen zur Auswahl gestellt, um den Kran sicher und zuverlässig aus dem nicht zulässigen Bereich herausfahren zu können.
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Es kann ausreichend sein, dem Kranbediener eine mögliche Parameteränderung anzuzeigen. Besser ist es jedoch, dem Bediener eine Auswahl an möglichen Parameteränderungen zur Verfügung zu stellen.
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Zudem ist es zweckmäßig, nur die Parameteränderungen durch die Kransteuerung freizugeben, die ein möglichst sicheres und schnelles Herausfahren aus dem nicht zulässigen Betriebsbereich ermöglichen. Übrige Kranbewegungen bzw. Parameteränderungen werden begrenzt oder vollständig blockiert.
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Die Erfindung betrifft zudem einen Kran mit einer Überwachungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens. Der Kran weist offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie das erfindungsgemäße Verfahren auf, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.
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Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Kranüberwachungseinheit für einen Kran zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens. Die Kranüberwachungseinheit entspricht vorzugsweise einer Lastmomentbegrenzung.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Datenträger mit einer gespeicherten Software für eine Kranüberwachungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorteilhaften Ausgestaltung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Überwachungseinheit und
- 2: ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
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Das dargestellte System der 1 zeigt eine Lastmomentbegrenzung 20, die während des Kranbetriebs sämtliche Kranbewegungen hinsichtlich ihrer Sicherheit überwacht und gegebenenfalls eine Sicherheitsabschaltung bzw. Beschränkung der zulässigen Kranbewegung auslöst.
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Die Lastmomentbegrenzung 20 erhält während des Kranbetriebs von einer Vielzahl an Sensoren 10 Messwerte, die einzelne Parameter während des Kranbetriebs charakterisieren. Es sei darauf hingewiesen, dass 1 lediglich beispielhaft eine Anzahl von drei Sensoren zeigt. In einer realistischen Umgebung basiert das System jedoch auf einer Vielzahl von Sensoren, wobei deren Anzahl nicht beschränkt ist.
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Die einzelnen Messwerte der Sensoren 10 kennzeichnen zum Beispiel den Drehwinkel, Wippwinkel oder auch Zylinderdruck des Wippzylinders des Krans. Auf Grundlage der bereitgestellten Sensordaten berechnet die Lastmomentbegrenzung die zulässige Traglast für den aktuellen Kranzustand.
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Um die Sicherheit während des Kranbetriebs gewährleisten zu können, soll dieser ausschließlich im zulässigen Arbeitsbereich betrieben werden. Der zulässige Bereich kennzeichnet sich dadurch, dass die aktuelle Traglast des Krans geringer als die zulässige Traglast im aktuellen Betriebszustand ist. Übersteigt die aktuelle Traglast den zulässigen Wert, so arbeitet der Kran im nicht zulässigen Bereich.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll erreicht werden, dass die Lastmomentbegrenzung ein frühzeitiges Abbremsen der Kranbewegung vor dem Eintreten in einen nicht zulässigen Arbeitsbereich auslöst. Darüber hinaus soll auch eine eingeschränkte Kranbewegung im nicht zulässigen Bereich unter bestimmten Umständen ermöglicht werden und dennoch eine Überwachung der Sicherheit des Krans durch die Lastmomentbegrenzung erfolgen.
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Hierzu werden die Sensorwerte 11, 12, 13 für die Berechnung der Vorausschau der zulässigen Traglast gezielt in geeignet gewählten Schritten verändert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 wird der Sensorwert 11 des Sensors 1 manipuliert, um die zulässige Traglast für diesen zukünftigen Parameter, d. h. zukünftigen IST-Wert des Sensors 1, berechnen zu können. Die Lastmomentbegrenzung 20 berechnet für die veränderten Sensorwerte die Zulässigkeit der Kranbewegung und kann daher abschätzen, wann der Kran unter Beibehaltung der aktuellen Kranbewegung in einen nicht zulässigen Bereich gesteuert wird.
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Jedes bestehende System aus Sensoren 10 und Lastmomentbegrenzung 20 kann durch Integration der Mittel 50 erweitert werden, um eine gezielte Manipulation wenigstens eines Sensorwertes 11 ausführen zu können.
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Die Lastmomentbegrenzung 20 berechnet also in Realzeit auf dem Kran und zu jeder Zeit, welche zulässigen Traglasten bei Fortführung der aktuell ausgeführten Kranbewegung in naher Zukunft auftreten werden. Mit Hilfe der prognostizierten Entwicklung der Traglast kann die Lastmomentbegrenzung frühzeitig erkennen, ob die zulässige Traglast gegen den Wert null konvergiert. In diesem Fall kann die Kranbewegung rechtzeitig abgebremst bzw. vollständig angehalten werden. Ebenso ist eine Ausgabe eines entsprechenden Warnhinweises an den Kranbediener möglich.
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Zusätzlich kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine eingeschränkte Kranbewegung im nicht zulässigen Bereich ermöglicht werden, welche gleichzeitig von der Lastmomentbegrenzung 20 überwacht wird. Hierbei ist zu beachten, dass die Lastmomentbegrenzung 20 die Aufgabe hat, eine Kranbewegung wesentlich bevor dem Auftreten tatsächlicher Störungen bzw. eines Unfalls zu stoppen. Der Betrieb im nicht zulässigen Bereich bedeutet also keine akute Gefahrensituation, sondern lediglich das Überschreiten eines speziell definierten Grenzwertes.
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Das Ablaufdiagramm der 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Überprüfen zulässiger Kranbewegungen im nicht zulässigen Bereich. Der Zustand 100 kennzeichnet den regulären Kranbetrieb, die Kranbewegung wird im Verfahrensschritt 110 ungehindert ausgeführt und kontinuierlich durch die Lastmomentbegrenzung 20 im Block 120 auf Einhaltung der zulässigen Traglast überwacht.
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Durch die erfindungsgemäße vorausschauende Berechnung der zulässigen Traglast kann die Kranbewegung rechtzeitig verlangsamt bzw. vollständig gestoppt werden. Ist ein derartiger Notstopp erfolgt, geht die Lastmomentbegrenzung 20 zum Verfahrensschritt 200 über. Hier wird aus der berechneten Vorausschau ermittelt, mit welcher oder welchen Kranbewegungen der Kran auf sichere Art und Weise wieder aus dem nicht zulässigen Bereich gefahren werden kann. Dem Bediener wird zudem eine mögliche Auswahl angezeigt. Der Kranbediener kann folglich die situationsabhängig günstigste Variante wählen. Im Schritt 300 wird die Freigabe der ausgewählten Kranbewegung geprüft. Hierdurch wird sichergestellt, dass nur die von der Lastmomentbegrenzung freigegebenen und im Schritt 200 angezeigten Kranbewegungen ausgeführt und übrige Kranbewegungen blockiert werden.
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Wählt der Bediener eine freigegebene Bewegung aus, so wird diese ausgeführt 400 und kontinuierlich durch die Lastmomentbegrenzung überwacht 500. Führt die Kranbewegung nicht zum erwünschten Ergebnis, d.h. zum verlassen des nicht zulässigen Bereichs, so wird erneut ein Sicherheitsstopp durch die Lastmomentbegrenzung ausgelöst. Erst nach Verlassen des unzulässigen Arbeitsbereichs tritt die Lastmomentbegrenzung in den regulären Zustand 100 und schaltet sämtliche Kranbewegungen frei.
