DE10233872A1

DE10233872A1 - Verfahren zum Betrieb eines Containerkrans

Info

Publication number: DE10233872A1
Application number: DE2002133872
Authority: DE
Inventors: Sven Lüßen; Uwe Meyer; Heiko Spohler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-19
Also published as: AU2003250794A1; WO2004016543A1; JP2005533733A

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Containerkrans mit einer verfahrbaren Katze mit höhenbewegbarem Container-Spreader, mit welchem Kran Container auf ein oder von einem Transportmittel, insbesondere einem Schiff, geladen werden können, wobei die Katze mit oder ohne aufgenommenem Container in zumindest halbautomatischem Betrieb bezüglich des Transportmittels verfahrbar und bezüglich einer auswählbaren Transportmittelposition positionierbar ist, wobei der halbautomatische Fahrbetrieb unter Berücksichtigung von vor oder während des Ladebetriebs aufgenommenen, ein Maß für die weg- und/oder ladepositionsbezogene Höhe von auf dem Transportmittel befindlichen Hindernissen und/oder Zielpositionen auf dem Transportmittel darstellenden Daten erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Containerkrans mit einer verfahrbaren Katze mit höhenbewegbarem Container-Spreader, mit welchem Kran Container auf ein oder von einem Transportmittel, insbesondere einem Schiff geladen werden können.

Mit einem Containerkran können Container, die mittels des an der längs eines Auslegers verfahrbaren Katze über geeignete Hubseile angeordneten Container-Spreader gegriffen werden können, zügig auf oder von einem Transportmittel wie vornehmlich einem Schiff geladen werden. Bei bekannten Containerkränen sitzt der Kranfahrer unmittelbar in einem Führerhaus an der Katze, das heißt er fährt mit der Katze und mit dem Container-Spreader und damit mit dem Container mit. Während der Fahrt muss er stets darauf aufpassen, mit dem leeren Container-Spreader oder dem daran hängenden Container nicht mit einem Hindernis auf dem Schiff oder am Kran zu kollidieren. Dies erfordert ein Höchstmaß an Aufmerksamkeit und Vorsicht beim Bedienen der Steuerung des Katzfahrwerks sowie des Spreaderhubwerks.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das hier Abhilfe schafft.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Katze mit oder ohne aufgenommenem Container in zumindest halbautomatischem Betrieb bezüglich des Transportmittels verfahrbar und bezüglich einer ausgewählten Transportmittel-Position positionierbar ist, wobei der halbautomatische Fahrbetrieb unter Berücksichtigung von vor oder während des Ladebetriebs aufgenommenen, ein Maß für die weg- und/oder ladepositionsbezogene Höhe von auf dem Transportmittel befindlichen Hinder nissen und/oder Zielpositionen auf dem Transportmittel darstellenden Daten erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt zum einen einen wenigstens halbautomatischen Fahrbetrieb der Katze vor, wobei dieser halbautomatische Betrieb unter Berücksichtigung von der Fahrwerk- und Hubwerksteuerung dienenden Daten oder Informationen erfolgt, die ein Maß für die Höhe von transportmittelseitigen Hindernissen oder Zielpositionen am Transportmittel sind. Das heißt, die Steuerung des halbautomatischen Transportbetriebs – sei es mit oder ohne Container – erfolgt unter Berücksichtigung bekannter Höhendaten von Hindernissen wie primär bereits auf dem Transportmittel befindlichen Containern oder von detaillierten Höheninformationen zu anzufahrenden Zielpositionen, an denen ein Container abgesetzt oder aufgenommen werden soll, wobei diese Daten weg- oder ladepositionsbezogen sind, so dass eine genaue Korrelation des jeweiligen Höhendatums mit dem Katzfahrweg möglich ist. Der Kranfahrer wird vorteilhaft insoweit entlastet, als ihm eine Hindernis- und Zieldatenverwaltung zur Verfügung steht, die Grundlage für die Transportsteuerung ist. Soweit entsprechende Hindernis- oder Zielpositionsdaten vorhanden sind erfolgt also die Steuerung des Fahrwerks und des Hubwerks derart, dass der Spreader bzw. der daran gegebenenfalls hängende Container zum einen sicher über bekannte Hindernisse bewegt wird, zum anderen wird er sicher bezüglich der Zielposition, wo der Container aufzunehmen oder abzusetzen ist, positioniert, ohne dass es zu Kollisionen kommt.

