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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines ersten hohlförmigen Elementes in Bezug auf zumindest ein weiteres hohlförmiges Element, wobei die zumindest zwei Elemente relativ zueinander verschiebbar sind, gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Patentanspruches.
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Bei Kranen mit Teleskopauslegern ist es bekannt, dass solche Teleskopausleger aus mehreren Teleskopelementen bestehen, die aus Gründen der Stabilität und Gewichtsersparnis hohlförmig ausgebildet sind. Diese Teleskopelemente sind relativ zueinander verschiebbar, um die Länge des Teleskopauslegers so verändern. Die kleinstmögliche Länge ist im eingefahrenen Zustand gegeben, zum Beispiel bei einem Mobilkran, bei dem die mehreren Teleskopauslegerelemente zusammengeschoben werden, um den Kran von einem Ort zu einem Anderen bewegen zu können. Für den eigentlichen Betrieb des Kranes ist es erforderlich, den Teleskopausleger in seiner Länge zu vergrößern, um den gewünschten Ort zum Anheben oder Absetzen einer Last anfahren zu können. Hierzu wird der Teleskopausleger von seiner kleinstmöglichen Länge bis hin zu seiner größtmöglichen Länge durch relatives Verschieben (Ausfahren) der einzelnen Teleskopauslegerelemente gebracht. Aus Sicherheitsgründen und auch für eine Lastmomentbegrenzung ist es unbedingt erforderlich, neben dem Anstellwinkel des Teleskopauslegers auch seine Länge zu kennen, da insbesondere abhängig von diesen beiden genannten Parametern eine Lastmomentbegrenzung erfolgen muss, damit nicht durch die Anhängung einer unzulässig hohen Last die Gefahr des Umkippens des Kranes besteht. Daher ist es unbedingt erforderlich, die Länge des Teleskopauslegers zu erfassen und auszuwerten, um sicherheitskritische Situationen zuverlässig zu vermeiden.
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Im Stand der Technik sind schon mechanisch arbeitende Längengeber bekannt geworden, bei denen jedoch ein hoher Aufwand betrieben werden muss, um einerseits die zuverlässige Längenmessung realisieren zu können und andererseits unter den schwierigen Einsatzbedingungen die Verschleißanfälligkeit und erforderliche Messgenauigkeit zu realisieren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche bekannte Vorrichtung sowie ein solches bekanntes Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung zu verbessern.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der beiden unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Bezüglich der Vorrichtung zur Ermittlung der Position zwischen den zumindest zwei hohlförmigen Elementen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem ersten hohlförmigen Element ein Sender und dem zumindest einen weiteren hohlförmigen Element in Empfänger angeordnet ist. Sender und Empfänger sind ortsfest an dem zugehörigen Element angeordnet und stehen über Funkwellen miteinander in Kontakt, wobei über die Laufzeit der Funkwellen die Position des einen Elementes relativ zu der Position des zumindest einen weiteren Elementes bestimmt werden kann. Denn je nach Position der beiden Elemente zueinander ergeben sich unterschiedliche Laufzeiten der Funkwellen, sodass daraus insgesamt nicht nur die Position des ersten Elementes relativ zu dem zweiten Element bestimmt werden kann, sondern unter Berücksichtigung des Ortes, wo Sender und Empfänger angeordnet sind, auch die Gesamtlänge der beiden Elemente, die aufgrund der Verschiebung zueinander veränderbar ist, bestimmt werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Sender und/oder der Empfänger in einem Endbereich des zugehörigen Elementes angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass dadurch aufgrund der Laufzeitbestimmung direkt die Gesamtlänge der beiden Elemente bestimmt werden kann. Sind entweder der Sender und/oder der Empfänger nicht in einem Endbereich angeordnet, muss zur Bestimmung der Gesamtlänge der Elemente die Länge zwischen dem Endbereich des Elementes und dem Einbauort des Senders bzw. des Empfänger hinzu addiert werden. Die Anordnung von Sender und/oder Empfänger in einem Endbereich hat außerdem den Vorteil, dass diese beispielsweise für den Montagefall oder auch für den Wartungsfall sehr gut zugänglich sind. Andererseits kann daran gedacht werden, Sender und/oder Empfänger innerhalb des zugehörigen Elementes, zum Beispiel auch im Mittelbereich oder in Bereiches zwischen der Mitte und dem Endbereich des jeweiligen Elementes, anzuordnen, da diese dann einerseits geschützt angeordnet sind und andererseits trotzdem die Längenmessung über die Laufzeitmessung der Funkwellen erfolgen kann und lediglich die Strecke (Länge) des Einbauortes des Senders bzw. des Empfängers bis zum jeweiligen Endbereich der mittels der Laufzeitmessung ermittelten Länge hinzuaddiert werden muss. Dies kann auf einfache Art und Weise in einer Steuereinrichtung, an die Sender und Empfänger angeschlossen sind, erfolgen.
