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Die vorliegende Erfindung betrifft Hebezeuge, insbesondere Krane wie Turmdreh- und/oder Mobilkrane, mit einer Tragstruktur, einer Bestimmungs-Einrichtung zum Bestimmen eines Belastungs- und/oder Betriebszustands der Tragstruktur, sowie einer Steuervorrichtung zum Steuern von Aktoren des Hebezeugs in Abhängigkeit des bestimmten Belastungs- und/oder Betriebszustands.
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Krane wie beispielsweise Turmdreh- oder Mobil- bzw. Teleskopauslegerkrane besitzen üblicherweise schlanke, längliche Tragstrukturen, die oft Stabwerkträger oder Hohlprofilträger umfassen und hinsichtlich ihrer Stabilität und Tragfähigkeit gerne ausgereizt bzw. hochbelastet werden, um den Eigengewichtsanteil der Tragstruktur zu reduzieren und damit die hebbare Netto-Traglast zu erhöhen. Dabei wird oft auch mit Abspannungen, die Abspannseile bzw. -stangen und -streben umfassen können, gearbeitet, um ein übermäßiges Durchbiegen der langen schlanken Trägerelemente wie beispielsweise des Auslegers, aber auch des Turms oder gar ein Stabilitätsversage zu vermeiden und die für Hebezeuge gewünschten Sicherheiten einzuhalten. Trotzdem kommt es je nach Belastungs- bzw. Betriebszustand zu sehr hohen Belastungen der Tragstruktur, die die Stabilität und Verformbarkeit der Tragstruktur oft bis zu den Grenzen ausreizt, wenn keine deutliche Überdimensionierung der Träger- und Abspannelemente vorgenommen wird, was zwar allen Eventualitäten der Betriebsbelastungen gerecht werden würde, jedoch die Netto-Traglast und das Gewicht für den Transport in unerwünschter Weise beeinträchtigen würde.
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Dieser bzw. einer ähnlichen Problematik unterliegen nicht nur die genannten Turmdreh- und Mobilkrane, sondern auch andere Krantypen wie Hafen- oder Maritimkrane, Derrick-Krane oder auch andere Hebezeuge wie Seilbagger mit langen, schlanken Auslegern.
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Eine besondere Herausforderung für die Auslegung der Tragstruktur stellen dabei die wechselnden Betriebseinflüsse dar. Einerseits verändern sich nicht nur die aufzunehmenden Lasten, sondern auch dynamische Belastungen durch Bewegungen des Krans, beispielsweise durch Auf- und Niederwippen des Auslegers durch einen Wippantrieb, Verdrehen des Auslegers um eine aufrechte Achse durch ein Drehwerk, Verfahren einer Laufkatze entlang des Auslegers durch einen Laufkatzenantrieb, Heben einer angeschlagenen Last durch einen Hubwerksantrieb oder Ein- und Austeleskopieren des Auslegers durch einen Teleskopierantrieb, sowie die damit einhergehenden Beschleunigungen, wenn diese Bewegungen angefahren bzw. abgebremst werden. Hinzu kommen auch noch weitere äußere Belastungen wie beispielsweise Windkräfte oder auch Schwingungsbelastungen durch Pendelbewegungen der Last oder Vibrationsbelastungen durch stoßhaftes Absetzen bzw. Anheben der Lasten.
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Um eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten, müssen die genannten Belastungen an sich kumulativ berücksichtigt werden und die Tragstruktur des Hebezeugs entsprechend dimensioniert werden. Dabei soll jedoch eine Überdimensionierung und ein damit einhergehender Gewichtsnachteil vermieden werden, um Einbußen bei der Nettotraglast möglichst zu vermeiden.
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Üblicherweise besitzen solche Krane und vergleichbare Hebezeuge eine zentrale Steuervorrichtung, die den Lastzustand des Krans überwacht und die Betätigung der Aktoren beschränkt, wenn eine Überbelastung des Krans drohen würde. Die Steuervorrichtung überwacht mittels einer entsprechenden Sensorik hierzu üblicherweise die aufgenommene Traglast und deren Ausladung, um übergroße Kippmomente zu verhindern, die die Standsicherheit des Krans gefährden würden. Bei sehr kleinen Ausladungen wird auch die Traglast per se bzw. deren Aufnehmen begrenzt, um ein Strukturversagen zu vermeiden. Ebenfalls ist es bekannt, Pendelbewegungen der Last und damit einhergehende Verformungen der Tragstruktur zu überwachen, um bei der Ansteuerung der Antriebe bzw. Aktoren eine Pendeldämpfung vorzusehen.
