DE19725315C2 - Kran, insbesondere Hüttenwerkskran - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kran, insbesondere Hüttenwerkskran gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Krantransport von feuerflüssigen Massen in Pfannen werden diese von Traversen mit Haken in den Hakenschlaufen aufgenommen. Zur Lastaufnahme sind die Haken so zu positionieren, daß die Zapfen des Pfannengehänges im Maul des Hakens liegen, mit dem der zum sicheren Anheben erforderliche Formschluß zwischen Tragmittel und Last hergestellt wird.

Der Anschlag wird manuell vom Kranführer gesteuert. Bei sicherheitsrelevanten Transporten wird er von einem Einweiser unterstützt. Der Einweiser steht in ständiger Sichtverbindung mit dem Kranführer und gibt diesem den subjektiv vom Einweiser optisch erfaßten IST-Zustand der Annäherung des Lastaufnahmemittels an das Objekt an. Erst wenn für den Einweiser subjektiv die Anschlagposition erreicht ist, gibt er dem Kranführer grünes Licht zum Anheben der Last.

Die Sicherheit beim Einhängen, also die ordnungsgemäße Ausführung des Anschlagvorganges, ist u. a. von der Aufmerksamkeit und Qualifikation des Kranführers bzw. des Einweisers sowie den jeweiligen Sichtverhältnissen abhängig. Der Anschlagvorgang ist insofern mit einem entsprechenden Risiko verbunden (Gefahrenpotential), als bei mangelnder Aufmerksamkeit oder unzureichenden Sichtverhältnissen nicht auszuschließen ist, daß die Pfanne nur einseitig von einem Haken erfaßt oder auf der Spitze des Hakens getragen wird. Das hat bereits zu Um- und Abstürzen von Pfannen geführt. Personenschäden und hohe Sachschäden verbunden mit längerem Betriebsausfall waren die Folgen. Eines der Hauptprobleme beim bekannten Anschlagverfahren ist die Ermüdung des Kranführers, so daß innerhalb einer Schicht mehrfach gewechselt werden muß. Außerdem ist die Zeitdauer für den Anschlagvorgang entsprechend hoch, da der Kranführer im Regelfall kein unnötiges Risiko eingeht, sich entsprechend absichert und nötigenfalls den Anfahrvorgang wiederholt.

Aus der gattungsbildenden EP 0 342 655 A2 ist eine Containerkrananlage bekannt, welche dazu bestimmt ist, Container zwischen verschiedenen Standplätzen umzusetzen. Diese Anlage weist einen längs mindestens einer Horizontalachse mittels eines Fahrwerks fahrbaren Hubseilträger und einen an Hubseilen des Hubseilträgers aufgehängten, mittels eines Seilhubwerkes höhenverstellbaren Spreaders auf. Am Hubseilträger und am Spreader sind zusammenwirkende Pendeldämpfungsmittel angebracht. Zur Erkennung von Standplatzbegrenzungen und/oder Hindernissen im Weg des Spreaders bzw. Containers ist an dem Spreader ein Sensor angebracht mit einem gepulsten Richtstrahlsender, einem Reflexionsstrahlempfänger und einer Laufzeitmeßvorrichtung zur Ermittlung einer Information über mindestens eine Ortskoordinate der Standplatzbegrenzung bzw. des Hindernisses, wobei diese Information zur Steuerung des Hubwerks, des Fahrwerks und/oder eines Spreaderdrehwerks dient. Der Richtstrahlsender dient auch zur Erkennung des Spreader- bzw. Containervertikalabstandes von der Aufsetzfläche, wobei das Ergebnis der Vertikalabmessung zur direkten Steuerung des Hubwerks verwendet wird. Die gemessenen und ermittelten Daten werden einem Rechner zugeführt, der daraus eine Information über die Stellung des Spreaders bzw. Containers in horizontaler Richtung relativ zum Profil der Standplatzbegrenzung liefert, welche zur Steuerung des Fahrwerkantriebes benutzbar ist. Die aus dem Rechner gewonnene Information dient auch zur Steuerung eines Abbildungsgerätes am Ort des Kranführers.