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Im einfachsten Fall besteht die Vorrichtung aus genau zwei hohlförmigen Elementen, die relativ zueinander verschiebbar sind. Andererseits kann auch daran gedacht werden, dass mehr als zwei, also drei, vier oder sogar noch mehr hohlförmige Elemente relativ zueinander verschiebbar sind. Dies hat den Vorteil, dass im eingefahrenen Zustand der Elemente eine sehr kurze Länge realisierbar ist. Gleichwohl besteht die Möglichkeit, an einem Element den Sender und an einem weiteren Element den Empfänger anzuordnen. Da es unter Sicherheitsaspekten im Regelfall erforderlich sein wird, die kleinstmögliche und die größtmögliche Länge zu ermitteln, ist es von besonderem Vorteil, dass sowohl der Sender als auch der Empfänger jeweils im Endbereich der äußeren Elemente angeordnet ist. Dieser Endbereich der äußeren Elemente kann derjenige Endbereich sein, der den weiteren verschiebbaren Elementen zugewandt oder abgewandt ist. Handelt es sich bei dem Endbereich um den den weiteren verschiebbaren Elementen abgewandten Bereich, kann dadurch aufgrund der Laufzeitbestimmung direkt die maximal mögliche Länge bestimmt werden. Handelt es sich bei dem Endbereich um den den dazwischen liegenden Elementen zugewandten Endbereich, ist es erforderlich, zu der mittels der Laufzeitmessung bestimmten Länge die Länge der beiden äußeren Elemente hinzu zu addieren. Gleiches gilt für den Fall, dass der Sender und/oder der Empfänger zwar in den äußeren Elementen angeordnet ist, jedoch nicht dem einen oder anderen Endbereich, sondern dazwischen.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn die zumindest zwei Elemente, vorzugsweise mehr als zwei Elemente, Teleskopelemente eines Teleskopauslegers eines Kranes sind. Dann kann auf einfache Art und Weise sowohl der Sender als auch der Empfänger an den beiden äußeren Elementen angeordnet werden und die veränderbare Länge des Teleskopauslegers über die Laufzeitbestimmung der Funkwellen bestimmt werden. Dies ist unter sicherheitskritischen Aspekten von besonderem Vorteil, da schnell und zuverlässig die Gesamtlänge des Teleskopauslegers zwischen der kleinstmöglichen und der größtmöglichen Länge bestimmt werden kann. Außerdem erfolgt die Längenbestimmung verschließfrei und geschützt innerhalb der Teleskopelemente, da diese hohlförmig ausgebildet sind und Schutz vor den äußeren rauen Umgebungsbedingungen, wie sie bei einem Kran ständig vorkommen, geschützt erfolgen kann.
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Bezüglich des Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zur Ermittlung des Position zumindest zweier relativ zueinander verschiebbarer Elemente ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem ersten hohlförmigen Element ein Funkwellen aussendender Sender und dem zumindest einen weiteren hohlförmigen Element ein die Funkwellen empfangender Empfänger angeordnet ist, wobei aus der Laufzeit der Funkwellen die Position der zumindest zwei Elemente zueinander bestimmt wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Realisierung der gleichen Vorteile, wie sie schon vorstehend bezüglich der Vorrichtung beschrieben worden sind. Auch hier gilt, dass das Verfahren bei zwei, drei oder mehr als drei zueinander verschiebbaren Elementen angewandt werden kann. Gleiches gilt für den Einbauort von Sender bzw. Empfänger.
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Ebenfalls wird dieses erfindungsgemäße Verfahren bei Teleskopauslegern von Kranen angewandt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Sender und dem Empfänger und/oder umgekehrt eine Datenübertragung erfolgt. Selbstverständlich sind je nach Übertragungsrichtung von der einen in die andere Richtung oder in beide Richtungen entsprechende Mittel (wie Sender, Empfänger, Antennen und dergleichen) vorhanden. Die Erfindung betrifft nicht nur eine Längenmessung, sondern sie kann auch um eine Datenübertragung ergänzt werden. Damit können Steuersignale, Messdaten oder jede andere Art von Daten drahtlose durch hohlförmige längliche Elemente, wie ein Rohr, übertragen werden. Somit sind Steuerungen und Sensoren verbindbar ohne große äussere Einflüsse wie Regen, Blitz, etc.. Genauso sind Störungen von außen gegenüber der Umwelt außerhalb des Rohrs gering. Zum Beispiel ist die EMV gering. Diese Erfindung gilt für alle Gegenstände, die Rohr-ähnlich sind, egal aus welchen Material, z. B. Tunnel, Durchführungen in Gebäuden, etc. Die drahtlose Verbindung geschieht genau umgekehrt zur üblichen Anwendung nicht im freien, sondern in einem eingeschränkten, teilweise geschlossenen Raum. Damit ist auch eine Längenmessung möglich (Feldstärke und Laufzeit).
