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Die Erfindung betrifft einen Raupenkran mit wenigstens einem Kamerasystem, wobei das Kamerasystem zur Erfassung von Daten betreffend die Relativposition des Raupenkrans zu einem Schwebeballast und/oder zu wenigstens einem Ballastwagen eingerichtet ist, und mit wenigstens einer Steuerung/Regelung, die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der erfassten Daten eine Bewegung des Raupenkrans und/oder des Ballastwagens zu veranlassen oder zu beenden.
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Aus dem Stand der Technik sind Raupenkrane bekannt, bei denen ein Ballastwagen über ein Verbindungselement mit dem Oberwagen des Raupenkrans verbunden ist. Auf dem Ballastwagen kann ein Schwebeballast des Raupenkrans bei Bedarf abgelegt werden. Der Ballastwagen wird über das Verbindungselement vom Raupenkran gedreht bzw. mitbewegt. Nachteilig ist dabei, dass derartige Verbindungselemente für große Ballastgewichte nicht hinreichend stark ausgeführt werden können und bei großen Ballastgewichten der Ballastwagen dadurch nicht mehr von dem Raupenkran gedreht werden kann und dann gegebenenfalls mit einem eigenen Antrieb auszustatten ist.
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Aus dem Stand der Technik sind auch Krane bekannt, bei denen wenigstens eine Kamera beispielsweise an der Spitze eines Auslegers vorgesehen ist, wobei mittels der Kamera beispielsweise Rüstzustände des Krans erkannt werden können und/oder der Arbeitsbereich des Krans überwacht werden kann. Es sind auch Kransysteme bekannt, bei denen eine Kranüberwachung mittels einer an einer Drohne angebrachten Kamera erfolgt.
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Weiter sind Ballastwagen bekannt, die als Grundkörper zumindest ein SPMT-Fahrzeug verwenden.
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Aufgabe der Erfindung ist es gattungsgemäße Raupenkrane dahingehend weiter zu bilden, dass sie Ballastwagen mitführen können, die nicht über ein Verbindungselement mit dem Kran gekoppelt sind. Erfindungsgemäß sollen hierbei entsprechend höhere Ballastgewichte von den Ballastwagen verfahren bzw. bewegt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch einen Raupenkran mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Demnach ist ein Raupenkran mit wenigstens einem Kamerasystem vorgesehen, wobei das Kamerasystem zur Erfassung von Daten betreffend die Relativposition des Raupenkrans zu einem Schwebeballast und/oder zu wenigstens einem Ballastwagen eingerichtet ist.
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Über das Kamerasystem kann die entsprechende Relativposition aufgenommen werden und beispielsweise mit Warn- oder Eingriffsgrenzen dem Bediener auf einem Bildschirm angezeigt werden. Der Bediener kann dann anhand der Anzeige den Ballastwagen manuell verfahren. Das kann der Bediener beispielsweise mittels einer Fernsteuerung oder an einem eigebauten Steuerstand durchführen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann aber zusätzlich wenigstens eine Steuerung/Regelung vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, auf der Grundlage der erfassten Daten eine Bewegung des Raupenkrans und/oder des Ballastwagens zu veranlassen oder zu beenden.