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Mit den bisherigen Überwachungs- und Gegensteuermaßnahmen gelingt es jedoch nicht, dem Problem Herr zu werden, dass aufgrund der Vielfalt der Belastungszustände und der äußeren Einflüsse die Tragstruktur des Hebezeugs an bestimmten Abschnitten bzw. Teilen bis an die Grenzen belastet wird, während andere Tragstrukturabschnitte bzw. -teile noch größere Traglastreserven haben. Da sich die Belastungszustände und Einflüsse ändern, verschieben sich diese Belastungsunterschiede, was in der Praxis bislang dazu geführt hat, dass die Tragstrukturen zumindest in Teilen oft überdimensioniert sind oder umgekehrt bei speziellen Belastungsszenarien ein Strukturversagen auftreten kann, wenn einzelne Tragwerksabschnitte dem besonderen Belastungsszenario durch entsprechende Dimensionierung nicht ausreichend angepasst ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Hebezeug der genannten Art zu schaffen, das Nachteile des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll eine erhöhte Stabilität der Tragstruktur und somit der Sicherheit im Kran- bzw. Hebezeugbetrieb bei vielfältigen, sich verändernden Belastungseinflüssen und damit eine weitere Traglaststeigerung erzielt werden, ohne dies durch unnötiges Material und Gewicht zu erkaufen. Vorzugsweise soll auch eine Verminderung von Verformungen sowie eine Verhinderung bzw. Tilgung von Schwingungen erreicht werden, um auch bei sehr leichten und stabilitätsgefährdeten Tragstrukturen ein Versagen auch bei wechselnden Belastungen sicher zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Hebezeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird also vorgeschlagen, die Tragstruktur durch Aktoren aktiv zu manipulieren und an die sich im Betrieb verändernden Belastungen und Einflüsse anzupassen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, der Tragstruktur Aktoren zum aktiven, im Hebezeugbetrieb variablen Verspannen und/oder Verformen der Tragstruktur zuzuordnen und die Steuervorrichtung dazu zu konfigurieren, mittels der Aktoren in Abhängigkeit des jeweils bestimmten, sich im Betrieb verändernden Belastungs- und Betriebszustands die Tragstruktur zur Entlastung hochbelasteter Tragstrukturteile temporär und variabel zu verspannen und/oder zu verformen. Die Tragstruktur kann online im Hebezeugbetrieb durch die zugeordneten Aktoren aktiv und variabel verformt und/oder verspannt werden und damit an die sich im Betrieb verändernden Belastungen und äußeren Einflüsse angepasst werden, um Überbelastungen einzelner Tragstrukturteile zu verhindern und die Belastungen in der Tragstruktur zu vergleichmäßigen.
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Dieser Ansatz zielt also nicht auf die Minimierung externer und interner Einflüsse durch die Nutzung der klassischerweise an einem Kran vorhandenen Antriebe ab, sowie dies beispielsweise bei einer Lastpendeldämpfung durch gezielte Ansteuerung der Katzfahr-, Hub- und Drehwerke der Fall ist oder bei der Lastmomentbegrenzung durch Beschränkung der Bewegungen der Hubwerks- und Katzfahrantriebe erreicht wird, sondern es wird eine aktive Manipulation der Tragstruktur durch variables Verspannen und/oder variables Verformen von Tragstrukturelementen online im Hebezeugbetrieb entsprechend dem jeweils bestimmten Belastungs- und Betriebszustand vorgesehen.
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Insbesondere kann die Steuervorrichtung die Aktorik zum aktiven, betriebsvariablen Verspannen und/oder Verformen der Tragstruktur online im Betrieb derart ansteuern, dass die durch den jeweils bestimmten Belastungs- und Betriebszustand aktuell kritisch belasteten Tragstrukturteile entlastet und dafür noch Traglastreserven aufweisende, andere Tragstrukturteile stärker zu belasten. Die aktive Ansteuerung der Aktoren online im Hebezeugbetrieb möglichst in Echtzeit erlaubt eine deutlich bessere, an die variierenden Belastungen und Einflüsse angepasste Verteilung der Belastung der Tragstruktur. Je nach Situation kann diese Verteilung bzw. Umlagerung der Belastungen unterschiedlich gesteuert werden.
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Die Bestimmungs-Einrichtung zum Bestimmen des Belastungs- und Betriebszustands kann vorteilhafterweise eine Identifikationseinrichtung zum Identifizieren eines höchstbelasteten Tragstrukturteils, das seiner Stabilitätsgrenze am nächsten kommt, oder mehrerer solcher höchstbelasteter Tragstrukturteile und/oder zum Identifizieren eines oder mehrerer noch Stabilitätsreserven aufweisender Traglastteile besitzen, so dass die Steuervorrichtung die Aktorik gezielt in Abhängigkeit der identifizierten gefährdeten und/oder noch Reserve besitzenden Tragstrukturteile ansteuern kann, um die genannte Umverteilung zu erreichen, d.h. die am stärksten belasteten bzw. ausgereizten Tragstrukturteile zu entlasten und/oder noch stärkere Reserven besitzende Tragstrukturteile stärker zu belasten.