In der DE 44 47 393 C1 sind im Lastaufnahme mittelangebrachte Drucksensoren neben einem Formschluß beschrieben.

Die DE 195 38 264 A1 gibt Bedien Konsolen und eine Benutzer­ führung an.

Gemäß der US 47 53 357 lassen sich Transport­ wege von Containern bestimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kran, insbesondere Hüttenwerkskran, zum Transport mobiler definierter Objekte, deren Position von einem mit einem Hub- sowie Katzfahrwerk ausgerüsteten Kranfahrwerk mit einem pendelgedämpften Lastaufnahmemittel ansteuert, das mit Hilfe von Sensoren ggf. wiederholt zur Aufnahme der Last positioniert wird, anzugeben, der einen zuverlässigen, vollautomatisierten Betrieb bei geringen Kosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Bei der Erfindung werden über eine Quasi-Analoge-Wegabbildung (QAW) die Raumkoordinate des Lastaufnahmemittels eingemessen. Die von den erfaßten Werten abgeleiteten Informationen werden dem Kranführer grafisch als Anfahrhilfe angeboten. Beispielsweise wird die aktuelle Hubhöhe des Lastaufnahmemittels dem Kranführer analog und digital auf einem Monitor angezeigt und bei Erreichen einer vorbestimmten Position als Klartext z. B. "Einfädelposition Hubhöhe" eingeblendet. Darüber hinaus wird der entscheidende Anschlagvorgang mittels mehrerer installierter Kameras visualisiert, wobei es sich um eine Mustererkennung handelt. Dies hat den Vorteil, daß nicht das gesamte Objekt im Blickfeld der Kameras liegen muß, sondern es ausreichend ist, wenn das Objekt charakterisierende Kanten aus mehreren Blickpositionen erfaßt werden. Die Momentanbilder werden mit einem zuvor abgelegten Bildmuster verglichen und daraus die aktuelle Objektlage festgestellt. Sollte diese mit der zuvor über die Wegmessung erfaßte Position nicht übereinstimmen, erfolgt eine entsprechende Korrektur.

Der Anschlagvorgang wird zusätzlich durch unabhängig davon arbeitende Sicherheitssysteme d. h. Form- und Kraftschluß überwacht. Bezüglich des Formschlusses wird auf die DE 44 47 393 B1 der Anmelderin verwiesen. Die Kraftschlußüberwachung erfolgt durch eine fortwährende Wägung der angehobenen Last.

Für die angestrebte Vollautomatisierung des gesamten Transportvorganges ist es erforderlich, daß pendelfrei angefahren und auch abgesetzt wird. Dazu wird in bekannter Weise Pendelwinkel und Pendelgeschwindigkeit erfaßt und die Meßwerte der Regelung der Antriebe überlagert. Hierzu wird unter anderem auf die DE 35 13 007 A1 verwiesen. Falls das Erfassungssystem für den Pendelwinkel und/oder die Pendelgeschwindigkeit ausfallen sollte, erfolgt die Regelung entsprechend einem hinterlegten Rechenmodell abhängig von der Lastseillänge für das Lastaufnahmemittel.

Die Erfassungs- und Meßwerte werden alle einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit zugeführt, die dann Daten für die grafischen Anzeigen sowie die Steuerungssignale für die Antriebe erzeugt.

