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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Kransicherheit eines Krans sowie einen Kran mit einer variablen Abstützbasis.
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Es ist bekannt, die Kransicherheit mittels einer Kransteuerung während des Kranbetriebes zu überwachen. Die Gewährleistung der Kransicherheit basiert auf der Einhaltung diverser Sicherheitskriterien. Als mögliche Sicherheitskriterien werden beispielhaft die Bauteilfestigkeit von Auslegersystemen, Hubseilen, Lasthaken, Drehkranz, Wippzylinder, mechanischen Verbindungen etc. einerseits und die Standsicherheit des Krans andererseits genannt. Die Standsicherheit des Krans betreffende Kriterien sind beispielsweise das Kippen des Krans in Lastrichtung, Kippen des Krans in Gegenlastrichtung, Windgeschwindigkeit, der geplante Oberwagendrehwinkel etc. Zu jedem dieser Kriterien sind zulässige Grenzwerte bestimmbar, die für die Gewährleistung der Kransicherheit während des Kranbetriebs gesondert auf Einhaltung überwacht werden müssen.
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Der Überwachungsprozess wird durch eine implementierte Kransteuerung, insbesondere der Lastmomentbegrenzung des Krans, automatisiert ausgeführt. Überwachungsereignisse können anzeigt und gegebenenfalls zum Eingriff in die Kranbewegung führen.
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Bei der Herstellung und Prüfung des Krans werden vorab für alle genannten Kriterien sogenannte Traglasttabellen errechnet, deren Tabelleneinträge für konkrete Krankonfigurationen maximal zulässige Traglasten definieren.
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In der Regel wird ein Kran abgestützt betrieben, wobei die Größe der Abstützbasis abhängig von dem Ausschiebezustand bzw. Ausklappzustand der Schiebe- bzw. Klappholme der Abstützvorrichtung ist. Falls eine symmetrische Abstützung aufstellortbedingt unmöglich ist, schlägt die
EP 0 779 238 B1 vor, die gesamte Abstützbasis auf den kleinsten vorhandenen Ausschiebezustand bzw. Ausklappzustand zu reduzieren. Nachteilig geht bei dieser Vorgehensweise in weiten Teilen des Oberwagendrehwinkels tatsächlich vorhandene Traglast verloren. Zudem ist in dieser Ausführungsform die Position der Schiebe- bzw. Klappholme auf vorgegebene konkrete Stellungen begrenzt, da der Kranbetrieb nur für eine begrenzte Anzahl von Abstützstellungen zulässig ist.
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Eine alternative Lösung schlägt die
EP 0 779 238 B1 vor. Diese legt einzelne Drehwinkelbereiche für den Oberwagen fest und gibt für jeden Bereich eine einheitliche maximale Traglast vor. Diese bestimmte maximale Traglast entspricht jeweils der kleinsten in den einzelnen Bereichen zulässigen Traglast. Auch bei dieser Lösung geht aufgrund des Sprunges zwischen den Drehwinkelbereichen tatsächlich vorhandene Traglast verloren.
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Aus der
DE 20 2006 017 730 U1 ist ein alternativer Ansatz bekannt. Die vorgenannten Sicherheitskriterien werden nicht mehr ausschließlich anhand von vorgerechneten und abgespeicherten Traglasttabellen überwacht, sondern ein Teil dieser Kriterien wird auch einzeln gegenüber der aktuell auf dem Kran vorliegenden Werte überwacht. Hierdurch wird eine gewisse Diversität in der Kranüberwachung erzielt, jedoch kann aufgrund des Rückgriffs auf einzelne Traglasttabellen die maximal mögliche Traglast nicht ausgeschöpft werden.
