DE19841570C2 - Kaikran zum Be- und Entladen von Containern - Google Patents
Kaikran zum Be- und Entladen von ContainernInfo
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- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/18—Control systems or devices
- B66C13/48—Automatic control of crane drives for producing a single or repeated working cycle; Programme control
Description
Die Erfindung betrifft einen Kaikran zum Be- und
Entladen von Containern eines am Kai liegenden Schiffes
mit einer an einem Kranausleger verfahrbaren Laufkatze,
die auf der Seite, in Richtung des Schiffes einen
ersten Sensor als Entfernungsmesser und einen zweiten
Sensor aufweist, welche die Containeroberflächen
vermessen und diese Meßwerte einer Rechnereinheit
zuführen, die Ausgangsdaten für die Steuerung der Last
berechnet.
Auf dem Seeweg zu transportierende Güter werden in zu
nehmendem Maße so kommissioniert, daß ihr Umschlag mit
Standard-Containern erfolgen kann, die von entsprechend
ausgebildeten Schiffen weltweit transportiert werden.
Ihre Be- und Entladung erfolgt mittels sogenannter
Kaikräne, von denen in der Regel immer mehrere Kräne
ein Schiff bedienen, um die Schiffsliegezeiten so kurz
wie möglich zu gestalten. Die Anzahl der ein Schiff be
dienenden Kräne ist jedoch dadurch begrenzt, daß
zwischen den einzelnen Kränen ein Sicherheitsabstand
eingehalten werden muß. Somit hängt die Liegezeit eines
Schiffes unmittelbar von der Umschlagsgeschwindigkeit
jedes einzelnen Kaikranes ab.
Jeder Kran kann in dem ihm zugeordneten Schiffsab
schnitt entweder be- oder entladen. Er wird manuell von
einem Bediener gefahren. Das Hebegeschirr, das
üblicherweise als Container-Tragegeschirr, auch als
Spreader bezeichnet, ausgebildet ist, muß bei jeder
Kranfahrt in der Höhe verfahren werden, um eine
Kollision zwischen dem Kranhaken bzw. der an diesem
hängenden Last und dem Schiff oder den auf dem Schiff
befindlichen Containern zu vermeiden. Bei dieser Kran
fahrt wird die Laufkatze quer über einen Bereich des
Kais und über das Schiff verfahren, um einen Container
vom Land auf das Schiff zu befördern oder um einen
Container vom Schiff aufzunehmen und anschließend auf
dem Land bzw. einem bereitstehenden Transportfahrzeug
abzusetzen.
Ein üblicher Kranzyklus sieht während des Entladevor
ganges etwa wie folgt aus:
- - Verfahren der Krankatze vom Kai über das Schiff,
- - Absenken des Spreaders, der über Seilzüge an der Katze hängt, bis zum Container,
- - Aufnahme des Containers mittels Spreaders,
- - Verriegeln des Containers im Spreader,
- - Anheben des Containers über das Schiffsdeck,
- - Verfahren der Katze bis auf die Höhe des Kais,
- - Absenken des Containers auf den Boden oder einen be reitstehenden LKW,
- - Lösen der Verriegelung des Containers im Spreader,
- - erneute Kranfahrt.
Der für das Be- oder Entladen eines Containers be
nötigte Zeitaufwand hängt in erheblichem Maße von der
Erfahrung und dem Geschick des Kranführers ab. Da ins
besondere die tatsächliche Höhendifferenz zwischen der
Unterkante der Last und der Oberkante des von den
übrigen im Schiff befindlichen Containern gebildeten
Beladungsprofils aus der Position des Kranführers nur
schwer zu erkennen ist, wird die Last in der Regel
höher angehoben, als es zur Einhaltung der vorge
schriebenen Sicherheitsabstände notwendig wäre. Hier
durch verlängern sich diejenigen Phasen der Kranbewe
gung, in denen die Last nur gehoben oder gesenkt wird.
Um die Be- und Entladezeiten von Containern zu
verkürzen, ist deshalb in der gattungsbildenden US 47 53 357 ein Kaikran
der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei
dem mittels einer seitlich an der Katze angeordneten
Meßeinrichtung das Profil der zu verladenden Container
in horizontaler und vertikaler Richtung vermessen wird.