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Somit wird erfindungsgemäß eine starre Verbindung zwischen dem Raupenkran und dem Ballastwagen überflüssig und muss damit auch nicht vorgesehen sein. Sie kann vielmehr durch eine Sensorik ersetzt werden, die in der Lage ist, die aktuelle Position des Ballastes bzw. eines als Ballastwagen benutzten Transportsystems zu erkennen bzw. zu erfassen und innerhalb vorgegebener Grenzen, durch eine Steuereinheit bzw. durch eine Steuerung/Regelung überwacht, zu halten. Es kann erfindungsgemäß auch mehr als ein Ballastwagen von dem Kamerasystem erfasst und/oder von der Steuerung/Regelung angesteuert/angeregelt werden. Die Steuerung/Regelung kann beispielsweise als Bordcomputer des Raupenkrans implementiert sein und/oder alle zu Steuerung/Regelung erforderlichen Einrichtungen wie Speicher, Eingabemittel, Ausgabemittel und/oder Rechner umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass das Kamerasystem im oberen Bereich, insbesondere im Kopfstück eines Derrickauslegers des Raupenkrans angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, den Bereich unterhalb des Derrickauslegers, in dem der Ballast und/oder der Ballastwagen angeordnet sind besonders einfach zu überwachen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist denkbar, dass am Raupenkran, am Schwebeballast und/oder am Ballastwagen je wenigstens ein, insbesondere genau zwei, Marker angeordnet sind. Die Marker können dazu ausgebildet sein, besonders einfach von dem Kamerasystem erfasst zu werden. Hierdurch können die Marker und damit die mit den Markern gekoppelten Komponenten einfach erfasst werden. Das Kamerasystem kann selbst aus mehr als einer Kamera und insbesondre aus einer Stereokamera bestehen oder diese umfassen. Hierdurch können Entfernungen bzw. Positionen der erfassten Objekte genauer bestimmt werden. In vorteilhafter Weise sind bei dieser Bestimmung die Höhenlage der Marker berücksichtigt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der wenigstens eine Marker zum Generieren wenigstens eines Intervallsignals eingerichtet ist. Demnach kann es sich bei dem Marker um einen aktiven Marker handeln, der vom Kamerasystem auch unter widrigen Umweltbedingungen gut erkennbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der wenigstens eine Marker dazu eingerichtet sind, Lichtsignale auszugeben, mittels derer er identifizierbar ist. Dabei können unterschiedlich Marker unterschiedliche Lichtsignale abgeben, die von dem Kamerasystem erfassbar und von der Steuerung/Regelung entsprechend auswertbar sind. Durch die Lichtmarker können Positionserkennungspunkte gebildet werden, so dass auch bei Nacht oder Nebel der Betrieb möglich ist.
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Das Signal kann auch eine nicht sichtbare Wellenlänge aufweisen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass genau zwei Marker oder mehr als zwei Marker am Raupenkran und/oder am Schwebeballast und/oder am Ballastwagen angeordnet sind, wobei insbesondere die an dem Raupenkran angeordneten Marker symmetrisch zur Kranachse des Raupenkrans angeordnet sind und/oder eine zur Drehachse des Raupenkrans definierten Positionen angeordnet sind.
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Durch die Nutzung zweier Marker, die in genau definierten Abständen zueinander bzw. an definierten Positionen relativ zum Raupenkran, zum Ballast und/oder zum Ballastwagen angeordnet sein können, ist es möglich, mittels des Kamerasystems die Entfernung zwischen den Markern zur Überprüfung der Messgenauigkeit des Kamerasystems zu nutzen. Wenn ferner die Marker bezogen auf beispielsweise den Drehmittelpunkt einer Drehbühne oder eines Oberwagens 11 des Raupenkrans positioniert sind und/oder an definierten Positionen an dem Raupenkran, dem Ballastwagen und/oder an dem Schwebeballast angeordnet sind, so können anhand der Positionen der Marker die Positionen der entsprechend markierten Komponenten erfasst werden und zur Steuerung/Regelung der Komponenten bzw. von deren Bewegung genutzt werden. Durch die Nutzung von zwei oder mehr Markern je Komponente kann das Sicherheitsniveau erhöht werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist denkbar, dass der Abstand zweier Marker in der Steuerung/Regelung hinterlegt ist und von der Steuerung/Regelung zur Feststellung eines Meßfehlers mit den mittels des Kamerasystems erfassten Daten vergleichbar ist.