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Die
DE 10 2005 035 460 A1 schlägt vor, aus den vorhandenen Traglasttabellen für bestimmte Kranzustände einzelne Stützstellen herauszunehmen und basierend auf diesen Stützwerten mittels Interpolation die aktuell vorliegende maximale Traglast zu ermitteln. Auch hier unterliegt die bestimmte zulässige Traglast einer gewissen Ungenauigkeit, was gegebenenfalls zu einem spürbaren Verlust von maximaler Traglast führt.
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Den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsvarianten ist es gemein, dass stets auf vorberechnete Traglasttabellen zurückgegriffen wird. Eine variable Krankonfiguration, insbesondere eine variable Abstützbasis, führt jedoch zu einer unendlichen Anzahl von möglichen Krankonfigurationen und entsprechenden Traglasttabellen. Es ist wünschenswert, die Krankonfiguration insbesondere am Einsatzort möglichst flexibel gestalten zu können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Überwachung der Kransicherheit aufzuzeigen, das die vorangehend beschriebene Problematik zu überwinden weiß.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand der nachfolgenden abhängigen Ansprüche.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Überwachung der Kransicherheit eines Krans mit einer variablen Abstützbasis sowie einer Überwachungseinheit vorgeschlagen. Die Abstützbasis bestimmt sich aus dem Ausfahr- bzw. Ausklappzustand der Abstützvorrichtung. Die Überwachungseinheit überwacht mehrere Sicherheitskriterien während des Kranbetriebs zur Gewährleistung der Kransicherheit.
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Die einzelnen Sicherheitskriterien können beispielsweise die Bauteilfestigkeit, Bauteilbelastung sowie die Standsicherheit des Krans betreffen. Insbesondere fallen hierunter das Kippen des Krans in Lastrichtung, Kippen des Krans in Gegenlastrichtung, Reißen des Hubseils, Bauteilfestigkeit des Auslegersystems, Windgeschwindigkeit, Lastgrenzen des Unterwagens, Festigkeit des Lasthakens, Drehkranzbelastung, Wippzylinderfestigkeit, Festigkeit der mechanischen Verbindungen sowie der beabsichtigte zu verwendende Drehwinkel des Oberwagens mit Ausleger während des Kraneinsatzes.
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Konkretisierte Berechnungsbeispiele für die Überwachung einzelne Kriterien sind beispielsweise die kleine Prüflast, die große Prüflast, Lastabriss, Kippwinkel, Kippen nach hinten ohne Last sowie insgesamt weit mehr als 30 Kriterien. Einzelne Kriterien können beispielsweise in entsprechender DIN-Norm spezifiziert sein.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Überwachungseinheit für jedes Kriterium, das von wenigstens einem die Krankonfiguration und/oder Kranbewegung während des Kranbetriebs betreffenden Parameter abhängig ist, ein zulässiger spezifischer Grenzwert während des Kranbetriebs berechnet wird. Es wird demnach vollständig auf die Berücksichtigung einer Traglasttabelle für entsprechende Kriterien verzichtet.
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Ein Kriterium ist von wenigstens einem die Krankonfiguration und/oder Kranbewegung während des Kranbetriebs betreffenden Parameter abhängig, sobald die tatsächliche Krankonfiguration am Einsatzort bzw. während des Kranbetriebs Einfluss auf die Einhaltung des Kriteriums hat. Hierunter fällt neben der Rüstkonfiguration auch jede Kranbewegung, die Einfluss auf ein entsprechendes Kriterium hat. Beispielsweise die aktuelle Auslegerstellungen, die Abstützbasis, der Oberwagendrehwinkel etc..
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Wenigstens ein spezifischer Grenzwert stellt die zulässige spezifische Traglast dar, bis zu der ein entsprechendes Kriterium eingehalten und die Kransicherheit nicht gefährdet wird.