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Zur Verdeutlichung der Erfindung wird diese anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in der Figur gezeigt ist, im Folgenden näher erläutert.
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Mit 1 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines ersten hohlförmigen Elementes 2 in Bezug auf zumindest ein weiteres hohlförmiges Element 3 versehen, wobei die zumindest zwei Elemente 2, 3 relativ zueinander verschiebbar sind. Bei den Elementen 2, 3, gegebenenfalls auch mehr als zwei (nicht dargestellten) Elementen, handelt es sich vorzugsweise um Teleskopauslegerelemente eines Teleskopauslegers eines Kranes.
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Im Endbereich des Elementes 2 ist ein Sender 4 und im Endbereich des weiteren Elementes 3 ein Empfänger 5 angeordnet. Der Sender 4 sendet Funkwellen 6 aus, die unreflektiert und/oder reflektiert zu dem Empfänger 5 übertragen werden können, weil die beiden Elemente 2, 3 hohlförmig ausgestaltet sind. Je nachdem, in welcher Position sich das Element 3 in Bezug auf das Element 2 befindet infolge der möglichen relativen Verschiebung zueinander verändert sich die Laufzeit der Funkwellen 6 zwischen Sender 4 und Empfänger 5, die von einer nicht dargestellten Steuereinheit erfasst und daraus die Gesamtlänge der beiden Elemente 2, 3 bestimmt werden kann.
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In der Figur ist gezeigt, dass der Sender 4 im äußeren Endbereich des Elementes 2 und der Empfänger 5 im äußeren Endbereich des Elementes 3, also in größtmöglicher Distanz zueinander angeordnet ist. Sind zwei Elemente 2, 3 vorhanden, ist es möglich, Sender 4 und/oder Empfänger 5 nicht in dem gezeigten Endbereich, sondern in dem jeweils gegenüberliegenden Endbereich oder in einer Position dazwischen anzuordnen. Bei der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Anordnung von Sender 4 und Empfänger 5 kann die Länge der beiden Elemente 2, 3 direkt bestimmt werden. Weicht die Anordnung von Sender 4 und/oder Empfänger 5 von der in der Figur gezeigten Position ab, muss nach erfolgter Längenbestimmung mittels der Laufzeitmessung noch die Teillänge zwischen der Anordnung des Senders 4 an dem Element 2 bzw. des Empfängers 5 an dem Element 3 bis hin zu dem äußeren Endbereich bzw. Ende hinzugefügt werden.
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Die verschiedenen Anbauorte von Sender 4 und Empfänger 5 und die entsprechende Bestimmung der Gesamtlänge lässt sich ebenfalls in genauso vorteilhafter Weise ermöglichen, wenn zwischen den beiden Elementen 2, 3 noch weitere Elemente angeordnet sind. Wichtig ist hierbei, dass der Sender 4 und der Empfänger 5 an dem jeweils äußersten Element angeordnet ist und die weiteren Elemente dazwischen relativ zueinander verschiebbar (alle) angeordnet sind, um die Gesamtlänge der Elemente zu bestimmen.
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Mit der Bezugsziffer ist zumindest ein weiteres hohlförmiges Element zwischen den beiden Elementen 2, 3 bezeichnet.
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Um zu verhindern, dass sich die Funkwellen außerhalb der Elemente 2, 3 (und ggfs. 7) ausbreiten und sich in diesem Bereich beeinflussen oder die Laufzeitmessung und/oder die Längenmessung und/oder die Datenübertragung verfälschen oder behindern, kann an eine entsprechende Abschirmung mit geeigneten Mitteln, zum Beispiel Abschirmbleche 8, gedacht werden.
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Nicht dargestellt, aber selbstverständlich vorhanden sind Mittel, die es gestatten, die einzelnen Elemente zueinander zu lagern und relativ zu verschieben, genauso wie Mittel, die die relative Verschiebung realisieren (zum Beispiel Hydraulikantriebe oder dergleichen). Ebenso vorhanden, aber nicht dargestellt sind weitere Sensoren zur Erfassung von Parametern eines Kranes, insbesondere eines Winkelgebers, damit nicht nur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Länge des aus mehreren Elementen bestehendes Teleskopauslegers bestimmt werden kann, sondern auch dessen Anstellwinkel, um sichere Arbeitsbereiche des Kranes zu ermöglichen und sicherheitskritische Arbeitsbereiche zu vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Positionsermittlung
- 2
- Erstes hohlförmiges Element
- 3
- Weiteres hohlförmiges Element
- 4
- Sender
- 5
- Empfänger
- 6
- Funkwellen
- 7
- Weiteres hohlförmiges Element
- 8
- Abschirmblech