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Die Erfindung ist ferner auf ein System gerichtet, umfassend einen Raupenkran nach einem der Ansprüche 1-7 und einen Ballastwagen. Der Ballastwagen und der Raupenkran können hierbei entsprechende Marker umfassen. Die Erfindung betrifft ferner einen Ballastwagen mit wenigstens einem Marker, wie er in einem System nach Anspruch 8 Verwendung findet. Das System und der Ballastwagen können weitere Merkmale umfassen, wie sie sich aus der Beschreibung des Raupenkrans ergeben. Auf eine Wiederholung hierzu wird verzichtet.
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Die Erfindung ist des Weiteren auf ein Verfahren zum Betrieb eines Raupenkran nach einem der Ansprüche 1-7 gerichtet, wobei in einem Schritt mittels des Kamerasystems und der Steuerung/Regelung die Relativposition des Raupenkrans zu einem Schwebeballast des Raupenkrans und/oder zu einem Ballastwagen ermittelt wird und in einem weiteren Schritt auf Grundlage der Relativposition eine Bewegung des Raupenkrans und/oder des Ballastwagens veranlasst oder beendet wird. Das Verfahren kann weitere Merkmale umfassen, die den vorliegend beschriebenen Vorrichtungsmerkmalen entsprechen und auf deren Wiederholung deswegen verzichtet wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind anhand der in den Figuren beispielhaft gezeigten Ausführungen erläutert. Dabei zeigen:
- 1 und 2: schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen Raupenkrans mit von dem Kamerasystems erfassten Winkelfenster; und
- 3: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Raupenkran mit schematischer Darstellung der Positionen der Marker.
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1 und 2 sind seitliche Ansichten eines erfindungsgemäßen Raupenkrans 1 mit einem im oberen Bereich eines Derrickauslegers vorgesehenen Kamerasystems 30. Das Kamerasystem 30 ist zur Erfassung von Daten zur Relativposition des Raupenkrans 1 zu einem Schwebeballast und/oder zu einem Ballastwagen 40 eingerichtet. Der Schwebebellast kann auf einer Schwebeballastpalette 41 angeordnet sein. Der Raupenkran 1 kann einen drehbar auf einem Unterwagen gelagerten Oberwagen 11 bzw. eine Drehbühne umfassen. Der Raupenkran 1 umfasst wenigstens eine Steuerung/Regelung, die dazu eingerichtet ist, auf Grundlage der erfassten Daten eine Bewegung des Raupenkrans 1 und/oder des Ballastwagens 40 zu veranlassen oder zu beenden. Bei der Bewegung kann es sich insbesondere um eine Drehbewegung des Oberwagens 11 um den Unterwagen handeln.
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Das Kamerasystem 30 ist dazu eingerichtet, die Relativposition des Raupenkrans 1 zum Schwebeballst und/oder zum Ballastwagen 40 zu erfassen, wobei die Ist-Position der genannten Komponenten festgestellt wird. In der Steuerung/Regelung kann eine Soll-Position hinterlegt sein und die Steuerung/Regelung kann den Raupenkran 1 und/oder den Ballastwagen 40 dazu ansteuern, die Differenz zwischen der Soll-Position und der Ist-Position zu minimieren.
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Das Kamerasystem 30 kann am Auslegersystem 20, vorzugsweise an der Spitze des Derrickauslegers 21, angebracht sein. Auf eine mechanische Verbindung zwischen dem Raupenkran 1 und dem Ballastwagen 40 kann verzichtet werden. Die bei großen Ballastgewichten auftretenden Kräfte wären sowieso nicht mehr von dem Stahlbau einer entsprechenden Verbindung aufnehmbar.
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Wie 3 zu entnehmen ist können am Raupenkran 1 insbesondere aktive Marker A und B angebracht sein. Am Ballastwagen 40 und/oder am Ballastgewicht können ebenfalls insbesondere aktive Marker C und D angebracht sein. Die Marker können Leuchten sein, die in einem definierten Intervall Signale abgeben. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Marker nicht mit einer Reflexion oder ähnlichem verwechselt wird. Auch ist ein „eingefrorenes“ Bild, bei dem keine Intervallsignale erfassbar sind, zum Beispiel nach einem Rechnerabsturz, schnell feststellbar.