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Die einzelnen spezifischen Grenzwerte bzw. zulässigen spezifischen Traglasten können getrennt während des Kranbetriebs überwacht werden und mit den tatsächlich vorliegenden Kranzustandswerten verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann es vorteilhaft sein, aus den einzelnen zulässigen spezifischen Grenzwerten bzw. Traglasten eine gemeinsame zulässige Traglast zu ermitteln. In diesem Fall wird für jeden Kranzustand bzw. Krankonfiguration eine gemeinsame maximal zulässige Traglast bestimmt.
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Durch das Rechnen der Kriterien auf dem Kran ergibt sich in jeder Situation die maximal mögliche Traglast, die sich aus den Kriterien für die aktuelle Situation ergeben. Dies ist der herausragende Vorteil gegenüber vorgerechneten Tabellen, die immer ein Minimum über bestimmte Dimensionen darstellen und die mögliche Traglast des Krans niemals vollständig ausschöpfen können. Die nicht mehr vorgerechneten Kriterien werden erfindungsgemäß zur Laufzeit, also während des Kranbetriebes, auf dem Kran gerechnet. Die erfindungsgemäße Ausführung des Verfahrens führt nunmehr zu einem Verfahren bzw. einer Überwachungseinrichtung, die eine beliebige Abstützbasis, d. h. eine beliebige Stellung der Abstützholme zulässt und gleichzeitig überwacht. Bisher war zwar eine beliebige Stellung mechanisch möglich, jedoch wurde diese nicht für jeden Fall von der Überwachungseinrichtung abgesichert.
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Es kann zweckmäßig sein, dass für die Berechnung der gemeinsamen zulässigen Traglast die einzelnen Kriterien in wenigstens zwei unterschiedliche Kriterienarten aufgeteilt werden. Beispielsweise werden die einzelnen Kriterien in linear abhängige sowie linear unabhängige Kriterienarten aufgeteilt. Linear abhängig bedeutet vorzugsweise, dass ein derartiges Kriterium von wenigstens einem weiteren Kriterium abhängt. Insbesondere kann wenigstens ein linear abhängiges Kriterium von wenigstens einem berechneten spezifischen Grenzwert/Traglast wenigstens eines weiteren linear abhängigen und/oder linear unabhängigen Kriteriums abhängig sein.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass in einem ersten Schritt für jedes linear unabhängige Kriterium die zulässige spezifische Traglast berechnet wird. Aus der Menge der spezifischen Traglasten für die linear unabhängigen Kriterien wird im Anschluss das Minimum dieser Traglasten bestimmt. Die zulässige Traglast der linear abhängigen Kriterien wird mittels Iteration ermittelt. Denkbar ist es, dass die Iteration mit dem Minimum der zulässigen Traglasten der linear unabhängigen Kriterien beginnt und ein Minimum der Traglasten der linear abhängigen Kriterien ermittelt, was zugleich der gemeinsamen zulässigen Traglast für den Kran entspricht.
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Zur Beschleunigung des Verfahrens für die Ermittlung der zulässigen Traglast kann beispielsweise auf die Sektion, insbesondere fortgesetzte Bisektion, gesetzt werden. Hierdurch lässt sich die Berechnungszeit für die Ermittlung der zulässigen Traglast verringern.