Vorrichtungsmäßig erfolgt die visualisierte Unterstützung des kritischen Anschlagvorgangs in der Weise, daß im Tragrahmen des Kranes mindestens zwei vorzugsweise sechs mit einem Bildauswerte- und Bildspeichergerät sowie einem Monitor verbundene Kameras in Reihe sowie ein Scheinwerfer installiert sind. Die Strahlachsen sind so ausgerichtet, daß das zu betrachtenden Objekt voll erfaßt wird. Dabei ist es unerheblich, ob eine Kamera während des Anschlagvorganges beispielsweise durch das Katzfahrwerk verdeckt ist. Wesentlich ist nur, daß das erfaßte Bild immer die das Objekt charakterisierende Kanten im Sinne einer Mustererkennung miteinschließt. Für die Wegerfassung hat es sich als Vorteil herausgestellt, daß an den Rädern des Kran- und Katzfahrwerks sowie an der Trommel des Hubwerkes Absolutwertgeber installiert sind. Die Meßwerte der Absolutwertgeber werden in der Steuereinheit verarbeitet und als Steuersignale den geregelten Antrieben für das Hubwerk sowie für das Kran- und Katzfahrwerk zugeleitet. Für ein pendelfreies Anfahren und Absetzen wird eine Hall-Sonde angeordnet, die vorzugsweise am Seilfestpunkt des Haupthubwerkes angeordnet ist. Die Genauigkeit der Ansteuerung hängt auch wesentlich von der Feinfühligkeit der Steuerung der Antriebe ab. Aus diesem Grunde sind alle Antriebe mit einem an sich bekannten Frequenzumrichter verbunden.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Kranführer stark entlastet wird und der erforderliche Zeitablauf für den Transportvorgang optimiert ist. Außerdem eignet sie sich für eine Vollautomatisierung, so daß zukünftig auf einen Kranfahrer zumindest auf den Einweiser verzichtet werden kann.

Anhand von Prinzipdarstellungen wird die erfindungsgemäße Lösung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Draufsicht die Anfahr- und Einfädelposition eines Hüttenwerkskranes

Fig. 2 in einer halbperspektivischen Darstellung die Installation einer optisch unterstützten Anfahrhilfe

Fig. 3 Fließbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerung und Regelung eines Kranes.

Fig. 4 Beispiel einer Mustererkennung

Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht ein Anwendungsbeispiel eines Bereiches in einem Hüttenwerk, wo flüssiges Roheisen aus Pfannen entleert und in Roheisenmischer eingefüllt wird. Dazu sind in einem hier angedeuteten Hallenkomplex zwei Roheisenmischer 1, 2 angeordnet, die je zwei Einfüllöffnungen 3, 3'; 4, 4' aufweisen. Auf zwei parallel liegenden Gleisen 5, 6 können je ein Zug mit mehreren aneinander gekoppelten Pfannenwagen 8 positioniert werden. Auf den Pfannenwagen 8 befindet sich je eine Roheisenpfanne 7, die mit flüssigem Roheisen gefüllt oder leer ist. Der Transport der jeweiligen Roheisenpfanne 7 vom Pfannenwagen 8 in die Einleerposition erfolgt mittels eines Hüttenwerkskranes 9. Dieser weist ein Kranfahrwerk 10, zwei Katzfahrwerke 11, 11a und ein auf der Katze hier nicht sichtbares Hubwerk auf. Nach Abstellen der Wagenkolonne wird der Kran 9 bezüglich seines Kranfahrwerkes 10 in die Aufnahmeposition Kranfahrt verfahren. Dies ist die Mittelachse der auf dem Pfannenwagen 8 sich befindenden Roheisenpfanne. Das Rastermaß für die Kranfahrt ist kenntlich gemacht durch nach rechts zeigende Pfeile 13, 14. Die Aufnahmeposition für die Katze zeigt die strichpunktierte Linie 15, 16, die in diesem Falle deckungsgleich ist mit der Längsachse der Wagenkolonne. Zuvor muß aber das Lastaufnahmemittel 17, 17' (Fig. 2) in die Zapfen 18, 18' (Fig. 2) des Pfannengehänges 27, 27' (Fig. 2) eingefädelt werden. Dazu wird die Katze 11 auf Einfädelposition gefahren. Diese ist ebenfalls gekennzeichnet durch eine strichpunktierte Linie 19, 20, die parallel zur Aufnahmepostition 15, 16 liegt.