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So kann ein Empfänger bzw. das Kamerasystem 30 und die Steuerung/Regelung feststellen, welcher Marker an dieser Stelle zu sehen ist. Das Kamerasystem 30 ist in Richtung Raupenkran 1 und Ballastwagen 40 gerichtet. Es kann die Signale der Marker A/B und C/D aufnehmen. Anhand der Marker kann die Steuerung/Regelung der Wege von Raupenkran 1 und Ballastwagen 40 erfolgen.
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Die Regelung kann zum Beispiel anhand eines Kreises (vgl 2) um den jeweiligen Marker erfolgen. Zur Bestätigung der Messgenauigkeit kann ein Vergleich zwischen dem geometrisch bekannten bzw. der Steuerung/Regelung zur Verfügung gestellten Abstand der jeweiligen Markerpaare A und B sowie C und D erfolgen. Ist dieser innerhalb von geforderten Grenzen gilt die Messgenauigkeit als bestätigt.
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Denkbar ist auch, dass nach dem Rüsten und der Verifizierung der Messgenauigkeit eine Art „Nullen“ erfolgt. Von diesem Zustand aus erfolgt dann die Regelung zum Nachfahren des Ballastwagens bzw. eines selbstangetriebenen Transportfahrzeuges (SPMT).
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Die Erfindung kann auch ohne Marker ausgeführt werden. Hierzu kann ein Kamerasystem 30 verwendet werden, das in der Lage ist, Konturen zu erkennen. So würden das SMPT und der sich darauf befindlicher Ballast sicher erkannt.
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Die Berechnung eines Ballastradius kann dann aus dem geometrisch bekannten Abstand der Marker A und B zu der Drehkranzmitte des Oberwagens 11 und dem geometrisch bekannten Abstand der Marker C und D zu dem Schwerpunkt des Ballastwagens 40 und dem ermittelten Abstand der Strecken AB und CD erfolgen.
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Der Ballastwagen 40 muss also kein zugekaufter standardmäßiger SPMT sein. Er kann ebenso als Sonderbauteil hergestellt sein. Hierdurch kann die Steuerung/Regelung leichter in die eigene Steuerung des Krans integrierbar sein. Auch könnte ein SPMT dann eine bestimmte kleinere Tragfähigkeit besitzen. Bei mehr zu tragendem Ballast würden mehrere Wagen zusammengeschaltet und eine Aufnahmefläche für die Schwebeballastpalette 41 bilden.
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Als zusätzliche nützliche Möglichkeit ist die Umfelderkennung auf der Baustelle mittels des Kamerasystems denkbar. So können Hindernisse, Personen, Grenzen des befestigten Untergrunds und andere Dinge erfassbar sein und auf einem Monitor für den Kranbediener darstellbar sein.
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Als weitere diversitäre Überwachungen sind ferner Abstandsmessungen über Sensoren denkbar. Diese Sensoren können Längengeber oder Positionssensoren (z.B. GPS) sein. Mittels der Sensoren können Abstände und/oder Positionen der genannten Komponenten ermittelt werden.
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Die Positionserkennung mittels Kamera ist bei einer eindeutigen Kontur (Erkennungspunkt) hinreichend genau möglich. Der Fehler ist in Bezug auf die Distanz etwa linear. Für ein Assistenzsystem könnte dieser mögliche Betriebsbereich genutzt werden, innerhalb dessen Grenzen der Bediener des SPMT diesen bewegen darf.
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Um die Position des Ballastwagens bestimmen zu können, können mehrere geeignete Punkte am Ballast, am Ballastwagen und/oder an der Drehbühne bzw. am Oberwagen 11 des Krans mittels des Kamerasystems am Kopf des Derrickauslegers 21 erfasst werden.
