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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung der Bewegung eines Kranes, sowie zur Berechnung, Überwachung, Prüfung und/oder Darstellung einer Bewegung eines Kranes. Beispielsweise bezieht sich die Erfindung auf die Planung der Hubbewegung einer Last mittels eines Kranes. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kran mit einer Planungseinheit oder einer Einheit zur Überprüfung oder Überwachung einer Bewegung bezüglich Sicherheit und/oder Durchführbarkeit.
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Es ist bislang üblich für Krane als Traglast eine 360 Grad-Rundumlast anzugeben. Dies bedeutet, dass bei jeder beliebigen Winkelstellung des Oberwagens die angegebene Last gehoben werden darf. Diese Angabe der Traglast bezieht sich immer mindestens auf eine bestimmte Konfiguration des Auslegers (z. B. Teleskopierung bzw. Länge und Winkel), des Gegengewichts und der Abstützung. Optional können auch weitere Parameter, wie zum Beispiel die maximale für einen Hubvorgang zulässige Windgeschwindigkeit angegeben werden. Diese Angabe der Traglast ist jedoch weitgehend unabhängig von vielen weiteren Betriebsparametern, da bei der Bestimmung der 360 Grad-Rundumlast entsprechend hohe Sicherheiten zugrunde gelegt werden. Folglich ist die Ausnutzung der Krankomponenten nicht immer optimal. Durch die zunehmende Zahl an möglichen Rüstkonfigurationen wird somit häufig Traglastpotenzial verschenkt.
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Es ist bekannt, dass Mobilkrane asymmetrisch abgestützt werden können. Hierbei sind zum Beispiel die Ausfahrlängen der Abstützträger unterschiedlich, wodurch ein Benutzer und Bediener des Kranes mehr Flexibilität bei der Aufstellung des Kranes gewinnt.
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Beispielsweise kann die tatsächlich erlaubte Traglast während des Betriebs ständig neu berechnet und somit adaptiv angepasst werden. Hierdurch können die Krankomponenten besser ausgenutzt werden und fallweise können höhere Traglasten als bei der oben erwähnten 360 Grad-Rundumlast erzielt werden.
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Es ist bekannt, dass weitere Betriebsparameter in die Berechnung einer Traglast einfließen können.
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Die
EP 1 925 586 A1 offenbart einen Mobilkran mit Speichereinheiten, in denen für verschiedene Parameter des Kranes einzelne Grenzkurven oder Grenzwerte gespeichert sind, die zur Gewährleistung der Sicherheit des Kranbetriebs nicht oder nur unter Abgabe eines Alarmsignals überschritten werden dürfen.
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Die
EP 2 674 384 A1 und die zugehörige
DE 10 2012 011 871 A1 offenbaren ein Verfahren zur Überwachung der Sicherheit eines Kranes mit einer variablen Abstützbasis und einer Überwachungseinheit, wobei mehrere Sicherheitskriterien während des Kranbetriebes überwacht werden, indem für jedes Kriterium, das von wenigstens einem die Krankonfiguration und Kranbewegung während des Kranbetriebes betreffenden Parameter abhängig ist, und wobei ein zulässiger spezifischer Grenzwert während des Kranbetriebs berechnet und auf Einhaltung überwacht wird.
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Aus der
JP 2000264583A ist bekannt, dass zur Berechnung der maximalen Traglast eines Kranes zwischen einem Hub- und einem Wipp-Modus unterschieden wird.
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Die
JP 2003285991A offenbart, dass ein Startpunkt und ein Endpunkt eines Kranes mittels eines Maus-Pointers eingegeben werden und der Kran zu dem Anfangspunkt bewegt wird, einen Greifvorgang durchführt und zum Endpunkt für einen Abladevorgang bewegt wird.
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Die
DE 10 2005 035 460 A1 offenbart, dass basierend auf vorgegebenen Stützstellen mittels Inter- oder Extrapolation die aktuell vorliegende maximale Traglast ermittelt wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Planung oder Überwachung der Bewegung eines Kranes sowie einem Kran vorzuschlagen, welche eine beliebige Anzahl von Parametern berücksichtigen können und ermitteln können, ob eine sichere Bewegung unter Berücksichtigung dieser Parameter zwischen einem vorgegebenen Startpunkt und einem vorgegebenen Endpunkt möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Planung und/oder zur Darstellung und/oder Überprüfung einer Bewegung, insbesondere einer Hubbewegung, einer Last, insbesondere einer vordefinierten Last, mittels eines Kranes. Dabei werden n Betriebsparameter vorgegeben, die einen n-dimensionalen Zustandsraum N eines Kranes definieren. Der Zustandsraum N kann so verstanden werden, dass dieser alle möglichen Kranzustände umfasst, jedoch nicht berechnet werden muss, aber berechnet werden kann. In einem weiteren Schritt wird ein Teilraum M ermittelt, welcher auch n-dimensional sein kann oder eine kleinere Dimension als n haben kann, wenn zum Beispiel einzelne Betriebsparameter auf eine momentan oder permanent sich nicht verändernde Größe festgelegt werden. Der Teilraum M soll die Menge der für die (vordefinierte) Konfiguration zulässigen Kranzustände aus dem Zustandsraum N sein. Die schließt die Zustände ”keine Last”, ”aktuelle Last” und ”derzeit mögliche maximale Last” ein. Beispielsweise ist der Teilraum oder Zustandsraum M eine Teilmenge des Zustandsraumes N, wobei im Zustandsraum M jeder Punkt dieses Raumes hinsichtlich seiner Sicherheit beurteilt und als zum Heben der vordefinierten Last geeignet angesehen wird. Der Zustandsraum M kann ein kontinuierlicher Raum sein oder kann aus diskreten zueinander in mehreren Dimensionen benachbarten Einzelpunkten bestehen.
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Der Teilraum M kann ermittelt werden ohne dass der die alle möglichen Kranzustände umfassende Zustandsraum N vollständig ermittelt oder berechnet wird. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es ausreichend, dass nur der Teilraum M für das nachfolgende Verfahren als Grundlage ermittelt wird. Die Ermittlung zulässiger Betriebszustände des Kranes, welche den Zustandsraum M bilden, kann zum Beispiel durch Berechnung und/oder Interpolation und/oder Extrapolation erfolgen, beispielsweise anhand vorgegebener abgespeicherter Traglasttabellen, Felder oder Arbeitspunkte. Solche Verfahren sind im Stand der Technik bekannt. Beispielhaft wird auf die oben angegebenen Druckschriften verwiesen. Der Teilraum M kann z. B. für einen Momentanzustand eines Kranes errechnet und z. B. auch während einer Hubbewegung fortlaufend aktualisiert, also z. B. in einer Umgebung des momentanen Arbeitspunktes oder vollständig neu berechnet werden. Dabei kann sich auch die Größe oder sogar die Dimensionalität von M ändern.
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Der Zustandsraum M kann ein Kontinuum sein und kann alternativ auch aus einer Ansammlung von diskreten zulässigen Betriebs- oder Arbeitspunkten bestehen, zwischen welchen im Bedarfsfall auf bekannte Art interpoliert oder auch extrapoliert wird.
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Es wird ein Startpunkt der Last als Laststartort vorgegeben. Der Laststartort kann zum Beispiel durch die aktuelle Krankonfiguration vorgegeben oder beeinflusst werden. Beispielsweise wird der Laststartort nur durch den Ort, also nur durch 3 Parameter x, y und z definiert. Der Laststartort kann z. B. der Anhebeort einer Last oder auch der momentane Lastort z. B. im gehobenen Zustand sein.
