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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung der auf einem Lastaufnehmer wirkenden Kraft einer arbeitstechnischen Einrichtung, wie zum Beispiel einem Hebezeug, einem Kran oder dergleichen, gemäß den jeweiligen Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche.
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Bei der vorliegenden Erfindung geht es insbesondere um die direkte Lastmessung an einem Lastaufnehmer von mobilen Maschinen, wie zum Beispiel Kränen. Es gilt aber auch für ortsfeste Anlagen. Der Lastaufnehmer sind normalerweise Haken oder andere vergleichbare mechanische Einrichtungen.
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Für den Betrieb der arbeitstechnischen Einrichtung ist es sowohl für den normalen Betrieb als auch unter sicherheitsrelevanten Aspekten unbedingt erforderlich, dass die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft erfasst werden kann, wenn der Lastaufnehmer relativ bewegbar zu einem Bestandteil der arbeitstechnischen Einrichtung angeordnet und auch bewegt wird. Für den Betrieb der arbeitstechnischen Einrichtung, insbesondere für den Betrieb von Kränen, weiterhin insbesondere unter Sicherheitsaspekten zur Lastmomentbegrenzung und des Wirkungsbereiches, ist es wichtig, die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft, insbesondere die an dem Lastaufnehmer (Haken) hängende Last, die transportiert werden soll, zu kennen. Daneben ist es selbstverständlich auch wichtig, weitere Parameter, wie beispielsweise den Anstellwinkel des Auslegers des Kranes, die Länge des Auslegers, Windgeschwindigkeiten, Temperaturen oder dergleichen zu kennen. Aus allen diesen erfassten oder manuell vorgegebenen Werten, insbesondere Betriebsparametern, wird der Betrieb der arbeitstechnischen Einrichtung, insbesondere dessen Wirkungsbereich und deren Lastmomentbegrenzung, ermittelt. Das bedeutet, dass es in Abhängigkeit der ermittelten Werte einen zulässigen Wirkungsbereich und einen unzulässigen Wirkungsbereich der arbeitstechnischen Einrichtung gibt. Dabei ist der Betriebsparameter der auf den Lastaufnehmer wirkenden Kraft einer von mehreren Betriebsparametern, aber gleichzeitig auch ein bedeutender Betriebsparameter. Denn wenn sich zum Beispiel bei Anwendung bei einem Kran herausstellen sollte, dass die an. den Haken angehängte Last in Abhängigkeit der Auslegerlänge und in Abhängigkeit des Abstellwinkels des Auslegers zu einem Umkippen des Kranes führen würde, muss infolge der Erfassung der auf den Lastaufnehmer wirkenden Kraft von einer Steuervorrichtung unbedingt vermieden werden, dass diese Last entweder weiter bewegt oder überhaupt erst aufgenommen wird.
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Daher ist es unbedingt erforderlich, die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft zu erfassen.
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Es sind schon Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung der auf einen Lastaufnehmer wirkenden Kraft einer arbeitstechnischen Einrichtung bekannt geworden, bei der die Last nicht direkt an dem Lastaufnehmer, sondern indirekt aus anderen erfassten oder vorgegebenen Betriebsparametern der arbeitstechnischen Einrichtung ermittelt wird. Dies funktioniert zwar einigermaßen zufriedenstellend, jedoch ist nach wie vor der Nachteil gegeben, dass die indirekt ermittelte auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft sehr ungenau ist und folglich einen hohen Toleranzbereich aufweist. Unter Umständen kann es bei der Erfassung der Betriebsparameter, aus denen indirekt die Last berechnet wird, zu zeitlichen Verzögerungen kommen, sodass diese indirekt ermittelte Last nicht immer für die aktuell vorhandene Last repräsentativ ist. Außerdem bedeutet es unter Umständen einen hohen Aufwand, diejenigen Betriebsparameter zu erfassen, um auf deren Basis indirekt die Lastmessung durchführen zu können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung der auf einen Lastaufnehmer wirkenden Kraft einer arbeitstechnischen Einrichtung bereitzustellen, mittels derer die Last zuverlässig, schnell und unkompliziert erfasst und zur Weiterverarbeitung in einer Steuervorrichtung bereitgestellt werden kann.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass Sensormittel vorgesehen sind, die die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft ermitteln, wobei Übertragungsmittel vorgesehen sind, die ein die Kraft darstellendes Signal, das von den Sensormitteln erzeugt und abgegeben wird, an eine Steuervorrichtung der arbeitstechnischen Einrichtung drahtlos übertragen, und wobei weiterhin am Lastaufnehmer Energieversorgungsmittel vorgesehen sind, die die Stromversorgung zumindest für die Sensormittel und/oder die Übertragungsmittel bereitstellen.