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Der Ballastwagen 40 kann durch ein oder mehrere selbstangetriebene Transportfahrzeuge gebildet werden, die sich immer lotrecht unter den Anschlusspunkten der Ballastabspannung am Derrickausleger zur Aufnahme der Schwebeballastpalette befinden müssen.
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Mittels der erfassten Daten kann der Betrieb durch eine Steuereinheit bzw. durch eine Steuerung/Regelung überwacht und ggf. gestoppt werden. Zusätzlich ist es möglich entweder den SPMT als Master und den Raupenkran 1 als Slave oder umgekehrt den Kran als Master und den SPMT als Slave für einen gemeinsamen Betrieb anzusteuern und im Betrieb zu überwachen.
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Bei der Positionsbestimmung mittels eines Kamerasystems 30 im Kopfbereich des Derrick-Gegenauslegers 21 ist eine zusätzliche Umfelderkennung möglich, die auch den Unterbau (Fahrbahn) und etwaige Hindernisse erkennen kann.
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Das Sicherheitskonzept sieht vor, dass der Betrieb des Raupenkrans 1 nur zulässig ist, wenn alle vorgegebenen Marker A, B, C, D vom System erkannt werden. Dazu können die Marker entsprechende Lichtsignale senden, die der jeweiligen Position zuordenbar sind.
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Aus den beiden Markern an der Drehbühne des Raupenkrans A und B ist die Kranachse als Normale zur Strecke AB in Bezug auf deren Mitte bestimmbar.
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Der Messfehler ist durch den gemessenen Fehler zwischen den Markern AB und CD ermittelt und entsprechend überprüfbar.
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Aus der Normalen zur Strecke AB und dem gemessenen/ermittelten Ballastradius wird eine Position für die Marker C und D der Ballastpalette bzw. des SPMT bestimmt. Diese Position beschreibt einen Kreis mit dem Radius R, in deren Fläche sich die optisch gemessenen Positionen des Lichtsignals C und des Lichtsignals D befinden müssen.
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Der Radiusbereich kann auf einem Überwachungsmonitor dargestellt werden, so dass der Fahrer des SPMT die aktuelle Position auf dem Display erkennen kann. Wird ein definierter Radiusbereich oder Abstand zum Mittelpunkt erreicht, so ist ein Hinweis in graphischer Form anzeigbar, in welche Richtung der SPMT zu steuern ist. Erreicht der Radiusbereich einen weiteren definierten Bereich oder vom Abstand zum Mittelpunk, so kann ein zusätzliches akustisches Warnsignal erfolgen.
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Die einzige zugelassene Bewegung des SPMT in einer Betriebsart des Raupenkrans 1 mit Derrickballast auf einem Ballastwagen kann das Drehen um die Drehachse der Rollendrehverbindung des Raupenkrans 1 sein. Das zur Bewegung erforderliche Drehzentrum für die Ausrichtung der Radsätze kann von der Kransteuerung bzw. von der Steuerung/Regelung ermittelt und entweder über Display dem Bediener des SPMT angegeben werden oder über eine Schnittstelle der Steuerung des SPMT direkt übermittelt werden.
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Es ist eine Schnittstelle zwischen den Steuereinheiten von Raupenkran und SPMT denkbar, die bei Notaus einer Steuereinheit sofortigen Notaus der anderen Steuereinheit vollzieht.
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Die Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein Verfahren des Raupenkrans auf Raupe mit Last nur mit schwebendem Ballast zuzulassen. Der SPMT kann getrennt vom Kran nachgeführt werden. Dabei ist keine Überwachung des SPMT bzw. dessen Position notwendig.