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Basierend auf dem Laststartort z. B. einer noch nicht ausgehobenen Last können ein oder mehrere Startzustände S im Teilraum M ermittelt werden, die einen oder mehrere zum Laststartort korrespondierende Startzustände des Kranes definieren. Dabei ist es möglich, dass es zum Startpunkt der Last, welcher zum Beispiel nur durch den Ort, also nur durch 3 Parameter x, y und z definiert ist, mehrere zulässige Kranzustände geben kann. Beispielsweise kann der Ausleger zum Teil eingefahren und der Auslegerwinkel relativ klein sein oder alternativ der Ausleger ausgefahren und relativ steil angestellt sein, wobei sich in beiden Fällen die gleiche Ausladung ergibt. Ebenso können andere Betriebsparameter in Wechselwirkung mit anderen Betriebsparametern (siehe vorheriges Beispiel) oder unabhängig davon (zum Beispiel Temperatur oder Abstützkonfiguration) einen oder eine Mehrzahl von möglichen Werten annehmen. Für den Fall des Momentanzustandes eines Kranes ist einem Laststartort ein einziger eindeutiger Startzustand S zugerechnet.
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Weiterhin wird ein Endpunkt der Last als Lastendort vorgegeben, also derjenige Ort, zu welchem die Last mittels des Kranes ausgehend von dem Laststartort hinbewegt werden soll. Der Lastendort kann ebenso wie der Laststartort nur durch den Ort, also zum Beispiel nur durch 3 Parameter x, y und z, vorgegeben sein.
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Basierend auf dem Lastendort wurden ein oder mehrere Endzustände E im Teilraum M (für die vorgegebene Last zulässige Zustände des Kranes) ermittelt, die einen oder mehrere zum Lastendort korrespondierende Endzustände des Kranes definieren. Dabei ist es ebenso wie für den Startort möglich, dass es zum Endpunkt der Last, also dem Lastendort, mehrere zulässige oder mögliche Kranzustände geben kann.
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Ausgehend von dem oder den Startzuständen S werden alle möglichen ersten Nachbarzustände im Teilraum M ermittelt. Die Nachbarzustände eines Zustands sind diejenigen Zustände oder Konfigurationen des Kranes, welche unter Zugrundelegung eines vorgegebenen Abstandsmaßes oder einer vorgegebenen Rasterung durch Veränderung zum Beispiel nur eines Parameters oder auch durch zeitgleiche Veränderung von zwei oder mehreren Parametern um ein vorgegebenes Abstandsmaß oder eine vorgegebene Rasterung, erreicht werden können. Beispielsweise kann der Auslegerwinkel in 0,5 Grad oder 1 Grad Schritte unterteilt werden, was beispielsweise ebenso für den Drehwinkel möglich ist. Weitere Beispiele für Betriebsparameter sowie korrespondierende Unterteilungen oder Rasterungsabstände sind unten erläutert. Die ersten Nachbarzustände eines Arbeitspunktes (0, 0) im zweidimensionalen Raum mit Rasterung „1” (abstraktes Beispiel) sind zum Beispiel (–1, –1), (–1, 0), (–1, 1), (0, 1), (1, 1), (1, 0), (1, –1) und (0, –1).
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Anschließend wird überprüft, ob einer der ersten Nachbarzustände des Startzustandes S einer der Endzustände E ist oder innerhalb eines vorgegebenen Annäherungsintervalls liegt, wobei das einen oder jeden Endzustand umfassende Annäherungsintervall beispielsweise die halbe Einzelwertabstands- oder Rasterungs-Größe oder einen kleineren oder größeren Wert, vorzugsweise jedoch nicht mehr als die Rasterungsgröße umfassen kann.
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Wenn ein erster Nachbarzustand eines Startzustandes S einer der Endzustände E ist oder in einem vordefinierten Annäherungsintervall eines der Endzustände E liegt, ist ein möglicher zulässiger und damit sicherer Bewegungsweg der vordefinierten Last vom Laststartort zum Lastendort ermittelt worden. Da nur Nachbarzustände im Teilraum M berücksichtigt wurden, basiert die Berechnung auf dem Teilraum M.
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Andernfalls wird ausgehend von jedem ersten Nachbarzustand jeder mögliche zweite Nachbarzustand ermittelt, also jeder Zustand, welcher ein erster Nachbar eines ersten Nachbarzustandes ist oder ein zweiter Nachbar eines Startzustandes ist. Anschließend wird wieder überprüft, ob einer der zweiten Nachbarzustände der möglichen Startzustände einer der Endzustände E ist oder in einem Annäherungsbereich davon liegt.
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Falls dies der Fall ist, ist ein möglicher Hubbewegungsweg der vordefinierten Last vom Laststartort zum Lastendort gefunden worden. Andernfalls wird das obige Verfahren erneut für alle möglichen dritten Nachbarzustände aller Startzustände und optional für alle weiteren i-ten Nachbarzustände der Startzustände durchgeführt, bis einer oder mehrere der i-ten Nachbarzustände von S einer der Endzustände E ist oder in einem Annäherungsbereich dieser Endzustände L liegt, um einen sicheren Lastweg in M zu finden. Dieser kann z. B. vom Endzustand E (beispielsweise: 17. Nachbar von S) aus rückverfolgt werden, indem schrittweise die niedrigeren Nachbarn (beispielsweise 16, 15, ... 2, 1) aufgesucht werden. Der Hubweg kann dann so zusammengesetzt werden, dass die hierbei durchlaufenen Nachbarzustände einzeln angefahren werden (also z. B. S→1.→ 2...→16.→E).
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Das Verfahren kann weiter durchgeführt werden, auch wenn schon ein möglicher i-ter Nachbarzustand ermittelt worden ist, um mögliche j-te oder k-te oder weiter höhere Nachbarzustände als Hubbewegungsalternativen aufzufinden (i < j < k). Es ist möglich das Verfahren abzubrechen, wenn einer oder eine vorgebbare Anzahl von möglichen Hubbewegungen durch den Teilraum M aufgefunden wurden. Alternativ oder ergänzend kann das Verfahren auch abgebrochen werden, wenn dieses bis zu einem 1-ten Nachbarzustand durchgeführt wurde, wobei 1 frei gewählt werden kann. Dabei kann zum Beispiel ermittelt werden, wie viele mögliche Lastwege es bei Berücksichtigung von 1 Nachbarzuständen der Startzustände S gibt, wobei als Ergebnis möglicherweise auch herauskommt, dass unter Berücksichtigung der bis zu 1-ten Nachbarzustände keine zulässige Hubbewegung von einem Startort oder Startzustand S zu einem Endort oder Endzustand E aufgefunden werden kann oder existiert.
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Im Sinne der Erfindung kann auch eine Iteration in umgekehrter Richtung, also von E nach S und/oder optional auch über einen oder mehrere Hilfspunkte H und/oder ausgehend von mehreren Startpunkten (E, S und evtl. II1, II2, ...) durchgeführt werden.