Die Hindernisdaten können zweckmäßigerweise in Form eines Höhenprofils längs des Bewegungswegs des Spreaders aufgenommen und gegebenenfalls an einem Display ausgegeben werden. Als Hindernisdaten wird also der Bewegungsweg des Spreaders aufgenommen, wozu zweckmäßigerweise die wegbezogenen Höhenpositionen des Spreaders während der Fahrt der Katze von oder zu einer ausgewählten Position am Transportmittel aufgenommen werden. Die Aufnahme dieser Hindernisdaten kann beispielswei se im Rahmen einer Leerfahrt vor dem eigentlichen Ladebetrieb erfolgen. Soll ein beladenes Schiff entladen werden, so kann der Kranfahrer zur Aufnahme der Hindernisdaten zunächst eine Leerfahrt über die gesamte Schiffsbreite vornehmen, wobei er den Spreader über die am Schiff gestapelten Container hinwegführt und dem Containterhöhenprofil der quer zur Schiffslängsrichtung, also in Fahrtrichtung der Katze gestapelten Container folgt. Das heißt es erfolgt hier zunächst ein manueller Betrieb zur Aufnahme der Hindernisdaten, die jedoch dann anschließend Grundlage für den halbautomatischen Steuerungsbetrieb sind. Alternativ können die Hindernisdaten auch während des Ladebetriebs aufgenommen werden, wobei auch hier die jeweilige Spreaderhöhen- und Wegposition aufgenommen wird. Auch hier wird zunächst mit einer manuell gesteuerten Fahrt bis zu einer ausgewählten Position am Transportmittel begonnen, wobei die Hindernisdaten während der Fahrt bis zu dieser Position aufgenommen und innerhalb dieses Wegstücks anschließend die automatische Steuerung erfolgen kann. Bei einem Zugriff auf eine außerhalb des aufgenommenen Bewegungswegs liegende Position kann beispielsweise ein halbautomatischer Betrieb nur innerhalb des bekannten Wegs erfolgen, wonach die manuelle Steuerung wieder erforderlich ist, oder der halbautomatische Betrieb kann in einem solchen Fall generell nicht zulässig sein. Die wegbezogenen Hindernisdaten werden für noch nicht angefahrene Wegpositionen beispielsweise auf einen Maximalwert gesetzt, wobei der jeweilige Maximalwert bei Erfassung eines tatsächlichen Hindernisdatums überschrieben wird. Beispielsweise können zu Beginn des Ladebetriebs die Hindernisdaten generell auf einen Maximalwert gesetzt werden, das heißt der Spreader wird jeweils in der weitest angehobenen Position geführt. Nach einem Zugriff auf eine bestimmte Zielposition durch entsprechendes Absenken des Spreaders kann dann der jeweilige weg- oder positionsbezogene Maximalwert entsprechend überschrieben werden.

Die Hindernisdaten werden zweckmäßigerweise in einem definierten Wegraster aufgenommen, so dass sich nach vollständi ger Aufnahme in der Regel ein stufenförmiges Höhenprofil der Hindernisdaten ergibt. Das Raster kann zwischen 0,01 m bis 0,99 m liegen, insbesondere kann die Aufnahme alle 0,5 m erfolgen.

Während die Hindernisdaten primär der Fahr- und Höhensteuerung des Spreaders dienen, dienen die Zielpositionsdaten primär der exakten halbautomatischen Positionierung des Spreaders bezüglich der angewählten Zielposition. Des Weiteren erfolgt natürlich anhand der Zielpositionsdaten, die zweckmäßigerweise beim Greifen und Absetzen des Containers anhand der Höhe des Spreaders ermittelt werden, gleichzeitig auch eine entsprechende Aktualisierung der Hindernisdaten bezüglich dieser Position, da der Spreader entsprechend höhenmäßig zum Absetzen und Ergreifen des Containers bewegt wurde. Die Zielpositionsdaten oder auch Containerdaten beschreiben zweckmäßigerweise die ladepositionsbezogene Höhe eines Containers oder Containerstapels und werden vorteilhaft unter Berücksichtigung der Breite eines Containers den Zielpositionen zugeordnet und gegebenenfalls ladepositionsbezogen an einem Display unter Darstellung der Containerbreite angezeigt. Die Anzeige bzw. Erfassung erfolgt ladereihenbezogen. Quer zur Schiffslängsachse sind mehrere Ladereihen, in denen Container gestapelt sind oder werden können, vorgesehen. Die Reihen selbst sind durch den ersten Zugriff auf einen Container oder ein erstes Absetzen definiert, da die Breite eines Containers bekannt ist und infolgedessen unter Berücksichtigung des Ladeabstands die weiteren Reihenpositionen berechnet werden können. Die Definition erfolgt zweckmäßigerweise über die Mitte des Spreaders. Aus Sicherheitsgründen ist es auch hier zweckmäßig, die Zielpositionsdaten für noch nicht angefahrene Zielpositionen, insbesondere zu Beginn des halbautomatischen Ladebetriebs, entweder anhand bereits vorhandener Hindernisdaten zu dieser Zielposition zu bestimmen. Dies ist möglich, sofern eine Reihe mit dem Spreader bereits einmal überfahren wurde. Falls dies nicht möglich ist werden auch hier die Reihen zweckmäßigerweise auf einen Maximalwert gesetzt, wobei der jeweilige Wert bei Erfassung eines tatsächlichen Zielpositionsdatums überschrieben wird. Als Maximalwert kann beispielsweise der entsprechende maximale Wert aus der Hindernisdatenkurve genommen werden.