Nach der Aufnahme der jeweiligen Pfanne 7 durch den Kran 9 wird der Kran 9 in die Einleerposition verfahren. Dieses ist hier durch nach rechts zeigende Pfeile 21 gekennzeichnet. Die Einleerposition für die Katzfahrt ist wiederum mit einer strichpunktierten Linie 22 gekennzeichnet. Was hier nicht dargestellt ist, ist die sogenannte Z-Postition, d. h. die Hubhöhe des Lastaufnahmemittels 17, 17'.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Installation einer optisch unterstützten Anfahrhilfe. Dabei sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden. In einem stilisiert dargestellten Tragrahmen 23 sind für die optische Anfahrhilfe mehrere Kameras 24 in Reihe sowie ein Scheinwerfer 25 angeordnet. Die Strahlachsen der Kameras 24 sind so ausgerichtet, daß das jeweilige Kamerafeld 26 das Objekt, hier in diesem Falle die Roheisenpfanne 7 erfaßt. Der Scheinwerfer 25 erhellt diesen Bereich, so daß in den Kameras 24 ein scharf konturiertes Bild entsteht. Typische die Roheisenpfanne 7 kennzeichnende Kanten, z. B. das Pfannengehänge 18, 18' oder die Ausgießschnauze 28 werden für die Mustererkennung herangezogen. Im Abgleich mit einem hinterlegten Musterbild kann die wahre Objektlage damit erkannt werden. Das hinterlegte Musterbild und das jeweilige Momentanbild wird dem Kranführer übermittelt, so daß er unter Verzicht eines Einweisers genau sehen kann, wo die Lastaufnahmemittel 17, 17' in bezug auf die Roheisenpfanne 7 sich befinden. Diese optische Anfahrhilfe erfolgt zusätzlich zu der Wegerfassung des Kranfahrwerkes, des Katzfahrwerkes sowie des Hubwerkes.

In Fig. 3 ist in einem Fließbild die prinzipielle Verknüpfung aller erfaßten Daten dargestellt. Die bereits erwähnten Geber 31-33 für das Kranfahrwerk, das Katzfahrwerk und das Hubwerk erfassen den verfahrenen Weg und geben dies als Wert in eine speicherprogrammierte Steuereinheit (SPS) 34. Zusätzlich werden die Bilder der sechs Kameras 24 sowie einer Mischerkamera 35 in einem Bildauswerte- und Bildspeichergerät (Videomat) 36 verarbeitet und der zuvor genannten speicherprogrammierbaren Steuereinheit 34 zugeführt. Die Stellung des Steuerhebels 37 in der Kranfahrerkabine sowie die Werte der Pendelregelung 38 fließen in die Regelung mit ein. Die Pendelregelung 38 erhält ihre Werte von einer Hall-Sonde 39. Als zusätzliche Sicherung werden die Meßwerte 40 der dauernden Wägung bei angehobener Last sowie der Formschluß 41 der Lastaufnahmemittel 17, 17' verarbeitet. Die Meßwerte in der speicherprogrammierbaren Steuereinheit 34 werden umgesetzt in Daten 42, in Steuerungssignale für die Geschwindigkeit 43 sowie für die anzusteuernde Position 44. Die Antriebs 45, wo der Einfachheit halber hier nur einer dargestellt ist, sind mit einem Frequenzumrichter 46 verbunden. Die am Antrieb 45 abzugreifende Drehzahl wird über einen Geber 47 erfaßt und sowohl der speicherprogrammierbaren Steuereinheit 34 als auch der Pendelregelung 38 zugeführt. Dem Kranführer werden über zwei Monitore 48, 49 die erfaßten Daten bzw. Bilder als Anfahrhilfe sichtbar dargestellt. Im Bild des hier oben liegenden Monitors 48 werden die Wegerfassung, die Wägung und die Störmeldungen grafisch in analoger und digitaler Form dargestellt, wobei als weitere Hilfe Klartexte miteingeblendet werden können. Der zweite hier unten dargestellte Monitor 49 zeigt die Bilder der installierten Kameras 24, 35.