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Mit Hilfe dieses Verfahrens kann durch den Zustandsraum navigiert werden. Dabei können auch geforderte Mindestsicherheiten festgelegt werden, welche nicht unterschritten werden sollen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der für die Berechnung der i-ten Nachbarzustände relevante Teilraum M (zulässige Kranzustände) bereits unter Berücksichtigung der geforderten Mindestsicherheiten vorgegeben oder berechnet wird, d. h., dass alle in dem Zustandsraum M liegenden Zustände oder diskreten Zustandspunkte bereits die geforderte Mindestsicherheit aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann das Verfahren zur Ermittlung eines Weges von den Startzuständen S zu den Endzuständen E unter Berücksichtigung der i-ten Nachbarzustände so durchgeführt werden, dass nur solche Nachbarzustände zulässig sind oder für die Iteration verwendet werden, welche eine oder mehrere vorgegebene Mindestsicherheiten gewährleisten, also beispielsweise einen vorgegebenen Mindestabstand zu einem Rand des Teilraumes M aufweisen.
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Das beschriebene Verfahren kann auf bestehenden Verfahren aus dem Bereich der Robotik und der Navigation aufbauen.
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Mittels des beschriebenen Verfahrens kann eine Vielzahl von Parametern, wie zum Beispiel Seitenwind, Pendeln der Last, oder Verformung durch einseitige Erwärmung, zum Beispiel durch Sonneneinstrahlung, berücksichtigt werden, welche einen Einfluss auf die Betriebssicherheit eines Kranes haben. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass die Bewegung einer vordefinierten Last auch dann auf eine sichere Art erfolgt, wenn einige der gemäß dem Stand der Technik bislang schwach oder gar nicht erfassten Parameter in ungünstiger Kombination auftreten.
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Mittels des Verfahrens können auch ungeeignete Bedienereingaben erkannt oder in der Umsetzung verhindert werden, wie zum Beispiel zu schnelles Dreh-Bremsen. Wird die Bewegung der Last auf eine durch das beschriebene Verfahren ermittelte Art, also beispielsweise anhand eines aufgefundenen Weges (definiert durch erste bis i-te Nachbarzustände) durchgeführt oder die Durchführung in der Umsetzung überwacht oder überprüft, so tritt über die gesamte Hubbewegung hinweg kein einziger kritischer Kranzustand auf, da sich alle ersten bis i-ten Nachbarzustände innerhalb des Teilraumes M befinden. Eine Bedienereingabe, die zu einem unzulässigen Zustand (außerhalb M) führen würde, kann somit frühzeitig erkannt und optional deren Ausführung verhindert werden. Es ist auch möglich in diesem Fall ein Alarmsignal auszugeben.
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Bei der Durchführung des Verfahrens kann, ausgehend von einem beliebigen Startpunkt, wie zum Beispiel „Ausleger abgelegt”, eine Abfolge von aneinander angrenzenden oder liegenden Zuständen zu einem beliebigen Endpunkt gefunden werden. Somit kann die Durchführung eines gewünschten Hubs unter Berücksichtigung der dem Teilraum M zugrunde liegenden Parameter geplant werden. Dabei können zusammengehörige Abfolgen insofern z. B. berücksichtigt werden, dass ein erster Endort E der Startort S_2 einer zweiten Navigation ist, die wiederum zu einem zweiten Endort E_2 führt. So können typische Konfigurationen „durchlaufen” werden, wie das folgende Beispiel zeigt:
- – Fahrzustand (z. B. mit Klappspitze angeklappt)
- – Abstützen
- – Rüsten des Gegengewichts
- – Spitze vorklappen
- – Ausleger aufrichten
- – Austeleskopieren (von 0-0-0-0 auf 0-0-0-100 auf 0-0-100-100 auf 0-50-100-100)
- – Anfahren des Lastaufnahmepunkts und Lastaufnahme
- – Verfahren der Last (Anfahren des Lastablagepunkts)
- – Anfahren Rüstposition
- – Einteleskopieren (von 0-50-100-100 auf 0-0-100-100 auf 0-0-0-100 auf 0-0-0-0)
- – Ausleger ablegen
- – Spitze einklappen
- – Abrüsten Gegengewicht
- – Fahrzustand
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Die Frage, ob ein individueller Hub tatsächlich durchführbar ist, kann on- oder offboard beantwortet, also berechnet, werden. Die Hubplanung und Hubüberwachung kann so ausgestaltet werden, dass diese adaptiv ist, sich also an veränderte oder verändernde Bedingungen anpasst. Hierzu wird zum Beispiel der Teilraum M modifiziert, wenn sich ein oder mehrere Parameter verändern. Die Veränderung eines oder mehrerer Parameter kann zum Beispiel durch manuelle Eingabe eines Benutzers und/oder automatisch, zum Beispiel durch Berücksichtigung von Sensorsignalen zur Überwachung von Betriebsparametern, erfolgen.
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Mittels des Verfahrens ist es möglich, dass ein Hub im Voraus detailliert geplant und optional auch visualisiert wird. Individuelle Sicherheiten bzw. Risiken sind im Vorfeld bekannt und können durch entsprechende Definition des Teilraumes M (zulässige Kranzustände, optional unter Berücksichtigung von Sicherheitsabständen) berücksichtigt werden.
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Mittels des Verfahrens können einem Benutzer mögliche Hubwege aufgezeigt und Alternativen angeboten werden, welche beispielsweise für einen Benutzer nicht intuitiv erkennbar, aber z. B. über den Gesamtweg betrachtet sicherer sein können.
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Es ist möglich, dass ein Hub anhand unterschiedlicher Kriterien optimiert wird, wie zum Beispiel „geringste Windlast”, „größte Sicherheit” oder „schnellster Hub”. Wird zum Beispiel die Variante „schnellster Hub” gewählt, so kann von allen ermittelten Hubwegen derjenige ausgewählt werden, welcher die geringste Anzahl an Nachbarzuständen durchläuft, um von einem Startzustand zu einem Endzustand zu kommen. Wird beispielsweise die Variante „größte Sicherheit” ausgewählt, kann derjenige Hubweg ausgewählt werden, welcher beispielsweise den größten Abstand zu einem Rand oder einer Begrenzung der Teilraumes M aufweist. Wird beispielsweise die Variante „geringste Windlast” gewählt, kann beispielsweise diejenige Variante der aufgefundenen möglichen Hubwege gewählt werden, welche innerhalb des Zustandsraumes M den Bereich mit kleinster Windlast durchlauft, wobei beispielsweise diejenigen Hubwege verworfen werden, welche im Zustandsraum M Bereiche mit relativ größerer Windlast tangieren oder durchlaufen.
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Es ist möglich, dass z. B. ständig alle Sicherheiten neu beurteilt werden durch kontinuierliche Neuberechnung des Zustandsraumes M.
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Das Hinzufügen eines neuen Betriebsparameters kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr einfach erfolgen. Hierbei wird die Dimension des Zustandsraumes M um 1 bzw. um die Anzahl der hinzugefügten zu berücksichtigenden Parameter erhöht. Durch den universellen Ansatz kann eine beliebige Anzahl von Parametern berücksichtigt werden, wobei gewöhnlich der Rechenaufwand mit jedem hinzugenommenen Parameter ansteigt.