Aufgrund des Ladeabstands zwischen zwei Containerreihen kann es vorkommen, dass zu dieser Zwischenposition keine Zielpositionsdaten vorhanden sind und gegebenenfalls betreffend des Maximalwerts zu dieser Position auf die Hindernisdaten zurückgegriffen wird. Es würde sich dann in der Zielpositionsdatenkurve ein Peak ergeben. Um zu verhindern, dass dieser Peak bei einer nachfolgenden halbautomatischen Fahrt berücksichtigt wird und der Spreader über ein tatsächlich nicht vorhandenes Hindernis gehoben werden müsste ist es zweckmäßig, wenn die Zielpositionsdaten intermittierend geglättet werden, um derartige Peaks auszublenden. Hierbei kann beispielsweise geprüft werden, ob es sich bei dem schmalen Peak tatsächlich im Hinblick auf die bereits vorliegenden Hindernisdaten, also die Hindernisdatenkurve überhaupt um ein Hindernis handeln kann. Denn wenn es ein echtes Hindernis wäre müsste die Hindernisdatenkurve dort oberhalb des Peaks liegen. Auch ist eine Plausibilitätsprüfung im Hinblick auf benachbarte Zielpositionsdaten denkbar.

Die Hindernis- und Zielpositionsdaten werden zweckmäßigerweise bezogen auf definierte Positionen des Containerkrans bezüglich des Transportmittels, längs welchem der Containerkran bewegbar ist, aufgenommen. Die Container sind am Schiff in definierten Ladebays geladen oder können in definierte Ladebays eingeladen werden, bezüglich welcher der Containerkran sehr exakt positioniert werden muss und bezüglich welcher dann die entsprechenden Daten aufgenommen werden können. Jeder Kranposition kann eine Ladebay zugeordnet sein, deren Breite von der maximalen Länge eines verladbaren Containers abhängt. Sollen also maximal 45' (Fuß) lange Container geladen werden so beträgt die Breite einer Ladebay etwas mehr als 45', wobei der Kran in Baymitte positioniert wird. Da es mög lich ist, in einer breiten Ladebay auch zwei schmale Container hintereinander zu positionieren, die maximal der halben Länge des eigentlichen die Baybreite bestimmenden Containers entsprechen, ist es bei Verladung derartiger Container zweckmäßig, wenn innerhalb der Ladebay zu jeder daraus resultierenden schmäleren Ladebay Hindernisdaten sowie zur Ladebay selbst separate Hindernisdaten aufgenommen werden. Es erfolgt also hier quasi eine Bildung von „Unterbays". Es muss in jedem Fall bekannt sein, wie das Hindernis- und Zielpositionsdatenprofil innerhalb dieser „Unterbays" ist, da der Spreader auch auf definierte Positionen innerhalb dieser „Unterbays", deren Hindernisprofile unterschiedlich sein können, zugreifen können muss, ohne dass eine Kollision möglich ist. Ferner muss sicher gestellt werden, dass beispielsweise ein 45' langer Container nicht an einer Zielposition abgestellt wird, an der lediglich ein 20" langer Container steht, da der 45' Container ansonsten kippen würde.

Die Hindernisdaten und/oder die Zielpositionsdaten werden mit besonderem Vorteil während des Ladebetriebs kontinuierlich erfasst und aktualisiert. Die Hinderniskurve wird hierbei abhängig von der Katzfahrt bzw. der Spreaderbewegung, die Zielpositionsdaten bzw. die Containerdaten abhängig vom tatsächlichen Lade- oder Zugriffsbetrieb aktualisiert. Wenn beispielsweise der Spreader einen Container auf einen anderen Container absetzt und dafür höher anfahren muss bzw. auch in einer höheren Position zum Absetzen hält, als dies bisher erfasst war, so wird die Fahrkurve automatisch aktualisiert, da die Containerhöhe des abgesetzten Containers bekannt ist und man mit einem neuen am Spreader befindlichen Container über diesen in seiner Höhenposition bekannten Container wiederum darüber fahren muss. Es erfolgt also eine quasi indirekte Aktualisierung der Hindernisdaten über die Zielpositions- bzw. Containerhöhendaten. Die Zielpositionsdaten ihrerseits werden beim Einladen durch die jeweilige Spreaderposition definiert und aktualisiert, beim Ausladen erfolgt die Aktualisierung durch die Differenz der Spreaderposition beim Greifen des zu entnehmenden Containers und der bekannten Containerhöhe des gegriffenen Containers. Die Differenz gibt dann die Höhe der Oberseite des darunter befindlichen Containers an.