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Durch die Sensormittel, die direkt am Lastaufnehmer angeordnet sind und die die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft ermitteln, wird direkt am Entstehungsort der Belastung die Last ermittelt und muss nicht, wie im Stand der Technik, indirekt aus anderen Parametern ermittelt werden. Dadurch steht sehr schnell und auch zuverlässig sowie genau die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft zur Verfügung. Die Sensormittel geben ein Signal ab, die ein die Kraft auf den Lastaufnehmer darstellendes Signal repräsentieren. Da der Lastaufnehmer relativ bewegbar zu einem Bestandteil der arbeitstechnischen Einrichtung angeordnet ist, ist es in vorteilhafter Weise weiterhin vorgesehen, dass die Übertragungsmittel das von den Sensormitteln abgegebene Signal drahtlos an eine Steuervorrichtung der arbeitstechnischen Einrichtung übertragen. Damit entfallen Kabel, die bei der Relativbewegung zwischen dem Lastaufnehmer und dem Bestandteil der arbeitstechnischen Einrichtung entweder gar nicht einsetzbar wären oder aber einem hohen Verschleiß unterlegen wären. So ist es in der Praxis nicht durchführbar, kabelgebunden die Signalübertragung durchzuführen, wenn der Lastaufnehmer ein an einem Hakenseil angeordneter Haken ist, und das Hakenseil über ein Ende über eine Umlenkrolle an einer Spitze eines Auslegers des Kranes geführt wird. Im Regelfall benötigen die Sensormittel und/oder die Übertragungsmittel eine Stromversorgung, wobei es aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Lastaufnehmer und dem Bestandteil der arbeitstechnischen Einrichtung ebenfalls schwierig, wenn nicht sogar unmöglich ist, eine Stromversorgung von der arbeitstechnischen Einrichtung hin zu dem Lastaufnehmer zu bewerkstelligen. Daher sind in weiterhin vorteilhafter Weise an dem Lastaufnehmer Energieversorgungsmittel vorgesehen, die die Stromversorgung zumindest für die Sensormittel und/oder die Übertragungsmittel bereitstellen. Damit bildet in vorteilhafter Weise der Lastaufnehmer zusammen mit den Sensormitteln, den Übertragungsmitteln sowie den Energieversorgungsmitteln eine eigenständige Einheit, mit der die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft schnell, zuverlässig und vor allen Dingen direkt ermittelt und an eine Steuervorrichtung der arbeitstechnischen Einrichtung übertragen werden kann. Je nach Ausgestaltung der Übertragungsmittel muss die Übermittelung der Sensorsignale nicht unbedingt an eine Steuervorrichtung, die in oder an der arbeitstechnischen Einrichtung angeordnet ist, erfolgen, sondern kann auch gegebenenfalls an eine davon unabhängige Steuervorrichtung, die nicht in oder an der arbeitstechnischen Einrichtung angeordnet ist, erfolgen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Sensormittel und/oder die Übertragungsmittel dazu ausgebildet, die Kraft mittels der Surface-Accoustic-Wave-Technik zu ermitteln und/oder das Signal mittels der Surface-Accoustic-Wave-Technik zu übertragen. Damit steht in vorteilhafter Weise eine Technik zur Verfügung, mit der die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft ermittelt und/oder das die Last repräsentierende Signal über die Bestandteile der arbeitstechnischen Einrichtung an die Steuervorrichtung übertragen werden können.