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Vorteilhafterweise kann die genannte Bestimmungs-Einrichtung ein Rechenmodell besitzen, das beispielsweise in Form eines Softwaretools einer elektronischen Recheneinheit implementiert sein kann, das sensorisch erfasste und/oder geschätzte und/oder anderweitig bestimmte Daten betreffend den Belastungs- und/oder Betriebszustand der Tragstruktur anhand eines vorbestimmten Algorithmus und/oder vorbestimmter Bestimmungsregeln die aktuell kritisch belasteten und/oder die aktuell weniger belasteten Teile der Tragstruktur mit Traglastreserve bestimmt bzw. identifiziert. Der genannte Algorithmus bzw. die genannten Bestimmungsregeln müssen dabei nicht vorbestimmt im Sinne von starr festgelegt sein, sondern können in einem lernenden System adaptiv angepasst werden, wie noch detaillierter erläutert wird.
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Die genannte Tragstruktur des Hebezeugs kann in Weiterbildung der Erfindung zumindest einen Ausleger und gegebenenfalls einen den Ausleger tragenden Turm umfassen, wobei die Aktoren in diesem Fall dazu ausgebildet sein können, den genannten Ausleger und gegebenenfalls auch den Turm aktiv zu verspannen und/oder aktiv zu verformen, wobei die aktive Verspannung bzw. Verformung des Auslegers bzw. des Turms variabel an den jeweils bestimmten Belastungs- und Betriebszustand angepasst wird. Von dem genannten Ausleger kann ein Lastaufnahmemittel beispielsweise in Form eines Lasthakens ablaufen, wobei je nach Maschinentyp aber auch andere Lastaufnahmemittel wie beispielsweise ein Seilbagger-Greifer vorgesehen sein können.
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Insbesondere kann die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, mittels der genannten Aktoren auf Zug belastete Tragstrukturteile zu verkürzen und/oder auf Druck belastete Tragstrukturteile zu verlängern.
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Beispielsweise kann die Tragstruktur Längsgurte umfassen, die durch Querstreben oder andere Verbindungselemente verbunden sein können, wobei in diesem Fall die Aktoren dazu ausgebildet sein können, die genannten Längsgurte der Tragstruktur zu verlängern und/oder zu verkürzen, je nachdem, ob der jeweilige Längsgurt bei dem jeweiligen Belastungs- bzw. Betriebszustand auf Zug belastet oder auf Druck belastet wird.
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Alternativ oder zusätzlich zur Verstellung von Längsgurten kann die Aktorik auch dazu ausgebildet sein, eine Abspannung der Tragstruktur online im Betrieb in Abhängigkeit des jeweils bestimmten Belastungs- und/oder Betriebszustands aktiv zu verstellen, beispielsweise Abspannseile und/oder -stangen, die teleskopierbar ausgebildet sein können, zu verlängern und/oder zu verkürzen und/oder eine Abspannstrebe, die das Abspannzugmittel quer zu dessen Längsrichtung abstützen und/oder aufspreizen kann, zu verlängern und/oder zu verkürzen, um von der Abspannung abgespannte Tragstrukturteile aktiv zu verspannen und/oder zu verformen und/oder einer lastbedingten Verformung online im Betrieb variabel entgegenzuwirken.
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Allgemein kann die Steuervorrichtung die Aktorik derart ansteuern, dass die Abspannung in ihrer Geometrie verstellt wird, beispielsweise durch Verlängern oder Verkürzen einer Abspannstrebe oder Verändern eines Spreizwinkels einer Abspannstrebe, so dass beispielsweise der Aufspreizwinkel einer Schmetterlingsabspannung verändert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Geometrie der Abspannung aber auch durch Verlängern und/oder Verkürzen einzelner oder mehrerer Abspannelemente erzielt werden, beispielsweise um ein davon abgespanntes Tragstrukturelement gerade zu ziehen oder weniger oder stärker zu verformen. Ergibt sich beispielsweise durch Heben einer schweren Last bei halber Ausladung eine stärkere Durchbiegung eines Turmdrehkran-Auslegers im Sinne eines wasserhaltenden Balkens, kann beispielsweise ein weiter außen am Ausleger angeschlagenes Abspannseil verlängert und/oder ein im Mittelbereich angeschlagenes Abspannseil verkürzt und/oder eine zum Mittlabschnitt gehende Querstrebe der Abspannung verkürzt werden, um durch die entsprechende Verstellung der Geometrie der Abspannung der genannten Durchbiegung des Auslegers entgegen zu wirken.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Verstellung der Geometrie der Abspannung kann es aber auch schon ausreichend sein, die Verspannung der Abspannung zu verändern, beispielsweise eine Zugkraft in einem Abspannstrang zu erhöhen und/oder die Zugkraft in einem anderen Abspannstrang zu erniedrigen, ohne dass sich hierdurch gleich die Geometrie verändern müsste.