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Es besteht die Möglichkeit, zusätzlich zum erfindungsgemäßen Verfahren ein oder mehrere Traglasttabellen in einer Speichereinheit des Krans zu hinterlegen und für die Überwachung des Krans zu berücksichtigen. Bei den gespeicherten Traglasttabellen handelt es sich jedoch ausschließlich um solche, die nicht von einem die Krankonfiguration und/oder Kranbewegung während des Kranbetriebes betreffenden Parameter abhängig sind. Bei der Erstellung der Traglasttabellen werden alle Kriterien, die von wenigstens einem die Krankonfiguration während des Kranbetriebs betreffenden Parameter abhängig sind, ausgeschlossen. Folglich werden hauptsächlich festigkeitsrelevante Traglastbeschränkungen auf dem Kran als vorgerechnete Traglasttabellen hinterlegt. Diese beinhalten Grenzwerte, deren Einhaltung eine nachhaltige Schädigung des Krans durch mechanisches Überlasten, beispielsweise durch Lastaufnahme, vermeidet.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Kran mit einer variablen Abstützbasis und einer Überwachungseinrichtung. Erfindungsgemäß führt die Überwachungseinrichtung das voranstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus. Die Vorteile und Eigenschaften des Krans entsprechen offensichtlich denen des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb an dieser Stelle auf eine erneute Beschreibung verzichtet werden soll.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kranüberwachungseinrichtung, insbesondere eine Lastmomentbegrenzung, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Datenträger mit einer gespeicherten Software zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens auf einer Kranüberwachungseinrichtung. Die Vorteile und Eigenschaften der Kranüberwachungseinrichtung bzw. des Datenträgers entsprechen offensichtlich denen des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb auch hier auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 bis 4: eine graphische Darstellung der Traglastverteilung in Abhängigkeit des Oberwagendrehwinkels bzw. der maximalen Ausladung, berechnet nach einem Verfahren gemäß Stand der Technik und
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5 bis 8: eine graphische Darstellung der Traglastverteilung in Abhängigkeit des Oberwagendrehwinkels sowie der maximalen Ausladung, berechnet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die 1 bis 8 zeigen die Verteilung der zulässigen Traglast eines Krans in Abhängigkeit seiner Ausladung bzw. des Oberwagendrehwinkels. Der zentral skizzierte Kran umfasst einen Unterwagen, einen auf den Unterwagen drehbar aufgesetzten Oberwagen und eine variable Abstützung. Die variable Abstützung umfasst insgesamt vier Schiebeholme, die in unterschiedliche Stützstellungen ausfahrbar sind. Zudem ist am Oberwagen ein wippbarer Kranausleger angeordnet, der teleskopierbar ausgestaltet sein kann. Während des Kranbetriebs hängt die aktuelle Traglast vom Drehwinkel des Oberwagens sowie der Lastausladung, d. h. dem Wippwinkel des Auslegers, ab.
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Eine Überwachungseinrichtung des Krans überwacht die Einhaltung der zulässigen Traglast während des Kranbetriebs. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine beliebige Stellung der Abstützholme nicht nur zugelassen sondern gleichzeitig durch die Überwachungseinrichtung überwacht.
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Der Kran bzw. die Überwachungseinrichtung greift auf wenige Traglasttabellen zurück, die festigkeitsrelevante Traglastbeschränkungen des Krans beinhalten. Diese sollen beispielsweise eine nachhaltige Schädigung des Krans durch mechanisches Überlasten verhindern. Für Sicherheitskriterien, die von ein oder mehreren Betriebsparametern des Krans abhängen, erfolgt die Berechnung der zulässigen Traglast zur Laufzeit auf dem Kran durch die Überwachungseinrichtung, d. h. also während des Kranbetriebes. Unter anderem werden folgende Kriterien gerechnet:
- – Kleine Prüflast gemäß DIN 15019 Teil 2
- – Große Prüflast gemäß DIN 15019 Teil 2
- – Lastabriss gemäß DIN 15019 Teil 2
- – Kippwinkel gemäß DE 13000 Anhang F
- – Kippen nach hinten ohne Last gemäß BS 1757 und ISO 43053.3.2
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Zusätzlich können insgesamt mehr als 30 Kriterien gerechnet werden. Das Rechnen der Kriterien auf dem Kran erlaubt es, in jeder Situation die maximal mögliche Traglast auszuschöpfen und nicht auf interpolations bzw. schätzungsbedingte Ungenauigkeiten Rücksicht nehmen zu müssen, die aus Sicherheitsgründen stets eine konservativ bestimmte zulässige Traglast erfordern.