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Alternativ oder ergänzend zu der SAW-Technik können die Sensormittel als Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Ebenfalls alternativ oder ergänzend sind die Übertragungsmittel als Funkübertragungsmittel, zum Beispiel nachdem IEEE-802-Standard (insbes. WLAN), ausgebildet. Die jeweilige alternative Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zum einen zur Erfassung der auf den Lastaufnehmer wirkenden Kraft herkömmliche Technologien, wie eben die Dehnmessstreifen, zum Einsatz komme können. Ebenfalls steht die Funkübertragung als probates Mittel als Alternative zur Übertragung der Sensorsignale anstelle der SAW-Technik zur Verfügung. Daneben können aber auch zur Bestimmung der auf den Lastaufnehmer wirkenden Kraft entweder die SAW-Technik redundant, oder die Dehnmessstreifen redundant oder die SAW-Technik parallel zu den Dehnmessstreifen zur Anwendung kommen. Diese Varianten haben den Vorteil, dass die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft redundant ermittelt wird. Dies erfolgt allgemein durch zwei gleichartige Messprinzipien (zum Beispiel zwei vorhandene Dehnmessstreifen) oder durch zwei unterschiedliche Messprinzipien (zum Beispiel einmal die SAW-Technik und einmal die Dehnmessstreifen). So ist unter sicherheitsrelevanten Aspekten sichergestellt, dass die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft zuverlässig ermittelt wird. Das Gleiche gilt auch für die Übertragungswege bzw. die Übertragungsmittel. Auch hier können redundant zwei gleichartige Techniken (zum Beispiel redundant die SAW-Technik oder die Funkübertragungstechnik) oder redundant zwei verschiedene Übertragungswege und/oder Übertragungsmittel (zum Beispiel einmal die SAW-Technik über Bestandteile der arbeitstechnischen Einrichtung und einmal die Funkübertragungstechnik) zur Anwendung kommen. Die vorstehend bezüglich der Sensormittel und Übertragungsmittel beschriebenen Sensor- und Übertragungstechnik sind rein beispielhaft und nicht einschränkend, sodass auch andere Sensormittel bzw. andere Übertragungsmittel zu den vorstehend beschriebenen Techniken alternativ oder ergänzend zum Einsatz kommen können.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Energieversorgungsmittel an den Lastaufnehmer als Batterie, Akku bzw. Solarzelle ausgebildet. Auch diese Aufzählung ist nicht einschränkend, sodass auch andere Energieversorgungsmittel in Betracht kommen können, die dazu geeignet und ausgebildet sind, die Stromversorgung zumindest für die Sensormittel und/oder die Übertragungsmittel direkt am Lastaufnehmer zur Verfügung zu stellen. Die Anwendung einer Batterie hat den Vorteil, dass diese langlebig ist und schnell ausgetauscht werden kann. Weil dies mit permanenten Kosten verbunden ist, kann alternativ dazu daran gedacht werden, einen Akku einzusetzen, der zwecks Stromversorgung am Lastaufnehmer immer wieder aufgeladen werden kann. Da das Aufladen eines solchen Akkus gegebenenfalls eine zeitliche Einschränkung beim Betrieb der arbeitstechnischen Einrichtung darstellt, kann weiterhin daran gedacht werden, die Energieversorgungsmittel als Solarzelle auszubilden. Durch eine solche Solarzelle ist die permanente Stromversorgung weitestgehend gesichert. Sollte infolge von Dunkelheit, Abschattung oder dergleichen eine solche Solarzelle keine Energie liefern, kann in bewährter Weise daran gedacht werden, einen Energiespeicher (zum Beispiel Akku, Kondensator oder dergleichen) als Puffer vorzusehen.