Beim Be- oder Entladen eines Schiffes kann es aufgrund des Tiedenhubs vorkommen, dass sich die Schiffslage nach oben oder unten ändert. Damit einher geht auch eine Änderung der Ist-Zielpositionsdaten. Um dem zu begegnen kann vorgesehen sein, bei einer Erfassung einer Differenz zwischen einem bereits bekannten Zielpositionsdatum und einem momentan erfassten, eine gegenüber dem bekannten Zielpositionsdatum höhere Höhenposition beschreibende Zielpositionsdatum eine Korrektur aller bezogen auf die momentane bearbeitete Ladebay gespeicherten Zielpositionsdaten vorzunehmen. Gibt also ein bekanntes Zielpositionsdatum aufgrund eines früheren Zugriffs auf dieselbe Containerreihe eine bestimmte Höhe z vor, und stellt man bei einem erneuten Zugriff auf dieselbe Containerreihe fest, dass der Spreader bereits bei einer Höhe z + Δz den gewünschten Container greift, so ergibt sich hieraus eine Tiedenhub bedingte Hebung des Schiffes. In einem solchen Fall werden zweckmäßigerweise alle baybezogenen gespeicherten Zielpositionsdaten um das erfasste Δz korrigiert, um zu vermeiden, dass es aufgrund zu niedriger Zielpositionsdaten nachfolgend zu einer Kollision des abzusenkenden Spreader mit den tatsächlich jedoch höher stehenden Container kommt. Eine Korrektur bei einer erfassten Absenkung des Schiffs ist nicht erforderlich, da dieser Fall unproblematisch ist.

Erfolgt der Ladebetrieb in das Innere eines Schiffes und wird eine Differenz zwischen einem bekannten oder momentan aufgenommenen Zielpositionsdatum gleich in welche Richtung erfasst, so erfolgt eine Korrektur der für das Innere des Schiffs bezogen auf die momentane Ladebay gespeicherten Zielpositionsdaten in jeder der jeweils erfassten Richtungen. Da bei einem Ladebetrieb in das Schiffsinnere aus Sicherheitsgründen ohnehin nur manuell ab Deckhöhe abgesenkt oder bis zur Deckhöhe gehoben werden darf, ist die Korrektur in beide Richtungen möglich.

Die Vertikalbewegung des beladenen oder unbeladenen Spreaders wird erf-indungsgemäß im halbautomatischen Betrieb während der Katzfahrt in Abhängigkeit der Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten gesteuert. Der Spreader wird also bereits während der Fahrt zur Zielposition abhängig von den vorliegenden Daten gehoben oder gesenkt, je nachdem wie dies die vorhandenen Daten zulassen. Dabei wird der Spreader im halbautomatischen Betrieb mit besonderem Vorteil in einem definierten, vom Beladungszustand des Spreaders abhängigen Abstand oberhalb der tatsächlichen Höhe der Zielposition positioniert, zum Aufnehmen oder Absetzen des Containers muss der Spreader manuell gesteuert werden. Der Spreader wird also in einem bestimmten Sicherheitsabstand oberhalb der Zielpositionshöhe im Automatikbetrieb positioniert, wobei dieser Abstand parametrierbar ist. Die Voreinstellung ist 0,5 m, sie kann zu größeren oder kleineren Werten nach Bedarf geändert werden. Der Abstand wird bei unbeladenem Spreader auf die Spreaderunterseite, bei beladenem Spreader auf die Containerunterseite bezogen. Zum Aufnehmen oder Absetzen des Containers muss der Kranfahrer in jedem Fall manuell steuern.

Um auch hinsichtlich der Positionierung des Spreaders in der Bewegungsrichtung einen Sicherheitsabstand zu bereits vorhandenen Containern einhalten zu können ist in vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Katze und mit ihr der Spreader im Rahmen des halbautomatischen Betriebs abhängig von den Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten bezogen auf den Bewegungsweg beim Verfahren einen definierten Abstand vor oder hinter der Zielposition, oder direkt über der Zielposition positioniert werden. Die letztendliche Position hängt vom Containerprofil ab. Stehen zwei unterschiedlich hohe Containerstapel nebeneinander und soll beispielsweise auf den niedrigeren zugegriffen werden, so wird der Spreader einen definierten Abstand entfernt von der eigentlichen Zielposition unmittelbar über dem niedrigeren Containerstapel positioniert, da ansonsten eine Kollision mit dem höheren Containerstapel möglich wäre. Bei gleich hohem Containerstapel ist dieser Versatz nicht zu berücksichtigen. Auch dieser seitliche Abstand muss im Rahmen des für den letzten Zugriff erforderlichen manuellen Betriebs überwunden werden. Wie auch der höhenmäßige Abstand ist auch der Seitenabstand parametrierbar. Er beträgt ebenfalls beispielsweise 0,5 m.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass bei einem in das Innere eines Schiffs erfolgenden Ladebetrieb der Spreader automatisch gesteuert lediglich zu oder aber einer definierten Höhenposition außerhalb des unter Deck befindlichen Laderaums im Rahmen des halbautomatischen Betriebs bewegt wird und anschließend manuell zu steuern ist. Ein Automatikbetrieb im Laderaum ist hiernach nicht zulässig. Die Höhenposition, bis zu oder ab welcher der Automatikbetrieb möglich ist, wird zweckmäßigerweise anhand der Lage eines Ladelukendeckels definiert. Diese Lage kann beispielsweise beim Greifen des Deckels mit dem Spreader zum Öffnen der Ladeluke erfasst werden. Alternativ kann beim Abstellen eines Containers unmittelbar auf Deck anhand der bekannten Höhe des Containers und der Spreaderposition beim Abstellen die Ladelukendeckelhöhe ermittelt werden.