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Betriebsparameter (sowie Beispiele für Unterteilungsschritte)
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- – aktuelle Traglast (z. B. in t oder als Prozentwert von 0% bis 100% zur aktuellen maximal erlaubten Traglast)
- – Benutzereingaben fest (= konstant während des Hubs, z. B. Masse Gegengewicht (100 kg-Schritte), Abstützbasis (wenn nicht aus Sensordaten, siehe unten), Windfläche der Last in zwei Richtungen (z. B. in 5 m2-Schritten), max. Bodendruck z. B. in 1 to-Schritten) Benutzereingaben zeitlich veränderlich (z. B. Joystickeingaben, Hubwerks-(m/s-), Wippwerks-(0,1 Grad/s), Drehwerksgeschwindigkeit (0,5 Grad/s Schritte), Klappwinkel Spitze, Position Gegengewicht) Stützdrücke/-kräfte (bzw. minimale/maximale Stützdrücke oder -Kräfte pro Stütze)
- – Teleskopierzustand (wird meistens vorgegeben und ist somit eindeutig)
- – Auslegerlänge (Unterteilung zum Beispiel in 10 cm-Schritten)
- – Auslegerwinkel (Unterteilung zum Beispiel in 0,5 Grad oder 1 Grad-Schritten)
- – Neigung des Unterwagens (im abgestützten Zustand, Unterteilung zum Beispiel in 0,1 Grad oder 0,5 Grad-Schritten)
- – Winkel der Klapp- oder Wippspitze (Unterteilung zum Beispiel in 1 Grad oder 5 Grad-Schritten) Drehwinkel (Unterteilung zum Beispiel in 0,5 Grad oder 1 Grad-Schritten)
- – Abstützgeometrie (Unterwagenkonfiguration): Unterteilung zum Beispiel im Abstand von 1 cm oder 2 cm der einzelnen Abstützarme
- – zulässige Verformung der Kranelemente:
- – Ausleger: Verformung Hauptrichtung z. B. in 1 m-Schritten
- – Ausleger: Verformung Seitenrichtung z. B. in 0,5 m-Schritten
- – Ober- und Unterwagen: Verformung, z. B. in 0,1 Grad-Schritten, jeweils in Haupt- und Seitenrichtung Windgeschwindigkeit (Unterteilung zum Beispiel im Bereich 1 m/s oder beispielsweise in 3 Stufen, zum Beispiel 0 bis 3 m/s, 3 bis 6 m/s, > 6 m/s)
- – Windrichtung (Unterteilung zum Beispiel in 5 Grad, 10 Grad oder 15 Grad Schritten) Hindernisse und Arbeitsbegrenzungen (Unterteilung zum Beispiel in 0,5 m oder 1 m Schritten)
- – Umgebungstemperatur (Unterteilung zum Beispiel in 5 Grad-Stufen, also beispielsweise –5 Grad bis 0 Grad, 0 Grad bis 5 Grad, 5 Grad bis 10 Grad, ...)
- – Intensität der Sonneneinstrahlung (Unterteilung zum Beispiel im Bereich 1 W/m2 oder drei Stufen: direkte Sonneneinstrahlung, bedeckter Himmel, Nacht oder keine Einstrahlung)
- – Lastpendeln
- – Unterteilung zum Beispiel unter Berücksichtigung der Periodendauer, beispielsweise in 10 Sekunden-Schritten; oder abgestuft: Periodendauer größer als 30 Sekunden: lange Pendelbewegung, Periodendauer kleiner als 30 Sekunden: schnelle Pendelbewegung.
- – Richtung der Pendelbewegung, z. B. in 10 oder 30 Grad Schritten
- – Auslenkung der Pendelbewegung, z. B. in 0,2 m Schritten (kann auch formelmäßig aus der Periodendauer und der Masse hergeleitet werden oder umgekehrt)
- – Orientierung der Last zum Wind (insbesondere dann, wenn die Lastfläche in zwei Orientierungen stark unterschiedlich ausfällt)
- – Direkte Sichtbarkeit der Last ja/nein (Nebel, Sicht versperrt durch Hindernis)
- – Fahrzustand (welche Ausrüstung am Kran? Klappspitze ja/nein, Gegengewicht nein/ja bzw. wieviel (z. B. 100 kg-Schritte))
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Obige Auflistung der Betriebsparameter ist nicht abschließend, die angegebene Unterteilung ist lediglich beispielhaft. Das Verfahren kann mit nur einem, zwei, drei oder mehreren Parametern durchgeführt werden. Vorzugsweise werden mindestens die wichtigsten Parameter berücksichtigt, welche den größten Einfluss auf die maximale Traglast, die Stützdrücke bzw. die Sicherheit gegen Versagen/Kippen aufweisen. Hierzu zählen (aber nicht beschränkt auf) Hauptauslegerlänge und -Winkel, Spitzenwinkel, Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit, Gegengewicht, Abstützbasis.
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Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Kran mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens, also beispielsweise mit einer Recheneinheit, in welche die Werte der Betriebsparameter eingegeben werden können und welche die Bewegung einer Last mittels des oben beschriebenen Verfahrens berechnen kann. Optional kann nach der Berechnung der Hubbewegung diese Bewegung auch durchgeführt und optional auch überwacht werden. Dabei ist es möglich, dass dies adaptiv erfolgt, also zum Beispiel dass sich während eines Hubvorganges verändernde Parameter berücksichtigt werden. Hierzu können die sich verändernden Parameter entweder manuell von einem Benutzer eingegeben werden und/oder beispielsweise automatisch von einem oder mehreren Sensoren, wie zum Beispiel Winkelsensoren, Längensensoren, Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Windgeschwindigkeitssensoren oder Sensoren zur Erfassung der Umgebungstemperatur oder Sonneneinstrahlung, automatisch an die Recheneinheit übermittelt werden.
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Das beschriebene Verfahren kann auch zur Simulation und Datenerhebung verwendet werden, sodass zum Beispiel Konstrukteure eines Kranes verschiedene Belastungszustände ermitteln und die Betriebssicherheit des Kranes überprüfen können.
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Der Bediener eines Kranes, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren implementiert ist, kann ein adaptives Verhalten des Kranes nutzen, ohne hierbei unnötig eingeschränkt zu sein. Beispielsweise ist bei wenig Seitenwind eine hohe Drehgeschwindigkeit (und hohe Belastung durch Drehbremsen) möglich. Bei starkem Seitenwind kann die Drehgeschwindigkeit adaptiv reduziert werden, um eine zu hohe Belastung zu vermeiden. Dieses Verhalten des Kranes kann durch zum Beispiel automatische Erfassung der Windgeschwindigkeit mittels eines Sensors und der nachfolgenden Neuberechnung des Zustandsraumes M, gefolgt von der -ausgehend von der momentanen Position als Startposition-Neuberechnung eines Weges über Nachbarzustände bis bin zu dem gewünschten Zielort erreicht werden.
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Die adaptive Anpassung des Verfahrens kann zum Beispiel on-board erfolgen, wobei zum Beispiel aktuelle Bedingungen oder Betriebsparameter durch Sensoren und/oder Benutzereingaben die Grundlage für die Berechnung des Zustandsraumes M bilden und ausgehend von dem aktuellen Zustand des Kranes (Laststartort oder Startzustand S) berechnet wird, wie ein Lastendort oder Endzustand E in dem neuberechneten oder aktualisierten Teilraum M über ein Anfahren einer Abfolge von Nachbarzuständen erreicht werden kann.