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Die vorstehenden Ausführungen bezogen sich allgemeine auf eine arbeitstechnische Einrichtung, die einen Lastaufnehmer aufweist, wobei auf den Lastaufnehmer eine Kraft wirkt und der Lastaufnehmer relativ bewegbar zu dem Bestandteil der arbeitstechnischen Einrichtung angeordnet ist. In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem mobilen oder stationären Kran, wobei der Lastaufnehmer ein an einem Kranseil angeordneter Haken ist und der Haken mittels des Kranseiles über einen Ausleger des Kranes relativ zu dem Ausleger bewegbar ist. Mobile Krane sind beispielsweise Autokrane, wobei stationäre Krane zum Beispiel auf Baustellen aufstellbare Gittermastkrane, Hafenkrane oder dergleichen sind. Der Lastaufnehmer muss nicht unbedingt immer ein einzelner Haken sein, sondern kann auch als anwendungsspezifischer Lastaufnehmer (zum Beispiel zum Aufnehmen von Containern) ausgebildet sein. Ebenso muss der Bestandteil der arbeitstechnischen Einrichtung, insbesondere des Kranes, nicht immer ein Ausleger sein, sondern es kann sich hierbei auch um ein anderes Bauteil handeln. Gleiches gilt für das Kranseil, das ein fach, oftmals aber auch mehrfach (gemäß dem Flaschenzugprinzip) vorhanden sein kann.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der einzigen Figur gezeigt und im Folgenden beschrieben.
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Die Figur zeigt schematisch den Lastaufnehmer 1 mit seinen Bestandteilen sowie die arbeitstechnische Einrichtung 2 mit ihren Bestandteilen, insbesondere einer Steuervorrichtung für die Steuerung des Betriebes der arbeitstechnischen Einrichtung.
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Der Lastaufnehmer 1 umfasst, zusätzlich zu den nicht dargestellten mechanischen Bauteilen (wie zum Beispiel der eigentliche Lasthaken), Sensormittel 11, bei denen zur Erfassung der auf den Lastaufnehmer 1 wirkenden Kraft Technologien wie DMS (Dehnmessstreifen), SAW (Surface-Accoustic-Wave) oder andere Technologien zum Einsatz kommen. Die Sensormittel 11 geben ein Signal ab, das einer Einheit 12, insbesondere einer analogen und/oder digitalen Auswerteeinheit, zugeführt wird. Der Einheit 12 kann, muss aber nicht, eine Datenvorverarbeitung 13 nachgeschaltet sein. In dieser Datenvorverarbeitung 13 kann zum Beispiel eine Plausibilitätsprüfung der Ausgangssignale der Sensormittel 11 bzw. der Einheit 12 erfolgen. Die Ausgangssignale der Sensormittel 11 oder der Einheit 12 oder (wie hier dargestellt) der Einheit 13 werden den Übertragungsmittel 14 am Eingang zur Verfügung gestellt. Mittels der Übertragungsmittel 14 erfolgt die drahtlose Übertragung der Signale der Sensormittel 11, die die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft repräsentieren, über eine Übertragungsstrecke 3 an eine korrespondierende Datenübertragung 21 in der Steuervorrichtung der arbeitstechnischen Einrichtung 2. Das bedeutet, dass die Übertragungsmittel 14 und die Datenübertragung 21 zwecks drahtlosen Datenaustauschs mittels Funkübertragung entsprechende Sende- und Empfangseinrichtungen aufweisen. Diese entfallen bei der Datenübertragung mittels der SAW-Technik. Die von der Datenübertragung 21 empfangenen Daten können, müssen aber nicht, einer Datenvorverarbeitung 22 zugeführt werden. Entweder die Ausgangssignale der Datenübertragung 21 oder der Datenvorverarbeitung 22 werden einer Steuereinheit 23 der arbeitstechnischen Einrichtung zu dessen Betrieb zugeführt. Des es grundsätzlich bekannt ist, wie arbeitstechnische Einrichtung in Abhängigkeit erfasster Betriebsparameter (allerdings bisher nur mithilfe von einer indirekten Lastmessung) betrieben werden, erübrigt sich eine diesbezügliche Beschreibung. Die Daten der Datenübertragung 21 (bzw. der Datenvorverarbeitung 22) können noch einer Überlastsicherung 24 (zum Beispiel einer Lastmomentbegrenzung) zugeführt werden. Mittels einer solchen ebenfalls bekannten Lastmomentbegrenzung kann erreicht werden, dass die arbeitstechnische Einrichtung mittels der Steuerung 23 nur in einem zulässigen Wirkbereich betrieben werden kann. Falls erforderlich oder gewünscht können die Signale der erfassten und übertragenen Sensormittel 11, die bekanntlich die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft darstellen, auch in einer Lastanzeige 25 angezeigt werden.