In der kraneigenen Steuerungseinrichtung können mehrere Sätze baybezogener Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten gleichzeitig gespeichert werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Bildung von „Unterbays" zweckmäßig, da bei einem Ladebetrieb innerhalb einer solchen quasi doppelt breiten Bay sowohl die Daten zur doppelt breiten Bay selbst als auch zu den beiden „Unterbays" für ein sicheres Arbeiten vorhanden sein müssen.

Hat der Kranfahrer eine Ladebay angefahren so wird in Weiterbildung des Erfindungsgedankens zunächst überprüft, ob baybe zogene Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten bereits in der kraneigenen Steuerungseinrichtung vorhanden sind. Dies wäre der Fall, wenn der Kran bereits in dieser Ladebay gearbeitet hat und dies nicht allzu lange her ist, da insbesondere im Hinblick auf etwaige Tiedenhubänderungen die baybezogenen Daten nur für eine bestimmte Zeit, z. B. 30 Minuten in der Steuerungseinrichtung gespeichert bleiben. Sind die Daten dort nicht vorhanden werden sie von einer kranexternen Leitrecheneinrichtung, von der die Fahrauftragsdaten für den Bay- oder Entladebetrieb gegeben werden, geladen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten zur Regelung der Pendelung des Spreaders unter Verwendung eines Pendelregelungssystems verwendet werden.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner einen Containerkran, ausgebildet zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Containerkrans,
2 eine Prinzipskizze als Schnitt durch ein beladenes Schiff mit Darstellung des Bewegungsweg des Spreaders,
3 eine Prinzipskizze einer Hindernisdatenkurve,
4 eine Prinzipskizze einer Zielpositionsdatendarstellung in Form der Containerstapeldarstellung,
5 ein Hindernisdaten-Zielpositionsdaten-Diagramm aus den 3 und 4,
6 das aus 5 bekannte jedoch geglättete Diagramm,
7a–Fig. 8bverschiedene Darstellungen betreffend die Zielposition und die tatsächliche Positionierung des Spreaders bei unterschiedlichen Beladesituationen.
1 zeigt in Form einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen Containerkran 1, der längs einer Kaimauer 2 entlang eines Schiffs 3 motorisch über ein Fahrwerk verfahrbar ist. Am Krangestell 4 ist ein Ausleger 5 vorgesehen, der das Schiff 3 in seiner Breite vollständig übergreift. Am Ausleger 5 ist eine Katze 6 (Doppelpfeil A), an der über Hubseile 7 ein Container-Spreader 8 angeordnet ist, verfahrbar. Der Spreader 8, der im gezeigten Beispiel einen gestrichelt gezeichneten Container 9 gegriffen hat, ist über die Hubseile und ein katzseitiges Hubwerk vertikal bewegbar, wie durch den Doppelpfeil B dargestellt ist. Der gesamte Kranbetrieb wird über eine kraneigene speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtung 10 gesteuert, wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist, durch den die Steuerung der Betriebselemente des Krans über die Steuerungseinrichtung sowie die Aufnahme relevanter Daten von Betriebselementen des Krans in der Steuerungseinrichtung 10 dargestellt wird. Die Steuerungseinrichtung 10 ist ihrerseits im gezeigten Beispiel mit einer externen Leitrecheneinrichtung 11 verbunden, über die beispielsweise die Fahraufträge, die Informationen zu der zu bearbeitenden Ladebay (also zu der Position, bezüglich welcher der Kran bezogen auf die Längsseite des Schiffs positioniert ist) sowie der Reihenposition, an der ein Container gegriffen und abgestellt werden soll, etc. beinhaltet. Die Steuerungseinrichtung 10 ist zur Durchführung von Automatikfahrten unter halbautomatischer Steuerung der Katze 6 sowie des Spreaderhubwerks ausgebildet. Zur Durchführung dieser Automatikfahrten ist nur die Erfas sung der Ziele und Hindernisse an Bord des Schiffes erforderlich.
Die Erfassung von Zielen und Hindernissen in Form der Zielpositionsdaten und der Hindernisdaten an Bord des Schiffs 3 erfolgt immer bezogen auf eine Ladebay. Das Schiff ist über seine gesamte Ladelänge in mehrere Ladebays unterteilt, wobei der Containerkran 1 bezüglich einer bestimmten Bay, in der der Ladebetrieb erfolgen soll, durch kaiseitiges Verfahren positioniert wird. Eine Ladebay kann aus einem 20', einem 40', einem 45'-Container oder aus zwei nebeneinander stehenden 20'-Containern bestehen. Eine Ladebay umfasst sowohl den Teil, der sich auf Deck befindet, als auch den Teil, der sich im Raum, also unterhalb der Lukendeckelhöhe befindet. Voraussetzung dafür, dass eine Ladeposition als zu einer Ladebay zugehörig angesehen wird, ist, dass die y-Koordinate, die im in 1 gezeigten Koordinatensystem in die Zeichenebene läuft, innerhalb des Gültigkeitsbereichs einer betreffenden Ladebay liegt. Für alle Lade- oder Zielpositionen innerhalb einer Bay wird jeweils nur eine gemeinsame y-Koordinate gespeichert. Diese Koordinate wird als die y-Koordinate der gesamten Ladebay angesehen und identifiziert die Ladebay eindeutig im Gesamtsystem. Der Gültigkeitsbereich einer Ladebay liegt im Bereich von ca. +/-50 cm bezogen auf die gemessene Kranposition, die über geeignete Sensoren wie z. B. bodenseitige Transponder etc. erfasst werden kann. Steht der Kran innerhalb dieses Gültigkeitsbereichs bezogen auf die Bay, so steht er richtig, die Bay wird ihm zugeordnet. Falls nicht muss der Kran repositioniert werden.