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Vorteilhafterweise berücksichtigt die Steuervorrichtung für die Manipulation der Tragstruktur vielfältige Parameter, die den Belastungs- und Betriebszustand des Hebezeugs beschreiben. Die genannten Parameter können dabei interne, also vom Bediener veranlasste Einflüsse auf die Kranstruktur wiedergeben, wie zum Beispiel Bewegungen des Krans, die von der genannten Bestimmungs-Einrichtung beispielsweise sensorisch erfasst werden können. Weitere intern Einflussgrößen wie beispielsweise der Rüstzustand des Krans können ebenfalls von der Bestimmungs-Einrichtung bestimmt werden, beispielsweise sensorisch erfasst oder durch Einspielen oder Auswahl von Rüstzustandsdaten ermittelt werden. Weiterhin können die genannten, den Betriebszustand charakterisierenden Parameter auch im Betrieb verstellbare Einstellungen wie beispielsweise den Wippwinkel eines Auslegers, den Aufspreizwinkel einer Schmetterlingsabspannung oder die austeleskopierte Länge eines Teleskopausleger umfassen.
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Parameter können aber auch externe Einflüsse auf das Hebezeug charakterisieren, beispielsweise auf das Hebezeug einwirkende Windlasten, die von der Bestimmungs-Einrichtung direkt sensorisch beispielsweise hinsichtlich Geschwindigkeit und -richtung erfasst oder auch indirekt zum Beispiel durch Erfassung der durch den Wind hervorgerufenen Dehnungen oder Spannungen an der Tragstruktur bestimmt werden können.
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Vorteilhafterweise können sämtliche oder zumindest einige von der Sensorik erfasste Daten in einer zentralen Recheneinheit und/oder in mehreren dezentralen Recheneinheiten online im Hebezeugbetrieb auf Plausibilität bzw. Fehler untersucht und/oder verarbeitet werden.
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Nicht messbare Größen können unter Zuhilfenahme anderer, bekannter Größen geschätzt werden, beispielsweise unter Zuhilfenahme eines systemdynamischen Schätzmodells. Beispielsweise kann die schwer messbare Durchbiegung einer Auslegerspitze unter Berücksichtigung des Rüstzustands und des Belastungszustands des Auslegers geschätzt werden.
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Die genannten zentralen und/oder dezentralen Recheneinheiten können vorteilhafterweise mit Routinen und/oder Regeln zur Handhabung von Fehlerfällen wie beispielsweise dem Ausfall relevanter Komponenten ausgestattet sein.
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Unabhängig hiervon können die genannten zentralen und/oder dezentralen Recheneinheiten auch mit anderen Überwachungseinrichtungen wie zum Beispiel einer Standsicherheits-Überwachungseinrichtung verbunden sein, um in Abhängigkeit eines Signals diese weiteren Überwachungseinrichtungen die zur Manipulation der Tragstruktur an sich vorgesehenen Aktionen der Aktorik zu limitieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Recheneinheit auch über eine Vorhersage-Einrichtung zum Vorhersagen einer Veränderung des Betriebszustands aufweisen, wobei eine solche Vorhersage-Einrichtung beispielsweise eine Schätzeinrichtung und/oder Softwaretools wie Deep Learning oder künstliche Intelligenz umfassen kann. Insbesondere kann die genannte Vorhersage-Einrichtung dazu ausgebildet sein, auf Basis vergangener Hebezeugeinsätze unter Berücksichtigung von deren Randbedingungen Voraussagen zu treffen, wie sich der aktuell bestimmte Betriebs- und/oder Belastungszustand voraussichtlich verändern wird und welche Maßnahmen der Aktorik zum Manipulieren der Tragstruktur für eine solche voraussichtliche Änderung sinnvoll und/oder zulässig ist.
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Die zumindest eine Recheneinheit kann weiterhin dazu ausgebildet sein, auf Basis der verarbeiteten Daten an einem Rechenmodell externe von internen Einflüssen zu unterscheiden.
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Die Steuervorrichtung kann sowohl bei Zu- als auch Abnahme von internen und externen Einflüssen eine aktive Manipulation der Tragstruktur vorsehen.