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Es kann ein on-board-Hubassistent realisiert werden, welcher beispielsweise einen optimalen Hubweg oder eine Hubtrajektorie für den Kranfahrer oder Bediener vorschlägt. Dieser Vorschlag kann zum Beispiel unter dem Aspekt geringste Ausleger-Belastung, oder für eine höchste Traglast oder an Hand anderer Kriterien wie z. B. zuvor beschrieben optimiert werden.
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Der Zustandsraum N (mögliche Kranzustände) kann vollständig oder zum Teil vorab berechnet werden. Der Zustandsraum M (zulässige Kranzustände) kann ebenfalls vorab berechnet werden, sollte aber vorzugsweise aktualisiert und adaptiv neu berechnet werden, wenn sich einer oder mehrere der berücksichtigten Parameter ändern. Die Neuberechnung kann je nach Grad des Einflusses der einzelnen Parameter zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen, um den Rechenaufwand in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Beispielsweise kann eine Neuberechnung des Zustandsraumes M in vorgegebenen Zeitabständen, also beispielsweise alle 10 Sekunden oder alle 30 Sekunden, erfolgen und optional kann eine Neuberechnung jedes Mal dann erfolgen, wenn ein relevanter oder zum Beispiel durch einen Sensor überwachter Parameter sich verändert oder eine Veränderung um mehr als einen vorgegebener Wert, also zum Beispiel mindestens 1 Prozent oder 5 Prozent Veränderung, gemessen an der für die letzte Berechnung des Zustandsraumes M verwendeten Größe, stattfindet.
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Für den Fall dass einige oder alle Parameter sich wenig oder gar nicht verändern, sind die entsprechenden Werte des Zustandsraumes nur selten oder auch gar nicht neu zu berechnen.
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Eine Kransteuerung kann mit einer sogenannten „Look-Ahead”-Funktion ausgestattet werden, welche frühzeitig erkennt, ob kritische oder unsichere Betriebszustände des Kranes z. B. bei Fortführung einer Bewegung oder Parameterveränderung (z. B. Erwärmung) erreicht werden. Beispielsweise kann der Zustandsraum M so erstellt werden, dass ein rechtzeitiges Abbremsen vor Hindernissen oder vor zu unsicheren Zuständen des Zustandsraumes erfolgen kann. Beispielsweise kann ein als kritisch oder unsicher eingestufter Zustand des (möglichen) Zustandsraumes N als Begrenzung genommen werden und vorgegeben werden, dass mindestens eine vorgegebene Anzahl von Nachbarzuständen von diesem oder diesen kritischen Zuständen als Abstand eingehalten werden muss, wodurch der Zustandsraum M (sichere Betriebszustände) die vorgegebene Anzahl von Nachbarzuständen vor dem kritischen Grenzbereich des Zustandsraumes N endet. Hierdurch kann beispielsweise auch die Grenze zwischen „möglicher Betriebszustand” und „zulässiger Betriebszustand” oder „sicherer Betriebszustand” gezogen werden.
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Insbesondere ist eine solche Begrenzung des Zustandsraumes M sinnvoll, wenn beispielsweise eine durch externe Faktoren oder Hindernisse bedingte Arbeitsbereichsbegrenzung vorliegt.
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Um eine schnelle Berechnung des Zustandsraumes M durchzuführen, können beispielsweise nur die unmittelbar zur sicheren Betrachtung notwendigen Punkte des Zustandsraumes M berechnet werden. Beispielsweise können, falls sich ein oder mehrere Parameter verändern, ausgehend vom Momentanzustand des Kranes nur die t Nachbarzustände berechnet werden, wobei t vorgegeben werden kann und beispielsweise einen Wert von 1 bis 50 oder 1 bis 20 annehmen kann. In dem so neuberechneten Unterraum des Zustandsraumes M kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beispiel berechnet werden, ob ausgehend von dem jetzigen Zustand ein neuer Zustand erreicht werden kann, welcher hinsichtlich eines oder mehrerer Kriterien oder Parameter sicher oder sicherer ist. Beispielsweise kann ermittelt werden, wie eine Last ausgehend von einem Momentanzustand bewegt werden muss, um eine geringere Windlast zu erhalten. Der Vorteil der Verwendung eines Unterraumes des Zustandsraumes M liegt darin, dass sehr schnell, also ohne großen Rechenaufwand, auf sich verändernde Parameterwerte reagiert werden kann und ein Kran schnell aus einem möglicherweise kritischen oder kritisch werdenden Zustandsbereich heraus in einen sichereren Zustand bewegt werden kann. Die handzuhabende Datenmenge kann somit möglichst klein gehalten werden.
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Theoretisch kann der Zustandsraum N und/oder der Zustandsraum M „kontinuierlich” sein, d. h. zwischen zwei nahe beieinander liegenden Koordinaten kann ein stetiger Übergang vorhanden sein. Dies kann zum Beispiel durch mehrdimensionale Kurven dargestellt werden. Vorzugsweise wird jedoch der Zustandsraum durch diskrete Punkte abgebildet, wobei bei der Ermittlung von Nachbarzuständen von einem Punkt zum nächsten Punkt „gesprungen” werden darf. Beispielsweise kann ein bestimmter zulässiger Zustand eingetreten sein (ein Punkt des Zustandsraumes erreicht worden sein) und durch Drehen des Oberwagens um einen kleinen Betrag wird der nächste zulässige diskrete „Nachbar”-Punkt erreicht. Wenn dies der Falls ist, dann ist auch der kleine, streng genommen nicht definierte Bereich, zwischen diesen zulässigen diskreten Punkten zulässig. Die Punkte sollen vorzugsweise fein genug aufgelöst sein, um den Zustandsraum genau abbilden zu können. Gleichzeitig sollte sich der erforderliche Rechenaufwand in Grenzen halten, was für eine geringere Punktdichte spricht. Beispiele für Abstände der Punkte sind bei der Auflistung der möglichen Zustandsparameter angegeben.
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Wenn beispielsweise ein oder mehrere Parameter nicht (oder nicht mehr) veränderbar oder fest vorgegeben sind, kann der Rechenaufwand entsprechend verringert werden. Beispielsweise kann die Dimension des Zustandsraumes M verkleinert werden, wenn ein Parameter, wie zum Beispiel ein Teleskopierzustand, fest gewählt und nicht mehr verändert wird. Ebenso ist es möglich, dass die Dimension des Zustandsraumes M erhöht wird, wenn ein neuer Parameter zusätzlich berücksichtigt wird.
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Die erfindungsgemäße Kran-Hubberechnung kann somit dynamisch auf sich verändernde Parameter reagieren, indem der Zustandsraum M lokal oder in einem Bereich oder insgesamt aktualisiert oder neu berechnet wird.
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Bei der Hubberechnung können somit konstante Anteile (zum Beispiel Bauteilgrenzen) und (linear) abhängige Anteile, wie zum Beispiel Unterwagensteifigkeit je nach Abstützung, berücksichtigt werden. Beispielsweise hängt die Belastbarkeit des Unterwagens von der Abstützgeometrie ab. Die Gesamtbelastbarkeit kann ggf. wiederum aus Einzelbelastbarkeiten der individuellen Stützen inkl. Abstützträgern und deren aktueller Konfiguration hergeleitet sein. Weiterhin können auch dynamische Anteile, wie zum Beispiel äußere Einwirkungen oder sich verändernde äußere Umstände, wie zum Beispiel Windgeschwindigkeit oder Sonneneinstrahlung, berücksichtigt werden. Diese dynamischen Anteile können, wie erwähnt, beispielsweise automatisch durch die Auswertung von aktuellen Sensordaten berücksichtigt werden.