2 zeigt eine typische Beladesituation einer Ladebay, wobei wie beschrieben mehrere Bays hintereinander in die Zeichenebene, also längs der y-Koordinate folgen. Die Container 9 sind unter Bildung unterschiedlich hoher Containerstapel aufeinander gesetzt, es liegt ein hügelartiges Höhenprofil vor.
Für einen halbautomatischen Betrieb ist nun die Aufnahme der Hindernis- und Zieldaten erforderlich. Ausgehend von dem Fall, dass das in 2 gezeigte Schiff entladen werden soll, tastet der Kranfahrer nach Positionieren des Krans vor der gewünschten Ladebay zunächst das Höhenprofil der Containerreihen innerhalb der Ladebay ab. Hierzu verfährt er mit der Katze im Rahmen einer Leerfahrt zunächst von der Position I zu Position II, wobei er dabei den Spreader 8 relativ nahe oberhalb der Containterstapel über diese hinwegführt, wie durch die Fahrkurve D angedeutet ist. Die Position des Containers während der Fahrt wird kontinuierlich in einem bestimmten Wegraster, z. B. alle 0,5 m, aufgenommen, so dass sich das in 3 gezeigte Kurvenbild anhand der Höhenpositionsdaten ergibt. 3 zeigt die kurvenmäßige Darstellung der Hindernisdaten in Form der Hinderniskurve H. Aufgezeichnet ist längs der Abszisse der Weg x des Spreaders quer über das Schiff 3, längs der Ordinate, die dabei erfasste Höhenposition des Spreaders bezogen auf die x-Koordinate in Form der z-Koordinate. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Ausleger 60 m lang ist und der Spreader bezogen auf die Ebene der Kaimauer maximal 15 m hoch verfahren kann. Die aufgenommenen Hindernisdaten, dargestellt in Form der Hinderniskurve H, sind ein Maß für die Höhe der auf dem Schiff 3 befindlichen und beim automatischen Verfahren beachtlichen Hindernisse, nämlich der Containerstapel. Diese abgetastete Hinderniskurve H ist nun Grundlage für die halbautomatische Steuerung des Katzfahrwerks sowie des Hubwerks und damit der Katz- und Spreaderbewegung über die Containerstapel.
Mit jedem Zugriff auf einen Container einer der Containerreihen wird zu der jeweiligen Zugriffsposition, also der jeweiligen x-Koordinate die tatsächliche Spreaderhöhe in Form der z-Koordinate erfasst. Die z-Koordinate und damit die Zielposition in Hubrichtung wird für die Unterseite des leeren Spreaders oder für die Unterseite des am Spreader verriegelten Containers angegeben. Ist die Containerhöhe nicht be kannt, ist eine über einen Parameter einstellbare Höhe anzunehmen, beispielsweise wird eine Containerhöhe von 3 m in diesem Fall vorgegeben. Die Zielposition in Katz- und Kranfahrrichtung, also die x-Koordinate wird für die Spreadermitte angegeben.
4 zeigt ein typisches Zielpositionsdatenprofil in Form der Darstellungen der einzelnen Containerstapel, wobei die oberen Enden der säulenförmigen Stapel jeweils die z-Koordinate und damit die tatsächliche Höhe der Zielposition angeben. Mit jedem Zugriff auf einen Containerstapel – sei es zum Greifen und Entladen eines Containers oder zum Absetzen eines zu beladenen Containers – werden die Zielpositionsdaten dieses Containerstapels aktualisiert, indem entweder die neue, niedrigere z-Koordinate (beim Entladen) oder die neue höhere z-Koordinate (beim Beladen) erfasst und steuerungsseitig gespeichert wird. Gleichzeitig findet eine Aktualisierung (lokale Erhöhung oder Erniedrigung) der Hindernisdaten statt, da bezogen auf die jeweilige x-Position eine Änderung der z-Koordinate des eigentlichen Hindernisses bzw. der Zielposition vorliegt, die im Rahmen der Automatikfahrt zu berücksichtigen ist. Diese Darstellung kann auch als "C-Kurve" bezeichnet werden, da sie einen quasi-kurvenförmigen Profilverlauf darstellt.
Eine automatische Korrektur der Daten erfolgt auch dann, wenn bei einem Zugriff auf eine bereits bekannte Zielposition, a1-so auf einen in seiner Höhe bekannten Containerstapel festgestellt wird, dass sich das Schiff 3 aufgrund des Tiedenhubs nach oben gehoben hat. Dies würde bedeuten, dass der Abstand der quasi eine Fahrkurve darstellenden Hinderniskurve H und damit der Abstand der wegbezogenen Hindernisdaten zum tatsächlichen Hindernis, nämlich dem Containerstapel geringer ist als erfasst. In diesem Fall erfolgt eine Korrektur sämtlicher baybezogener Hindernis- und Zielpositionsdaten um das festgestellte Δz, das durch einfachen Vergleich des gespei cherten Zielpositionsdatums mit dem momentan erfassten Zielpositionsdatum ermittelt werden kann.