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Die Steuervorrichtung kann die Betätigung der Aktoren zum aktiven Manipulieren der Tragstruktur halbautomatisch oder vollautomatisch ausführen, wobei eine halbautomatische Ansteuerung der Aktoren vorsehen kann, dass einem Hebezeugführer Vorschläge zur Manipulation der Tragstruktur gemacht werden, die dieser dann in eigenem Ermessen ausführen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung auch einen vollautomatischen Betriebsmodus aufweisen, in dem die Steuervorrichtung die Aktoren zum Manipulieren der Tragstruktur in Abhängigkeit der bestimmten Belastungs- und Betriebszustandsdaten komplett autonom bzw. vollautomatisch ansteuert und betätigt.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1: eine Seitenansicht eines Hebezeugs in Form eines Turmdrehkrans nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, bei der die Aktorik zum Manipulieren der Tragstruktur verschiedene Aktoren zum Verstellen einer Abspannung und der Ober- und Untergurte des Kranauslegers umfasst und diese eine Sensorik zum Erfassen von Belastungs- und Betriebszustandsdaten mehrere Sensoren am Ausleger und der Abspannung umfasst,
- 2: eine Rückansicht eines Hebezeugs in Form eines Turmdrehkrans ähnlich 1, wobei der Kran in einer Seitenwind-Belastungssituation dargestellt ist, und
- 3: eine Seitenansicht des Hebezeugs aus 2, die eine Steilstellung des Auslegers zeigt.
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Wie die Figuren zeigen, kann das Hebezeug 1 in Form eines Krans 2 ausgebildet sein, wobei beispielhaft ein Turmdrehkran dargestellt ist. Der Kran 2 kann dabei einen Ausleger 3, umfassen, der durch ein Wippwerk um eine liegende Achse auf- und niederwippbar sein kann, vgl. 3. Unabhängig hiervon kann der Ausleger 3 auf einem Turm 4 sitzen, der teleskopierbar und/oder umlegbar ausgebildet sein kann, insbesondere wenn der Kran als mobiler Schnelleinsatzkran ausgebildet ist. Der genannte Turm 4 kann dabei beispielsweise auf einem drehbaren Oberwagen 5 sitzen, so dass der Ausleger 3 zusammen mit dem Turm 4 durch ein Drehwerk um eine aufrechte Drehachse verdrehbar ist, wobei gegebenenfalls aber auch der Ausleger 3 um die aufrechte Achse relativ zum Turm 4 verdrehbar sein kann, wenn es sich um einen Obendreher handelt. Der genannte Oberwagen 5 kann auf einem als Lastwagen ausgebildeten Unterwagen oder auf einem Raupenfahrwerk oder dergleichen sitzen.
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Der genannte Ausleger 3 und/oder der genannte Turm 4 können als Hohlprofil- und/oder Stabwerksstruktur oder als Mischform hieraus ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Ausleger 3 und gegebenenfalls auch der Turm 4 Längsgurte 6 umfassen, die durch Querstreben 7 miteinander verbunden sein können, wobei im Falle des Auslegers 3 die besagten Längsgurte 6 als Ober- und Untergurte bezeichnet sind, vgl. 1.
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Von dem Ausleger 3 kann ein Lastaufnahmemittel 8 beispielsweise in Form eines Lasthakens ablaufen, wobei der hohle Punkt durch eine Laufkatze 10 entlang des Auslegers 3 verfahren werden kann, vgl. 1. Das von der Laufkatze 10 ablaufende Hubseil 9 kann zum Anheben und Absenken des Lastaufnahmemittels 8 durch einen Hubwerksantrieb eingeholt und nachgelassen werden. Für die weiteren Kranbewegungen können weitere nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtungen vorgesehen sein, so insbesondere ein Drehwerksantrieb zum Verdrehen des Auslegers 3 um die aufrechte Achse, ein Katzfahrantrieb zum Verstellen der Laufkatze 10, ein Wippantrieb zum Auf- und Niederwippen des Auslegers 3, vgl. 3, und gegebenenfalls ein Teleskopierantrieb zum Ein- und Austeleskopieren des Auslegers und/oder des Turms.
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Eine elektronische Steuervorrichtung 11 steuert die genannten Antriebsvorrichtungen und kann mit einer Überwachungsvorrichtung 12 kooperieren bzw. eine solche aufweisen, um Kranbewegungen zu beschränken oder zu unterbinden, wenn die Standsicherheit des Krans gefährdet ist. Eine solche Überwachungsvorrichtung 12 kann beispielsweise das auf den Kran 2 wirkende Kippmoment überwachen, wobei hierzu beispielsweise die Ausladung und die aufgenommene Last überwacht werden können, beispielsweise durch sensorische Erfassung der Laufkatzenstellung und sensorische Bestimmung der Hubseilkraft. Gegebenenfalls können aber auch andere oder zusätzliche Überwachungssensoren beispielsweise Dehnungen oder Reaktionskräfte erfassen, um die Standsicherheitsüberwachung durchzuführen.