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Die Vorrichtung kann ferner dazu eingerichtet sein, ein Verfahren des Raupenkrans auf Raupe ohne Last dann zuzulassen, wenn der Schwebeballastrahmen vom Raupenkran an vorgesehener Stelle abgebolzt und der Raupenkran ohne Schwebeballast verfahren wird. Der SPMT mit Ballastpalette und Ballast kann getrennt vom Raupenkran verfahren werden. Am nächsten Einsatzort kann der Raupenkran sehr schnell wieder mit dem Gegengewicht in Betrieb genommen werden. Es findet im Betrieb ohne Derrickballast keine Überwachung von SPMT oder Ballastpalette statt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die an der Drehbühne angebrachten Marker A, B, C, D mittels Lichtzeichen identifizierbar sind und der Betrieb nur freigegeben wird, wenn beide oder alle Lichtsignale zugeordnet werden können. Bei den Lichtzeichen kann es sich beispielsweise um einen Morsecode handeln.
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Entsprechend sind die beiden an der Schwebeballastpalette 41 angebrachten Marker C, D mittels Lichtzeichen zu identifizieren und der Betrieb freizugeben, wenn beide oder alle Lichtsignale zugeordnet werden können.
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Die Abstände der beiden Lichtsignale an der Drehbühne und an der Schwebeballastpalette 41 sind zu messen und mit dem vorgegebenen Wert in der Steuereinheit zu überprüfen. Bei einer Abweichung über einer definierten Fehlertoleranz ist der Betrieb nicht möglich. Hier kann eine Fehlermeldung von der Steuerung/Regelung ausgegeben werden.
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Die durch die Verformung der Drehbühne auftretende Messungenauigkeit der Koordinaten ist bei der auftretenden Durchbiegung in horizontaler Richtung unerheblich.
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Sind nicht beide Marker einer Komponente eindeutig zu erkennen oder zuzuordnen, so geht das System auf Stopp oder Notaus.
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Befindet sich der Marker D bzw. C am Ballastwagen 40 innerhalb des zulässigen Radiusbereichs ist der Betrieb zugelassen.
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Bei der Positionsbestimmung mittels einer Kamera im Kopfbereich des Derrickauslegers ist durch die zusätzliche Umfelderkennung möglich, auch vor Schäden im Unterbau (Fahrbahn) und vor etwaigen Hindernissen im Drehbereich mittels akustischen Warnsignals das Betriebspersonal zu warnen.
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Bei Auswahl der Betriebsart mit oder ohne Schwebeballast, also ohne Ballastwagen, entfällt die Überwachung der Marker.
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Die Anzeige auf einem Display ist für Positionsaufgaben trotzdem vorzunehmen. Die Überwachungs- und Warnfunktonen entsprechen denen der Standardbetriebe, SD-Betrieb mit einem schweren Hauptausleger und Derrickausleger bzw. SDB-Betrieb mit zusätzlichem Derrickballast, also schwebend und deshalb ohne Ballastwagen. Hierbei steht bei einem nicht belasteten Raupenkran der Ballast auf dem Boden auf.
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Denkbar ist eine Ausführung, bei der Abweichungen zwischen der Soll- und der Ist-Position optisch im Kamerabild dargestellt werden können. Denkbar ist ferner eine automatische Live-Überwachung, bei der beispielsweise blinkende LEDs o.ä. am Ballast und/oder am Derrickausleger 21 vorgesehen sind. Denkbar ist ferner eine Verifikation mit Fahrzeugbewegung (Motion Vector) und eine redundante Sensorik (Seilzüge o.ä.).
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Denkbar ist auch eine Montage eines Radar-Sensors am Oberwagen 11 mit Blick auf das Ballastgewicht und am Ballastgewicht mit einer entsprechenden Stromversorgung. Dieser Radar-Sensor kann zusätzlich oder alternativ zum Kamerasystem 30 verwendet werden. Mit Hilfe des Radar-Sensors können Distanzen und Winkelpositionen ermittelt werden. Eine „Nullung“ der Vorrichtung kann ebenfalls durch den Fahrer bei optimaler Position des Ballasts bzw. des Ballastwagens 40 relativ zum Raupenkran 1 erfolgen.