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Optional ist es möglich, dass Bedieneingaben abgeschwächt oder gesperrt werden, wenn mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens errechnet wird, dass diese Bedieneingaben zu einem kritischen oder in die Nahe eines kritischen oder unzulässigen Kranzustandes führen könnten.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch ermittelt werden, welche maximale Traglast möglich ist, d. h. die Traglast kann adaptiv eingestellt werden, also zum Beispiel höher oder auch niedriger sein als die übliche 360 Grad-Last.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit 1, 2, 3 oder mehr als 3 Parametern oder Freiheitsgraden verwendet werden. Diese Freiheitsgrade werden durch die berücksichtigten Zustandsparameter vorgegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens im eindimensionalen Fall;
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2 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens im zweidimensionalen Fall ohne Hindernis;
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3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im zweidimensionalen Fall mit Hindernis;
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4 eine beispielhafte Veranschaulichung des Verfahrensablaufs;
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5 einen Kran mit einem Hubpfad, einem Hindernis sowie einem angedeuteten alternativen Hubpfad und einem Windvektor;
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6 eine Darstellung eines 5-dimensionalen Zustandsraums;
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7 Verfahrensvariante 1: Iteration von Start- und Endpunkt; und
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8 Verfahrensvariante 2: Iteration von Start,- End- und Hilfspunkt(en).
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens für eine eindimensionale Berechnung, also ein Verfahren zur Planung, Darstellung oder Überprüfung der Hubbewegung einer vordefinierten Last mit einem einzigen variablen Betriebsparameter, welcher horizontal aufgetragen ist. In diesem Fall (nur eine Variable, alle anderen Parameter sind vordefiniert oder festgelegt) kann der Teilraum M als eindimensionale Gerade dargestellt werden. Der Zustandsraum M besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus diskreten nebeneinander liegenden Punkten, welche beispielsweise äquidistant sein können, also den gleichen Abstand von Punkt zu Punkt aufweisen können.
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Es soll nun iterativ der kürzeste Pfad von einem Startzustand S (korrespondierend zu einem Laststartort) zu einem Endzustand E (korrespondierend zu einem Lastendort) gefunden werden.
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Im in 1 oben gezeigten Ausgangszustand sind nur der Startzustand S und der Endzustand E eingezeichnet. In der ersten Iteration werden die ersten Nachbarn (gekennzeichnet durch „1”) des Startzustandes S ermittelt. In der zweiten Iteration werden die zweiten Nachbarn von S (= erste Nachbarn des ersten Nachbarn „1”) ermittelt (mit „2” gekennzeichnet). Nach jeder Iteration wird der erreichbare Raum um eine Stufe erweitert. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist nach 4 Iterationen der Endpunkt E erreicht. Der gefundene Pfad beginnt somit mit dem Startzustand S und geht über 3 Nachbarzustände, bis der Endzustand E als 4. Nachbar erreicht ist. Dies korrespondiert mit einer Hubbewegung einer vordefinierten Last von einem Laststartort (korrespondierend zu Startzustand S) zu einem Lastendort (korrespondierend zu Endzustand E), indem der Parameter, zum Beispiel der Drehwinkel, so verändert wird, dass die in der 4. Iteration aufgefundenen vom Startpunkt S bis zum Endpunkt E führenden Zwischenzustände „1”, „2” und „3” durchlaufen werden. Wenn in der in 1 gezeigten Darstellung beispielsweise die rechts von S eingezeichneten Zustände positive Drehwinkel definieren und die links von S eingezeichneten Zustände negative Drehwinkel definieren, so wird der Drehwinkel ausgehend von S soweit erhöht, bis E erreicht wird.
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Da die gezeigten Punkte diskret sind, reale Bewegungen jedoch kontinuierlich ablaufen, ist die Gesamtbewegung eine zusammengesetzte Bewegung der kontinuierlichen Einzelbewegungen beim Übergang von einem diskreten Zustand (zum Beispiel „1”) zum nächsten benachbarten Zustand (zum Beispiel „2).
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2 zeigt ein Beispiel der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im zweidimensionalen Fall, also mit zwei unabhängig voneinander veränderlichen Variablen. Eine Variable verändert sich beispielsweise entlang der Abszissenachse (x-Achse), die andere Variable entlang der Ordinatenachse (y-Achse). Beispielsweise können die Variablen Auslegerlänge (x-Achse) und Auslegerwinkel (y-Achse) sein.
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Ausgehend von einem Anfangszustand S werden in der ersten Iteration die ersten Nachbarn im zweidimensionalen Teilraum M aufgesucht, wie durch die acht Symbole „1” angedeutet. Es wird also jeder diskrete Nachbarpunkt jeder Variable (zum Beispiel konstant halten sowie Veränderung jeder Variable um einen Schritt in positive und einen Schritt in negative Richtung und sämtliche Permutationen beider veränderter Variablen) aufgesucht, wobei ein erster Nachbarzustand auch derjenige Zustand ist, bei welchem entweder nur eine der beiden Variablen verändert wird, oder beide Variable gleichzeitig verändert werden.
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In der zweiten Iterationsstufe werden die nächsten Nachbarn der ersten Nachbarn „1” aufgesucht, wie durch die Symbole „2” gekennzeichnet. Wie dargestellt, ist nach der vierten Iteration das Ziel erreicht.
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Die Bewegung einer Last vom Laststartort (korrespondierend zu Startzustand S) zum Lastendort (korrespondierend zum Endzustand E) erfolgt somit im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Vergrößerung der in x-Richtung aufgezeichneten Variable (zum Beispiel Auslegerlänge), wobei die in y-Richtung aufgetragene Variable (zum Beispiel Auslegerwinkel) nicht verändert, also konstant gehalten wird.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Durchführung des Verfahrens im zweidimensionalen Fall mit einer durch eine dicke Linie gekennzeichneten Einschränkung ES. Beispielsweise kann diese Einschränkung ES ein baulich vorgegebenes Objekt sein, welches durch die Last nicht angesteuert werden darf, also umgangen, zum Beispiel überhoben oder umfahren werden muss.
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Ausgehend von einem Startzustand S soll ein Endzustand E erreicht werden. Im ersten Iterationsschritt werden, wie bereits bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben, die ersten Nachbarn „1” durch Variationen beider Parameter aufgesucht. Basierend hierauf werden in der zweiten Iteration die zweiten Nachbarn aufgefunden. Wie aus 2 ersichtlich, ist im Zustandsraum M bei drei diskreten zweiten Nachbarpunkten angrenzend eine durch eine dicke Linie hervorgehobene Einschränkung ES vorgesehen, welche so definiert ist, dass durch diese Einschränkung hindurch keine weiteren Nachbarn mehr aufgefunden werden können, also ein Nachbarschaftsverhältnis aufgelöst wird. Diese Einschränkung ist jedoch in Richtung der y-Achse nach oben und unten begrenzt, sodass diese umgangen werden kann.
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Wie in der dritten Iteration gezeigt, können dritte Nachbarpunkte aufgefunden werden, welche in positiver x-Richtung an der aufgezeigten Einschränkung des Zustandsraumes M vorbei angeordnet sind, also ausgehend von dem Startzustand S hinter der Beschränkung liegen.