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Wie die Figuren zeigen, kann die Tragstruktur 13 eine Abspannung 14 umfassen, die den Ausleger 3 und ggf. auch den Turm 4 abspannen kann. Eine solche Abspannung 14 kann ein oder mehrere Abspannseile oder -stangen oder -gurte oder -ketten oder allgemein Abspannzugmittel umfassen, die durch Abspannstützen 16 abgestützt sein können, die sich quer zur Längsrichtung der genannten Abspannzugmittel 15 erstrecken können.
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Beispielsweise können Abspannmittel 15 am Ausleger 3 angelenkt sein und sich über den Rücken des Auslegers 3 hinweg zu einer Turmspitze oder, wie 1 zeigt, zu einer Abspannstütze 16 erstrecken, die am Ausleger-Anlenkstück oder am oberen Endabschnitt des Turms 4 angelenkt sein kann. Die besagte Abspannstütze 16 kann durch ein weiteres Abspannzugmittel 15 am Oberwagen 5 beispielsweise im Bereich des Ballasts angelenkt sein. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Führungen der Abspannzugmittel möglich sind, je nach Ausbildung des Hebezeugs 1. So kann beispielsweise auch eine räumliche Abspannung vorgesehen sein, die den Ausleger 3 nicht nur in der aufrechten Längsmittelebene, sondern auch quer dazu abspannen kann, wobei eine solche räumliche Abspannung beispielsweise als Schmetterlingsabspannung ausgebildet sein kann, bei der ein V-förmig abgespreizter Abspannbock 16 vorgesehen sein kann, über den zwei Abspannzugmittel rechts und links zum Ausleger 3 geführt sein können, an dem die Abspannzugmittel 15 einen gemeinsamen Anschlagpunkt oder auch zwei beabstandete Anschlagpunkte haben können.
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Um die Tragstruktur 13 online im Hebezeugbetrieb aktiv manipulieren, insbesondere variabel Verspannen und/oder Verformen zu können, ist eine Aktorik 17 vorgesehen, die mehrere Aktoren 18 umfassen kann, die an verschiedenen Abschnitten der Tragstruktur 13 vorgesehen sein können. Wie 1 beispielhaft zeigt, können Aktoren 18 insbesondere dem Ausleger 3 und der Abspannung 14 zugeordnet sein.
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Beispielsweise können den Ober- und Untergurten des Auslegers 3 Aktoren 18 zugeordnet sein, mittels derer sich die Ober- und Untergurte verkürzen und/oder verlängern lassen.
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Die der Abspannung 14 zugeordneten Aktoren 18 können beispielsweise einen Aktor zum Verkürzen oder Verlängern des Ausleger-Abspannzugmittels und einen Aktor zum Verkürzen und Verlängern des Nacken-Abspannzugmittels aufweisen.
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Hiervon unabhängig kann auch ein Aktor 18 zum Verkürzen und/oder Verlängern einer Abspannstütze 16 vorgesehen sein, vgl. 1.
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Die genannten Aktoren 18 können grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, beispielsweise Druckmittel- bzw. Hydraulikzylindereinheiten umfassen, wobei aber auch elektrische Stellantriebe wie Spindelantriebe vorgesehen sein können.
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Die genannte Aktorik 17 kann von der Steuervorrichtung 11 angesteuert und betätigt werden, um die Tragstruktur 13 variabel zu manipulieren, je nachdem, wie der aktuelle Belastungs- und Betriebszustand des Krans 2 ist.
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Zur Bestimmung des genannten Belastungs- und Betriebszustands des Krans 2 ist eine Bestimmungs-Einrichtung 19 vorgesehen, die eine Sensorik 20 zum Erfassen von Belastungs- und/oder Betriebszustandsparametern umfassen kann. Die genannte Sensorik 20 kann dabei mehrere Sensoren 21 aufweisen, die verschiedenen Abschnitten bzw. Elementen der Tragstruktur 13 zugeordnet sein können, um deren Belastung und/oder Verformung und/oder Stellung und/oder Bewegung und/oder Beschleunigung zu erfassen.