In Fig. 4 ist ein Beispiel einer Musterkennung dargestellt. Der auf einem Gleis 6 abgestellte, im Blickfeld der Kameras 24 (Fig. 2) liegende Pfannenwagen 8 ist mit einer gefüllten oder entleerten Roheisenpfanne 7 beladen. Das Momentanbild dieses Pfannenwagens 8 in bezug auf die Position des Hüttenwerkskranes 9 wird auf dem zuvor erwähnten Monitor 49 angezeigt. Zusätzlich wird ein zuvor abgelegtes Musterbild 50, das nur die wesentlichen, das Objekt charakterisierenden Kanten wiedergibt, auf dem Monitor eingeblendet. Der Kranführer kann nun ohne weitere Hilfsmittel durch das miteingeblendete Fadenkreuz 51 erkennen, wieweit seine IST- Position von der Position des Musterbildes (SOLL) abweicht. Die Abweichung ist durch den Abstand in X-Richtung 52 und in Y-Richtung 53 kenntlich gemacht und wird entsprechend Fig. 3 auf dem Monitor 48 digital und analog dargestellt.

Claims (8)

1. Kran, insbesondere Hüttenwerkskran (9), welcher dazu bestimmt ist, mobile Objekte von einer nicht eindeutig deklarierten Position zu einer eindeutig festgelegten Position hin- und herzutransportieren, insbesondere auf einem Pfannenwagen (8) abgestellte Pfannen (7) einerseits aufzunehmen und andererseits zur Einfüllöffnung eines Roheisenmischers (1, 2) zu transportieren und nach Entleerung abzusetzen, bestehend aus einem Tragrahmen (23), an dem ein ein Lastaufnahmemittel (17, 17') aufweisendes Hubwerk, sowie ein Kran- (10) und Katzfahrwerk (11) angeordnet sind, sowie aus mindestens einem Geber zur Erfassung der Position des Lastseiles des Hubwerkes, der Position des Kran- (10) und Katzfahrwerkes (11), aus einem Meßsystem für die Pendeldämpfung und einer Steuereinheit, die mit dem Steuerhebel (37) in der Kranfahrerkabine einerseits und mit den geregelten Antrieben für Hubwerk, Kran- (10) und Katzfahrwerk (11) andererseits verknüpft ist, und aus mindestens einem mit einem Monitor (49) verbundenen Sensor (24) zur Ermittlung einer Information über mindestens eine Ortskoordinate des zu transportierenden Objektes, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragrahmen (23) mindestens zwei mit einem Bildauswerte- und Bildspeichergerät (36) verbundene Kameras (24) und ein Scheinwerfer (25) angeordnet sind, deren Strahlachsen das zu betrachtende Objekt ausleuchten und erfassen und dass mittels im Lastaufnahmemittel (17, 17') angebrachter Drucksensoren mittels Formschluß (41) der Lastaufnahmemittel (17, 17') und dauernder Wägung beim angehobenen Objekt eine zusätzliche Sicherung erfolgt.

2. Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelwinkel und die Pendelgeschwindigkeit erfasst und die gewonnenen Daten der Regelung der Antriebe überlagert werden.

3. Kran nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall des Erfassungssystems für Pendelwinkel und/oder Pendelgeschwindigkeit die Anordnung der Regelung nach einem hinterlegten Rechenmodell abhängig von der Lastseillänge des Lastaufnahmemittels erfolgt.

4. Kran nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Erfassungs- und Meßwerte einer mit einem Monitor (48) verbundenen speicherprogrammierbaren Steuereinheit (34) zugeführt werden, die daraus Daten für die graphische Anzeige sowie Steuersignale für die Antriebe (45) erzeugt.

5. Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Kameras (24) in Reihe angeordnet sind.

6. . Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Rädern des Kran- (10) und Katzfahrwerkes (11) sowie an der Trommel des Hubwerkes Absolutwertgeber (31-33) angeordnet sind.

7. Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Seilfestpunkt des Haupthubwerkes eine Hall-Sonde angeordnet ist.

8. Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Antriebe (45) des Kranes mit je einem Frequenzumrichter (46) verbunden sind.