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Im vierten Iterationsschritt werden alle vierten Nachbarn des Startzustandes S unter Berücksichtigung der Einschränkung aufgefunden, wobei gesehen werden kann, dass vier vierte Nachbarpunkte „4” bereits neben dem Endzustand E liegen.
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In der fünften Iteration kann der Endzustand E als 5. Nachbarpunkt erreicht werden, wobei eine Vielzahl von möglichen Wegen (in der fünften Iteration durch Verbindungen der jeweils unmittelbaren Nachbarn eingezeichnet) als mögliche Wege vom Startzustand S zum Endzustand E aufgefunden werden konnten.
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Optional kann unter den möglichen aufgefundenen Wegen nach weiteren Kriterien optimiert werden, also zum Beispiel „größtmöglicher Sicherheitsabstand zur vorgegebenen Begrenzungen” oder „geringste Windlast”.
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4 veranschaulicht beispielhaft das Verfahren zur Optimierung der Hubplanung.
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Basierend auf den Grundlagen der Kranberechnung wird, wie bereits im Stand der Technik bekannt, ein N-dimensionaler Zustandsraum zur Definition alle möglichen Kranzustände gebildet. Dieser Zustandsraum kann konkret durchgerechnet werden, was jedoch für die vorliegende Erfindung nicht notwendig ist. Es kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausreichend sein, ausgehend von einem Momentanzustand nur die Zustandspunkte oder Nachbarpunkte im erwähnten Zustandsraum M zu berechnen, welcher die zulässigen Kranzustände beschreibt.
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Der Zustandsraum N kann die in 4 angegebenen nicht abschließenden Parameter oder Freiheitsgrade aufweisen, wie zum Beispiel Bediener-Eingaben zu einem oder mehreren Parametern, Sensordaten zu einem oder mehreren Parametern, wie zum Beispiel den Kranzustand oder gemessene äußere Bedingungen, wie zum Beispiel Wind, Temperatur, Sonneneinstrahlung. Weiterhin können statische und dynamische Effekte, wie zum Beispiel ein Pendeln der Last und Drehimpulse, berücksichtig werden. Ebenso wird der Rüstzustand bzw. die Konfiguration des Kranes berücksichtigt. Als weitere Parameter bestimmen Rahmendaten des Hubs, wie zum Beispiel die Lastaufnahme, Lastablage und räumliche Hindernisse den Zustandsraum N. Alle angegebenen Parameter sind nur beispielhaft. Weitere Parameter können selbstverständlich einzeln oder in Kombination mit anderen Parametern berücksichtigt werden.
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Ausgehend von dem Zustandsraum N, welcher alle möglichen Kranzustände definiert, wird ein Zustandsraum M (z. B. auch adaptiv, also während des Betriebes) ermittelt, welcher alle zulässigen Kranzustände definiert. Der Zustandsraum M kann theoretisch maximal so groß sein wie der Zustandsraum N, wird jedoch in der Praxis meistens ein Teilraum hiervon und kleiner sein. Da einige der Parameter des Zustandsraumes N für einen Hubvorgang festgelegt werden, wird die Dimensionalität des Zustandsraumes M in vielen Fällen geringer sein als die Dimensionalität des Zustandsraumes N. Der Zustandsraum M kann kontinuierlich sein oder diskrete Punkte in Form einer mehrdimensionalen diskreten Punktwolke aufweisen, wobei alle Zustände in dem Zustandsraum M sichere Zustände sein sollen, bei welchen es ausgeschlossen ist, dass ein Kran, welcher einen Betriebspunkt im Zustandsraum M aufweist, versagt oder kippt. Im Zustandsraum M können auch Einschränkungen am Rande oder innerhalb des Zustandsraumes M vorgesehen sein, wie oben unter Bezugnahme auf 3 erläutert.
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Unter Verwendung von Grundlagen der Navigation und damit verknüpften Grundlagen der Robotik können Daten zur Verfügung gestellt werden, um Bewegungen einer Last zu planen oder zu überwachen. Insbesondere kann zum Beispiel adaptiv ermittelt werden, wie groß unter konkret gegebenen durch eingegebene und/oder gemessene Parameter definierten Umständen eine Traglast sein kann, wobei diese Traglast je nach Parametersatz erhöht oder verringert werden kann. Die zur Bewegung des Kranes mit oder ohne Last möglichen Geschwindigkeiten, zum Beispiel beim Heben oder Senken, Drehen oder Wippen des Auslegers oder einer Spitze, können basierend auf den konkret ermittelten Parameter ebenfalls angepasst werden.
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Optional können die ermittelten Informationen auch zum Beispiel auf einem Bildschirm ausgegeben werden, um beispielsweise einem Benutzer anzuzeigen, wie eine oder mehrere mögliche Bewegungen durchgeführt werden können. Optional können auch Warnungen oder Alarmsignale an einen Benutzer ausgegeben werden, welche ihn vorzugsweise frühzeitig auf mögliche kritische Bedienzustände oder Einschränkungen der Betriebsweise des Kranes hinweisen.
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Weiterhin kann im Kran ein Nothalt-System implementiert sein, welches entweder automatisch eine Bewegung stoppt oder den Kran in einen sicheren oder sichereren Betriebszustand zurück versetzt, wenn festgestellt wird, dass sich der Kran zu einem unsicheren Betriebszustand hinbewegt oder (zum Beispiel durch sich spontan verändernde Parameter, wie zum Beispiel Windgeschwindigkeit) in einem unsicheren Betriebszustand befindet.
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5 zeigt einen erfindungsgemäßen Kran. Dieser steht neben einem Gebäude G1 (Gebäude G2 wird hier noch nicht betrachtet und sei nicht existent). Der Kran hebt eine Last L vom Startpunkt S. Der Zielpunkt der Last sei E auf G1. Der normale Hub führt nun vom Lastaufnahmepunkt P1 zum Punkt P2 (Last anheben). Dann führt eine Drehbewegung über P3 und P4 zu P5 über den Lastablagepunkt E. Dann wird die Last abgesetzt (P6 = E).
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Nun sei das Gebäude G2 (oder ein anderes Hindernis wie ein Gerüst) im Weg. Der Pfad P3 bis P4 ist damit blockiert. Nun muss ein alternativer Pfad gefunden werden. Über Einwippen (P2 nach P2') wird der Lastradius verkürzt. Dann kann gedreht werden (P2' nach P3'). Gleichzeitiges Auswippen und Heben versetzt die Last über den Ablagepunkt (P3' nach P5). Schließlich wird die Last abgesetzt. Der optimale Hub (geringstes Maß an Wippen, dafür erforderliches Gegengewicht etc) kann mit dem vorgestellten Verfahren leicht bestimmt werden.
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In einem dritten Szenario wirke ein starker Wind von hinten rechts (von der aktuell gezeichneten Oberwagenposition aus, Vektor W). Der Wind führt beim Drehen zu einer zusätzlichen Belastung und kann zum Kippen führen. Mit dem Verfahren (Wind ist Parameter im Zustandsraum N und Teilraum M) kann die Standsicherheit während des Hubs sichergestellt werden. Sollte bei dem hier skizzierten Drehen das Kippen kritisch werden, könnte eine Alternative berechnet werden. Diese könnte aus der anderen Drehrichtung und dem „270 Grad”-Drehen bis zum Punkt E bestehen. Kommt der Wind „aus der Lastrichtung”, ist die Belastung auf das System i. d. R. nicht zu groß und der Hub kann durchgeführt werden.