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In der einzigen Figur ist nur gezeigt und vorstehend diesbezüglich beschrieben, dass auf einem Erfassungs- und Übertragungsweg die auf den Lastaufnehmer wirkende Kraft erfasst und an die Steuervorrichtung der arbeitstechnischen Einrichtung 2 zur dortigen Weiterverarbeitung drahtlos übertragen wird. Dies kann für manche Anwendungszwecke ausreichend sein. Im Regelfall wird jedoch gefordert sein, dass die Erfassungs- und Übertragungswerte redundant, das heißt mindestens zweifach und unabhängig von einander arbeitend ausgeführt sind, um zu gewährleisten, dass bei einem Ausfall entweder bei der Erfassung der Last und/oder der Übertragung der Last an die Steuervorrichtung ein sicherheitskritischer Zustand der arbeitstechnischen Einrichtung entstehen kann. Diese beiden Erfassungs- und Übertragungswege können identisch oder von einander unterschiedlich ausgebildet sein.
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Im folgenden ist der Stand der Technik und die Erfindung noch einmal kurz mit anderen Worten wiedergegeben.
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Es geht um die direkte Lastmessung am Lastaufnehmer von Mobilen Maschinen. Es gilt aber auch für ortsfeste Anlagen. Der Lastaufnehmer sind normalerweise Haken oder andere vergleichbare mechanische Einrichtungen. Bis heute wird kein anwendbares Verfahren angeboten, das diese Funktion umfassend anbietet. Die Lastmessung ist prinzipiell technisch heute realisierbar. Sie ist aber aufgrund der bisher fehlenden Übertragungsprinzipien des Lastwertes (oder einer direkt korrespondierenden physikalischen Größe, wie Spannung, Strom oder digital) bisher nicht realisiert worden. Als Lastmessung kommen dabei Technologien wie DMS (Dehnmessstreifen), SAW (Surface Accoustic Wave), oder andere Technologien zum Einsatz.
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Das Patent beschreibt die Anwendung der physikalischen Lastmessung im Zusammenhang mit der analogen/digitalen Auswerte- und Übertragungseinheit und einer „autonomen” und „notwendigen” Energiegewinnung zur Versorgung aller elektronischen Komponenten am Lastaufnehmer. Die autonome Energiegewinnung ist abhängig von der vorhanden Konstruktion und ist deshalb applikationsspezifisch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lastaufnehmer
- 2
- Arbeitstechnische Einrichtung
- 3
- Übertragungsstrecke
- 11
- Sensormittel
- 12
- Analoge/digitale Auswerteeinheit
- 13
- Datenvorverarbeitung
- 14
- Übertragungsmittel
- 15
- Energieversorgungsmittel
- 21
- Datenübertragung
- 22
- Datenvorverarbeitung
- 23
- Steuerung
- 24
- Überlastsicherung
- 25
- Lastanzeige
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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