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Zur Berechnung der zulässigen Traglast werden die Kriterien in verschiedene, d. h. in mindestens zwei unterschiedliche Berechnungsarten aufgeteilt. Beispielsweise gilt für die Berechnung der großen Prüflast eine linear unabhängige Berechnungsart. Die große Prüflast berechnet sich mittels der folgenden Formel
wobei die Kipplast die Last bei der der Kran kippt darstellt und das Auslegerkopfgewicht durch einen definierten Gewichtsanteil am Ausleger definiert ist. Für die linear abhängige Berechnungsart kann beispielsweise das Kriterium der kleinen Prüflast herangezogen werden, die sich nach der Formel:
berechnet. Auch hier stellt die Kipplast die Last bei der der Kran kippt dar. Hdyn charakterisiert den dynamischen Hublastbeiwert. W führt den Windeinfluss in die Berechnung ein, der unter Berücksichtigung der Traglast berechnet wird. Die kleine Prüflast ist demnach von der berechneten Traglast wenigstens eines Kriteriums abhängig, was als linear abhängig bezeichnet wird. Denkbar ist es ebenfalls, dass die Berechnung rekursiv ist. Für die Berechnung des Windeinflusses werden beispielsweise 1,2 m
2 Windangriffsfläche pro 1 t Traglast angenommen.
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Der Algorithmus zur Berechnung teilt die Kriterien in linear abhängige und linear unabhängige Kriterien ein. Im ersten Schritt wird für jedes linear unabhängige Kriterium die zulässige Traglast ermittelt. Anschließend wird das Minimum dieser TLKriterienA dieser Traglasten bestimmt und festgehalten.
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In einem zweiten Verfahrensschritt wird eine Iteration der zulässigen Traglast mit dem zuvor bestimmten Minimum TLKriterienA als Startwert durchgeführt. In der Iteration wird in jedem Schritt das linear abhängige Kriterium auf dessen Zulässigkeit geprüft. Ist das Kriterium zulässig, so wird zum nächsten Kriterium übergegangen. Sobald ein Kriterium nicht mehr zulässig ist, wird zum nächsten Iterationsschritt in dem betreffenden Kriterium gesprungen ohne dabei eine weitere Prüfung der übrigen Kriterien auszuführen.
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Mit dieser neuen Traglast TL wird der zweite Schritt erneut gestartet. Dies erfolgt solange, bis der zweite Schritt für alle Kriterien eine zulässige Traglast TLKriterienB liefert. Diese wird zur zulässigen maximalen Traglast TL. Nach Ausführung der n-Iterationsschritte soll das erfindungsgemäße Verfahren einen möglichst großen Wert für die zulässige Traglast TL liefern. Die Ermittlung der Traglast TL kann auch mit Hilfe der fortgesetzten Bisektion ausgeführt werden.
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Die Vorteile der Erfindung sollen anhand der Darstellungen der 5 bis 8 sowie der Traglastdarstellungen gemäß dem Stand der Technik (1 bis 4) erläutert werden.
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Die Skala am rechten Bildrand ordnet den Grauwerten entsprechende Traglastwerte zu. Die Krankonfigurationen der 1 und 5, 2 und 6, 3 und 7 sowie 4 und 8 sind jeweils identisch und werden für den Vergleich herangezogen.
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In allen Figuren sind drei Teleskopschüsse des Auslegersystems zu 46% ausgefahren. Die Schiebeholme der Abstützung sind in der Krankonfiguration gemäß den 1 und 5 vollständig ausgefahren und ermöglichen eine maximale Abstützbasis. Die Konfiguration der 2 und 6 sieht demgegenüber vor, den Kran ohne Abstützung zu betreiben und die Schiebeholme vollständig eingefahren zu belassen. Der Kran gemäß den 3 und 7 arbeitet mit einer eingeschränkten Abstützung, wobei zwei auf einer Kranseite liegende Schiebeholme vollständig ausgefahren und die gegenüberliegenden Holme vollständig eingefahren sind. Die Krankonfiguration der 4 und 8 sieht einen Kranbetrieb mit drei vollständig ausgefahren und einem eingefahrenem Schiebeholm vor.