5 zeigt die aus Kombination der in den 3 und 4 gezeigten Darstellungen resultierende Hindernis-Zielpositions-Datenkurve (HC-Kurve). Gezeigt ist ferner der Fall, dass bedingt durch die Rasterung Spitzen 12 in der Datenkurve auftreten können. Zu diesem Zweck wird nach Berechnung der in 5 gezeigten Gesamtkurve eine Glättung durchgeführt, um derartige Spitzen, die hinsichtlich der z-Koordinate auf den Maximalwert der Hinderniskurve gesetzt werden, faktisch aber ein bei der nächsten Fahrt zu berücksichtigendes Hindernis darstellen würden, zu glätten.
6 zeigt nun eine berechnete, der Fahr- und Hubwerkssteuerung zugrunde liegende Gesamtkurve bzw. Gesamtdarstellung der steuerungsrelevanten Hindernis- und Zielpositionsdaten. Im halbautomatischen Betrieb wird der unbeladene oder beladene Spreader 8 ein bestimmtes Maß oberhalb und gegebenenfalls seitlich versetzt zur eigentlichen Zielposition positioniert. Eine weitere Spreaderbewegung ist nur noch im manuell gesteuerten Betrieb möglich.
Die 7a–8b zeigen verschiedene Ladesituationen, die zu unterschiedlichen Positionierungen des Spreaders führen. Im gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, dass der gestrichelt gezeichnete Container mit dem Spreader gegriffen werden soll. Das „+"-Zeichen gibt die jeweilige Zielposition an, die immer überhalb des zu greifenden Containers liegt. Das „•"-Symbol gibt die jeweilige Endposition des Spreaders am Ende der Automatikfahrt an.
In 7a soll der mittlere Container 13 gegriffen werden, die beiden seitlichen Container 14 befinden sich auf gleicher Höhe mit dem Container 13. Alle Container sind in ihrer Höhe bekannt, das heißt zu allen Containern sind die die Containeroberseite beschreibenden Zielpositionsdaten bekannt. Der Spreader wird hier direkt oberhalb des zu greifenden Containers 13 mit einem Sicherheitsabstand z' positioniert.
Eine ähnliche Situation zeigt 7b, wobei hier der linke Container 14 niedriger steht als die beiden anderen Container 13 und 14. Auch hier wird der Spreader wieder unmittelbar über den zu greifenden Container 13 mit dem Sicherheitsabstand z' positioniert.
8a zeigt eine andere Ausgangssituation. Hier ist der linke Container höher als die beiden daneben stehenden Container 13, 14. Da der linke Container höher ist als der Container 13 und im Hinblick auf den minimalen Abstand zwischen zwei Containern wird hier der Spreader nicht nur um den Höhensicherheitsabstand z', sondern auch um einen seitlichen Sicherheitsabstand x' versetzt bezüglich der eigentlichen Zielposition im Automatikbetrieb positioniert. Ersichtlich ist hier der Spreader etwas nach rechts verschoben positioniert. Aus dieser Stellung muss er nun manuell gesteuert werden.
8b zeigt die Situation, in der die beiden Container 14 höher sind als der zu greifende Container 13. Hier wird der Spreader unmittelbar über dem Container 13 positioniert, jedoch beträgt hier der Abstand zum Container 13z'', da in diesem Fall der Sicherheitsabstand z' auf die z-Höhenkoordinate eines der Container 14 addiert wird.
Die Berechnung der tatsächlichen Endposition im Automatikbetrieb erfolgt seitens der Steuerungseinrichtung 10 anhand der ihr bekannten Hindernis- und Zielpositionsdaten in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden, von der Leitrecheneinrichtung 11 gegebenen Fahrauftrags. Die halbautomatisch gesteuerte Fahrt endet immer mit Sicherheitsabstand zur Zielposition. Die Endposition muss der Kranfahrer manuell ansteuern.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Containerkrans mit einer verfahrbaren Katze mit höhenbewegbarem Container-Spreader, mit welchem Kran Container auf ein oder von einem Transportmittel, insbesondere einem Schiff geladen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Katze mit oder ohne aufgenommenem Container in zumindest halbautomatischem Betrieb bezüglich des Transportmittels verfahrbar und bezüglich einer auswählbaren Transportmittel-Position positionierbar ist, wobei der halbautomatische Fahrbetrieb unter Berücksichtigung von vor oder während des Ladebetriebs aufgenommenen, ein Maß für die weg- und/oder ladepositionsbezogene Höhe von auf dem Transportmittel befindlichen Hindernissen und/oder Zielpositionen auf dem Transportmittel darstellenden Daten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisdaten in Form eines Höhenprofils längs des Bewegungswegs des Spreaders aufgenommen und gegebenenfalls an einem Display ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisdaten die wegbezogene Höhenposition des Spreaders während der Fahrt der Katze von oder zu einer ausgewählten Position am Transportmittel beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisdaten im Rahmen einer Leerfahrt vor dem eigentlichen Ladebetrieb oder während des Ladebetriebs aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wegbezogenen Hindernisdaten für noch nicht angefahrene Wegpo sitionen auf einen Maximalwert gesetzt werden, wobei der jeweilige Maximalwert bei Erfassung eines tatsächlichen Hindernisdatums überschrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisdaten in einem definierten Wegraster aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisdaten in einem Raster zwischen 