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Die genannten Sensoren 21 können grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, beispielsweise Dehnungsmessstreifen oder Neigungssensoren am Stahlbau bzw. der Profilstruktur der Tragstruktur 13 und/oder Kraftmesselemente an den Abspannmitteln 15 umfassen. Wie 1 zeigt, können beispielsweise Sensoren 21 Belastungen und/oder Verformungen und/oder Neigungen der Ober- und Untergurte 6 des Auslegers 3 erfassen. Weitere Sensoren 21 können Zugkräfte in den Abspannzugmitteln 15 erfassen, die sich oberhalb des Auslegers 3 und/oder entlang des Turms 4 erstrecken. Weitere Sensoren 21 können den Abspannstützen 16 zugeordnet sein, um dort herrschende Kräfte und/oder Verformungen und/oder Stellungen und/oder Bewegungen zu erfassen.
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Wie 2 zeigt, können weitere Sensoren 21 zum Erfassen von äußeren Einflüssen wie beispielsweise der Windbelastung vorgesehen sein, wobei solche Sensoren 21 beispielsweise Windgeschwindigkeitsmesser an einem oder verschiedenen Abschnitten der Tragstruktur 13 aufweisen können. Wie 2 zeigt, kann beispielsweise an der Spitze des Auslegers 3 und der Spitze einer Abspannstütze 16 ein solcher Windgeschwindigkeitssensor vorgesehen sein. Vorteilhafterweise kann ein solcher Windsensor auch die Windrichtung erfassen bzw. bestimmen, insbesondere ob und unter welchem Winkel der Wind quer zum Ausleger 3 kommt.
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Wie eingangs beschrieben, kann die Sensorik 20 diverse weitere Sensoren aufweisen, um andere Belastungs- und/oder Betriebszustandsparameter zu erfassen, beispielsweise den Rüstzustand, die Ausleger-Wippstellung, die Gewichtskraft der am Lastaufnahmemittel 8 aufgenommenen Last, die Stellung der Laufkatze 10 oder andere für den Belastungs- und Betriebszustand der Tragstruktur 13 relevante Größen.
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Für schwer messbare Belastungs- und/oder Betriebszustandsparameter kann die Bestimmungs-Einrichtung 19 auch ein Schätzmodul umfassen, das auf Basis der zur Verfügung stehenden Systemgrößen den entsprechenden Parameter abschätzt. Die genannte Abschätzeinrichtung kann in der elektronischen Steuervorrichtung 11 implementiert sein.
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Wie das Beispiel der 1 verdeutlicht, kann die Steuervorrichtung 11 die Tragstruktur 13 mittels der Aktoren 18 in Abhängigkeit von internen Einflüssen aktiv manipulieren, um die Stabilität der Tragstruktur 13 zu erhöhen bzw. zumindest sicherzustellen. Soll beispielsweise durch das Lastaufnahmemittel 8 eine Last angehoben werden, kann die Steuervorrichtung 11 folgendermaßen vorgehen:
- Über die Sensorik 20 werden alle notwendig bzw. hilfreichen Parameter des Belastungs- und/oder Betriebszustands erfasst und gegebenenfalls ergänzend weitere Parameter durch die genannte Schätzeinreichung abgeschätzt. Insbesondere kann die Bestimmungs-Einrichtung 19 über die genannte Sensorik 20 und gegebenenfalls die Schätzeinrichtung 22 den Rüstzustand des Krans bestimmen, insbesondere die Abstütz- und/oder Abspanngeometrie, die Ballastierung, die Turmhöhe, die Auslegerlänge und/oder andere relevante Rüstzustandsgrößen wie zulässige maximale Verfahrgeschwindigkeiten. Alternativ oder zusätzlich bestimmt die Bestimmungs-Einrichtung 19 die Winkelstellung des Auslegers 3 und/oder die Positionierung der Laufkatze 10 am Ausleger 3 und/oder die daraus resultierende maximale Hublast und/oder maximale Hubgeschwindigkeit. Die genannten Informationen können der Steuervorrichtung 11 bereits vor der beabsichtigten Kranbewegung bekannt sein bzw. zur Verfügung gestellt werden. Die eigentliche Hubbewegung wird an der Steuervorrichtung 11 erst durch Betätigung eines Bedienelements, beispielsweise in Form eines Joysticks angezeigt, wobei die Hubbewegung aber auch Teil einer automatisch gesteuerten Verfahrbewegung des Krans sein kann. Ist die Hubbewegung der Kransteuerung bekannt bzw. angezeigt, kann durch die Sensorik 20 die tatsächliche Hublast und -geschwindigkeit ermittelt werden, beispielsweise durch eine Lastmessachse und einen Geschwindigkeitsmesser am Hubwerk. Gleichzeitig kann durch weitere Sensoren, die an der tragenden Struktur des Krans 2 angebracht sein können, beispielsweise in Form von Dehnungsmessstreifen und/oder Neigungssensoren am Stahlbau und/oder Kraftmesselemente an den Abspannseilen, die Antworten auf die bzw. die mechanischen Auswirkungen der Hubbewegung erfasst.