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6 zeigt sechs verschiedene Punkte aus dem Zustandsraum N. Die Dimensionen seien hier:
- – Drehwinkel D (mit in sich geschlossener Skala, 0 Grad entsprechen hier wieder 360 Grad. Die geschlossene Skala ist durch einen Halbkreis am Ende gekennzeichnet), Werte zwischengleich 0 und 360 sind möglich
- – Lastposition H (Höhe der Last im Vergleich zum Bodenniveau. Negative Werte sind möglich, z. B. Hübe in Baugruben)
- – Wippwinkel W (In diesem Beispiel sind Werte größer gleich null möglich)
- – Windstärke WSt (hier als kontinuierliche Skala, kann z. B. auch nur diskrete Werte annehmen)
- – Windrichtung Wr (in sich geschlossene Skala)
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Punkt 6.1 zeigt die Last am Boden bei großem Wippwinkel und wenig Wind. Hohe Traglast, hohe Sicherheit gegenüber Kippen (alle Werte sind hier reine Beispielwerte). Punkt 6.2 zeigt den Zustand der angehobenen Last. Die Traglast ist unverändert. Punkt 6.3 zeigt die Reaktion auf den vergrößerten Drehwinkel: Die Traglast verringert sich, die Sicherheit gegen Kippen ebenfalls. Sollte nun die Windstärke zunehmen wie in Punkt 6.4 dargestellt, so droht Kippen (Traglast null und Sicherheit gegen Kippen < null). Dieser Zustand muss vermieden werden. Punkt 6.5 zeigt einen Punkt, der auf einem alternativen Pfad liegen könnte. Der Wippwinkel ist vergrößert und der Lastradius verkleinert; die Standsicherheit ist gewährleistet. Schließlich könnte dies zu Punkt 6.6 führen: Trotz starken Wind ist der Lastabsetzpunkt gültig mit leicht reduzierter Sicherheit gegen Kippen.
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7 zeigt eine Variante des Verfahrens im Vergleich zu 1. Hier wird nicht nur vom Startpunkt aus iteriert, sondern gleichzeitig vom Endpunkt aus. So kann ein verbindender Pfad deutlich schneller erreicht oder berechnet werden. So sind hier nur zwei Iterationsschritte erforderlich.
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Eine weitere Variante zeigt 8. Hier wird zusätzlich ein Hilfspunkt H eingeführt. Dieser stellt eine weitere gültige Position dar. Er kann z. B. aus einer vorangegangenen Rechnung noch bekannt sein (im Speicher vorhanden) oder ein „standardmäßiger” Punkt im Rüst- und/oder Hubvorgang sein, der zwingend „durchfahren” werden muss. Obwohl S und E in diesem Beispiel weiter auseinander liegen als bei 7, kann trotzdem wieder nach zwei Iterationsschritten ein zusammenhängender Pfad berechnet werden.
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Die Verwendung mehrerer Hilfspunkte ist analog möglich. So können mehrere Hilfspunkte in einem „Iterationsansatz” verwendet werden. Alternativ ist denkbar, das Verfahren mehrfach hintereinander von E zu H1, von H1 zu H2 usw. und schließlich von Hn zu E anzuwenden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung einen Kran, dessen Traglastberechnung und Traglastdarstellung über die bekannten 360°-Kurven sowie über die bekannte variable Abstützung hinausgeht.
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Es kann ein Navigationsverfahren durch die Menge der gültigen Konfigurationen des Kranes durchgeführt werden.
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Die gültigen Konfigurationen können alle möglichen oder alle möglichen relevanten Kranzustände umfassen (z. B. Zustandsraum N), von denen ein Unterraum (z. B. Zustandsraum M) die zulässigen Konfigurationen enthält, also z. B. die Konfigurationen, bei welchen der Kran sicher ist. Dabei kann jede Konfiguration optional einen Sicherheitsfaktor aufweisen, z. B. mathematisch betrachtet einen Abstand der aktuellen Konfiguration zur Grenze des Zustandsraumes M. Dabei kann auf bekanntes Wissen aus dem Bereich Kranberechnung zurückgegriffen werden.
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Die klassische Lösung (360° Rundumlast) kann als Sonderfall umfasst werden. Hierbei ist jedoch im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung in den meisten Fällen kein konstanter Sicherheitsabstand möglich. Der Sicherheitsabstand wird im klassischen Fall veränderlich sein, also z. B. vom Drehwinkel abhängen.
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Die Navigation umfasst eine (adaptive) Berechnung für N Dimensionen (Parameter) im N-dimensionalen Zustandsraum. Randbedingungen des Hubes beinhalten Start und Ziel und optional Hilfspunkte, ggf. in einem Iterationsansatz, oder nacheinander, z. B. von einem Startzustand S zu einem ersten Hilfspunkt H1, von dem ersten Hilfspunkt H1 zu einem optionalen zweiten Hilfspunkt H2 und so weiter bis zu einem Endzustand E. Fahrzustände und Rüstkonfigurationen können als Randbedingungen berücksichtigt werden, ebenso Einschränkungen oder Begrenzungen durch mechanische Hindernisse, Wettereinflüsse und/oder Bedienereingaben.
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Ergebnisse der Navigation und optional Zwischenergebnisse können adaptiv berechnet und optional in einem Speicher für einen späteren optionalen Zugriff hierauf vorgehalten werden.
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Das Verfahren kann für den Einsatz in Echtzeit (Onboard-Fähigkeit) ebenso wie für einen Planungsvorgang (Offboard-Fähigkeit) durchgeführt werden.
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Sicherheiten können vorgegeben oder berechnet und optional auch angezeigt werden.
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Ein Hub kann inklusiv des ggf. erforderlichen Rüsten des Kranes als ein Weg durch die Menge der Konfigurationen betrachtet und einem Benutzer zur Kenntnis gebracht werden.
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Mittels des Verfahrens kann überprüft werden, ob ein gewünschter Hub grundsätzlich überhaupt möglich ist oder nicht.
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Ein Hub kann so geplant werden und/oder durchgeführt werden, dass die Sicherheit für den Hub maximiert wird.
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Als relevante Parameter können einzeln oder in Kombination mindestens einer der folgenden Parameter berücksichtigt werden: Bedienereingaben, Kran-Komponenteneigenschaften, externe Einflüsse (wie z. B. Wind (Richtung und Stärke), Wärmestrahlung (z. B. der Sonne, Umgebungstemperatur, ...), Dynamik (z. B. Lastpendeln oder die z. B. beim Drehen oder Wippen bewegte Masse) oder die Sichtbarkeit der Last, welche z. B. durch Nebel oder Hindernisse verdeckt sein kann).
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Verschiedene Lösungen oder Pfade können mittels des Verfahrens aufgefunden werden, welche nach vorgebbaren Kriterien bewertet werden können, wie z. B. geringste Windlast, größte Sicherheit, schnellster Hub, größtmögliche Traglast, ...
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Weitere Parameter können leicht in dem erfindungsgemäßen Verfahren implementiert werden, d. h. dieses ist einfach skalierbar und orientiert sich vorzugsweise an Verfahren aus der Robotik.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1925586 A1 [0006]
- EP 2674384 A1 [0007]
- DE 102012011871 A1 [0007]
- JP 2000264583 A [0008]
- JP 2003285991 A [0009]
- DE 102005035460 A1 [0010]