0,01 m bis 0,99 m, insbesondere alle 0,5 m aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielpositionsdaten die ladepositionsbezogene Höhe eines Containers oder Containerstapels beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielpositionsdaten unter Berücksichtigung der Breite eines Containers den Zielpositionen zugeordnet und gegebenenfalls ladepositionsbezogen an einem Display unter Darstellung der Containerbreite angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielpositionsdaten beim Greifen oder Absetzen des Containers anhand der Hubhöhe des Spreaders ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Zielpositionsdaten für noch nicht angefahrene Zielpositionen, insbesondere zu Beginn des halbautomatischen Ladebetriebs, entweder anhand bereits vorhandener Hindernisdaten zu dieser Zielposition bestimmt werden, oder auf einen Maximalwert ge setzt werden, wobei der jeweilige Wert bei Erfassung eines tatsächlichen Zielpositionsdatums überschrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielpositionsdaten intermittierend geglättet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernis- und Zielpositionsdaten bezogen auf definierte Positionen des Containerkrans bezüglich des Transportmittels, längs welchem des Containerkran bewegbar ist, aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kranposition eine Ladebay zugeordnet wird, deren Breite von der maximalen Länge eines verladbaren Containers abhängt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verladung von kleineren, lediglich der halben maximalen Länge entsprechenden Containern innerhalb der Ladebay zu jeder daraus resultierenden schmäleren Ladebay Hindernisdaten sowie zur Ladebay selbst separate Hindernisdaten aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisdaten und/oder die Zielpositionsdaten während des Ladebetriebs kontinuierlich erfasst und aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erfassung einer Differenz zwischen einem bereits bekannten Zielpositionsdatum und einem momentan erfassten, eine gegenüber dem bekannten Zielpositionsdatum höhere Höhenposition beschreibenden Ziel- Positionsdatum eine Korrektur aller bezogen auf die momentane Ladebay gespeicherten Zielpositionsdaten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem in das Innere eines Schiffs erfolgenden Ladebetrieb bei einer Erfassung einer Differenz zwischen einem bekannten und einem momentan aufgenommenen Zielpositionsdatum eine Korrektur der für das Innere des Schiffs bezogen auf die momentane Ladebay gespeicherten Zielpositionsdaten sowohl bei einer erfassten Erhöhung als auch einem erfassten Absinken erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im halbautomatischen Betrieb die Vertikalbewegung des beladenen oder unbeladenen Spreaders während der Katzfahrt in Abhängigkeit der Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreader im halbautomatischen Betrieb in einem definierten, vom Beladungszustand des Spreaders abhängigen Abstand oberhalb der tatsächlichen Höhe der Zielposition positioniert wird, und zum Aufnehmen oder Absetzen eines Containers manuell gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand parametrierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der unbeladene Spreader in einem vorzugsweise parametrierbaren Abstand zwischen 0,3 m und 1 m, insbesondere 0,5 m positioniert wird, und der beladene Spreader so positioniert wird, dass die Containerunterseite in einem vorzugsweise parametrierbaren Abstand zwischen 0,3 m und 1 m, insbesondere 0,5 m angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katze und der Spreader im Rahmen des halbautomatischen Betriebs abhängig von den Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten bezogen auf den Bewegungsweg beim Verfahren einen definierten Abstand vor oder hinter der Zielposition, oder direkt über der Zielposition positioniert werden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand parametrierbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem in das Innere eines Schiffs erfolgenden Ladebetrieb der Spreader lediglich bis zu oder ab einer definierten Höhenposition außerhalb des unter Deck befindlichen Laderaums im Rahmen des halbautomatischen Betriebs bewegt wird, und der Spreader ab oder bis zu dieser Höhenposition manuell gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenposition anhand der Lage eines Ladelukendeckels definiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der kraneigenen Steuerungseinrichtung mehrere Sätze baybezogener Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Ladebetriebs innerhalb einer Ladebay überprüft wird, ob baybezogene Hindernis- und/oder Zielpositionsdaten bereits in einer kraneigenen Steuerungseinrichtung vorhanden sind, wobei fehlende Hindernis- und/oder Positionsdaten gegebenenfalls von einer kranexternen Leitrecheneinrichtung geladen werden.
Containerkran, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 28.