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Die Steuervorrichtung 11 kann die genannten Daten in der eingangs beschriebenen Weise auf Richtigkeit oder Plausibilität überprüfen und verarbeiten. Größen, die nicht oder nur schwer sensorisch erfasst werden können, wie zum Beispiel die Verformung der Auslegerspitze, können auf Basis anderer Informationen wie z.B. der Länge und dem Winkel des Auslegers 3 und der Abspanngeometrie errechnet und/oder hinreichend genau abgeschätzt werden.
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Neben mechanischen Spannungen beziehungsweise Belastungen können auch andere Gebrauchstauglichkeitskriterien wie eine Verformung der Tragstruktur 13 sensorisch erfasst oder in anderer Weise von der Bestimmungs-Einrichtung 19 bestimmt werden.
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Um übermäßigen Belastungen und/oder Verformungen entgegenwirken zu können, können verschiedene Aktorik-Strategien von der Steuervorrichtung 11 angewendet werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 11 durch Betätigen der entsprechenden Aktoren 18 auf Zug belastete Bauteile in ihrer Länge verkürzen und/oder auf Druck belastete Bauteile verlängern und/oder beide Strategieansätze kombiniert anwenden. Beispielsweise können die Abspannzugmittel 15 und/oder der Obergurt 6o des Auslegers 3 durch die entsprechenden Aktoren 18 verkürzt werden. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise die Untergurte 6u des Auslegers 3 und/oder eine Abspannstütze 16, die in einem Mittelabschnitt des Auslegers 3 angelenkt sein kann, durch die entsprechenden Aktoren 18 verlängert werden.
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Durch die Verkürzung des Obergurts und/oder die Verlängerung der Untergurte und/oder die Verlängerung der Mittelstütze und/oder die Verkürzung der Abspannzugmittel kann die Verformung des Auslegers 3 aktiv manipuliert werden, wobei die Steuervorrichtung 11 diese aktive Manipulation in Abhängigkeit der von der Bestimmungs-Einrichtung 19 jeweils aktuell bestimmten Belastungs- und/oder Betriebszuständen variabel anpassen kann.
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Wie die 2 und 3 zeigen, kann die Steuervorrichtung 11 die aktive Manipulation der Tragstruktur 13 auch in Abhängigkeit externer Einflüsse wie z.B. Seitenwind steuern bzw. anpassen.
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Bei dem Beispiel der 2 und 3 kann die Sensorik 20 über die genannten Windsensoren 21 und -richtung direkt messen. Alternativ oder zusätzlich können auch mechanische Auswirkungen des Winds wie z.B. Spannungen, Dehnungen, Winkeländerungen, Schlupf- oder Drehwerkskräfte durch die Sensorik 21 erfasst werden, wobei gegebenenfalls auch eine redundante Winderfassung erfolgen kann.
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Die Erfassung der externen Einflüsse wie des beispielsweise genannten Seitenwinds erfolgt vorteilhafterweise zusätzlich zu der Erfassung bzw. Bestimmung der Systemgrößen, die für das Beispiel der 1 erläutert sind.
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Betrachtet man beispielsweise den Kran 2 mit einem steil stehenden Ausleger 3, wie in den 2 und 3 gezeigt, wird sowohl der Turm 4 als auch der Ausleger 3 in Windrichtung verformt. Um einer solchen Verformung entgegenzuwirken, kann die Steuervorrichtung 11 in Abhängigkeit der die Windbelastung charakterisierenden Parameter die Aktoren 15 ansteuern, insbesondere um auf Zug belastete Bauteile in ihrer Länge zu verkürzen, beispielsweise Teile der Abspannung 14 und/oder den dem Wind zugewandten Untergurt 6u des Auslegers 3 und/oder die dem Wind zugewandten Eckstiele bzw. Längsgurte 6 des Turms 4. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 11 auch eine Verlängerung von auf Druck belasteten Bauteilen durch entsprechende Betätigung der Aktoren 18 veranlassen, beispielsweise Teile der Abspannung 14, einen windabgewandten Untergurt des Auslegers 3 und/oder windabgewandte Eckstiele des Turms 4.
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Wie insbesondere 2 zeigt, kann beispielsweise durch einen entsprechenden Aktor 18 eine dem Wind zugewandte Nacken-Abspannung verkürzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der dem Wind abgewandte Untergurt 6u verlängert werden, indem der dem Untergurt 6u zugeordnete Aktor 18 betätigt wird.