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Die Darstellung der zulässigen Traglast in den 5 bis 8 basiert auf einer Berechnung während des Kranbetriebes auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens, wohingegen die Darstellung der 1 bis 4 auf den Einsatz von Traglasttabellen setzt, die vor dem Kranbetrieb mit Hilfe eines Einsatzplaners erstellt wurden.
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Besonders der Vergleich der 2 und 6 zeigt den wesentlichen Gewinn an Traglast, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbar ist. Das Verfahren aus dem Stand der Technik nimmt eine minimale Abstützbasis für den Gesamtumfang des Drehwinkels an, wohingegen das erfindungsgemäße Verfahren diese exakt während des Kranbetriebs berechnet und damit zu unterschiedlichen zulässigen Traglasten über den Drehwinkelbereich gelangt. Insbesondere wird an der Vorder- und Rückseite des Krans keine zulässige Traglast verschenkt, da in diesem Drehwinkelbereich die fehlende Abstützvorrichtung durch die Kranlängsabmessung kompensiert wird und damit höher als im Seitenbereich des Krans ist.
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Interessant ist nicht nur die Außenkontur des Traglastverlaufs, sondern auch die Innenkontur, d. h. das weiße Feld um die Drehachse des Oberwagens. Dieser Bereich zeigt den nicht zulässigen Bereich, da hier ein Kippen nach hinten aufgrund des Kranballastes erfolgen kann. Auch in diesem Fall kann gemäß 6 dieser unzulässige Bereich deutlich gegenüber dem Bereich aus 2 reduziert werden.
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Der Gewinn an zulässiger Traglast aufgrund der optimierten Berechnung wird auch in den übrigen 5, 7 und 8 deutlich. Die Außenkontur zeigt auch hier ganz klar den Gewinn an Traglast. Im Bereich in dem sich der Ausleger über einem der Schiebeholme, d. h. auf der Krandiagonale befindet, kann auch ein wesentlicher Traglastzuwachs verzeichnet werden.
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In 5 formt der dunklere Bereich mit größerer Traglast beinahe ein Quadrat mit konkaven Seiten. Die zulässige Traglast wird insbesondere entlang der Diagonalen gegenüber der Variante aus 1 erhöht.
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Auch sehr starke Verbesserungen zeigen die Vergleiche der 3 und 7 sowie 4 und 8. Hier kann die Veränderung dadurch erklärt werden, dass bei einer Rechnung gemäß des Standes der Technik, das Minimum im Bereich um 3600 Drehbereich des Oberwagens für den gesamten Drehbereich des Oberwagens als maximale Traglast angenommen wird. Von dieser Denkweise löst sich die Erfindung und kann für jede Drehwinkelstellung des Oberwagens die Traglast individuell ermitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0779238 B1 [0005, 0006]
- DE 202006017730 U1 [0007]
- DE 102005035460 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 15019 Teil 2 [0032]
- DIN 15019 Teil 2 [0032]
- DIN 15019 Teil 2 [0032]
- DE 13000 Anhang F [0032]
- BS 1757 [0032]
- ISO 43053.3.2 [0032]
berechnet. Auch hier stellt die Kipplast die Last bei der der Kran kippt dar. Hdyn charakterisiert den dynamischen Hublastbeiwert. W führt den Windeinfluss in die Berechnung ein, der unter Berücksichtigung der Traglast berechnet wird. Die kleine Prüflast ist demnach von der berechneten Traglast wenigstens eines Kriteriums abhängig, was als linear abhängig bezeichnet wird. Denkbar ist es ebenfalls, dass die Berechnung rekursiv ist. Für die Berechnung des Windeinflusses werden beispielsweise 1,2 m2 Windangriffsfläche pro 1 t Traglast angenommen.