Daneben ist aus der DE 195 19 741 A1 eine Lasersensorik
für einen Kran bekannt geworden, deren Abtastwinkel vom
Abstand zwischen dem zu vermessenden Container und dem
Kran abhängt und der noch weitere Laser für
Positionier- und Überwachungszwecke zugeordnet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie alle für
eine automatische Steuerung der Laufkatze und des
Hebgeschirrs erforderlichen Meßdaten selbsttätig erfaßt
und damit eine weitgehende Automatisierung des Be- und
Entladevorgangs ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe u. a. dadurch, daß bei einer
derartigen Vorrichtung der zweite Sensor ein
Laserscanner ist, der in Fahrtrichtung der Laufkatze
sowie senkrecht dazu die Container erkennt, und daß die
Last gemessen und als Störgröße des Durchhängens des
Kranauslegers eingeht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach der
Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Die lösungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß
sie zugleich auch Störungen des Lade- oder Löschvor
ganges, die durch Schiffsbewegungen aufgrund eines sich
verändernden Wasserstands oder Beladezustandes des
Schiffes hervorgerufen werden könnten, zuverlässig aus
schließt. Auch eis Durchhängen des Kranauslegers auf
grund einer am Haken hängenden Last kann keine Störung
dieses Vorganges verursachen. Indem in vorteilhafter
Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung
zusätzlich Konturmessungen zur Erfassung des Profils
des zu befördernden Ladegutes vorgesehen sind, ist
diese Vorrichtung in gleicher Weise auch für das Be-
und Entladen anderer quaderförmiger oder geometrisch
regelmäßig geformter Gegenstände hervorragend geeignet.
Bei der lösungsgemäßen Vorrichtung werden für die
Durchführung der erforderlichen Messung, dies den
geometrischen Ladezustand und/oder das Ladeprofil
erfaßt, an sich bekannte Einzelkomponenten wie ein
Laserentfernungsmesser, ein Laserscanner, ein Weggeber
und eine Rechnereinheit eingesetzt. Diese generieren
Profildaten, die für eine automatische Bewe
gungssteuerung der Last und des Lastaufnahmemittels be
nutzt werden. Der Entfernungsmesser ist in vorteil
hafter Weise vorn und zum Schiff hin ausgerichtet an
der Laufkatze angebracht, seine Meßrichtung weist senk
recht nach unten, d. h. in Z-Richtung.
Der Laserscanner ist am gleichen Ort angebracht, seine
Meßrichtung, die der X-Z-Ebene entspricht, verläuft
quer zur Bewegungsrichtung der Laufkatze auf dem
Kranausleger, die als Y-Richtung definiert ist. Bei
einer Ausführungsform wird die Breite der
Beladungskontur über etwa zwei Containerlängen hin
vermessen. Der Weggeber schließlich erfaßt die aktuelle
Position der Katze in bezug auf die Y-Richtung. Dieses
Signal kann gegebenenfalls auch aus einer vorhandenen
Kransteuerung abgeleitet werden, ebenso wie das
Gewicht der jeweils am Haken hängenden Last.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei jeder Kranfahrt
mittels der Meßeinrichtung die unter der Katze
befindliche Kai- und Schiffskontur vermessen,
einschließlich aller Einzelheiten des Schiffes und
seiner Containerbeladung. Damit wird zugleich der freie
Raum über dem Schiff erfaßt und es kann der für die
Rückfahrt und die nächste Hinfahrt der Katze optimale,
d. h. kürzeste, Verfahrweg errechnet werden. Indem bei
jeder Kranfahrt gemessen wird, werden Störgrößen wie
Wasserstands- oder Beladezustandsänderungen, die sich
auf die Lage des Schiffes auswirken, zuverlässig
eliminiert. Dabei erfolgt die Messung unterhalb der
Laufkatze mittels der Sensoren in drei zueinander
senkrechten Koordinatenrichtungen: Der
Laserentfernungsmesser vermißt während der
Katzenbewegung das genaue Profil unterhalb der Katze.
Der Laserscanner mißt zur sicheren Bestimmung von
Containern anhand deren Breite und zur Erfassung von
Hindernissen außerhalb des Meßbereiches des
Entfernungsmessers die Entfernung in der X-Z-Ebene und
den daz
Durch die Kombination eines Laserentfernungsmessers für
Messungen in der Vertikalen und eines Laserscanners für
die Messung in X-Z-Ebene ist es möglich, sowohl
Profilflanken mit hoher Genauigkeit zu detektieren als
auch Hindernisse zu erkennen. Der Laserscanner sendet
dabei einen gepulsten Laserstrahl aus, der über einen
Drehspiegel abgelenkt wird und die Umgebung
fächerförmig abtastet. Der Strahl wird bei Auftreffen
auf ein Objekt reflektiert und im Empfänger des
Scanners registriert. Der gemessene Zeitunterschied
zwischen dem Aussenden und Empfangen eines Strahls ist
der Entfernung zwischen Sender und Objekt proportional.
Der aktuelle Drehwinkel des Spiegels ist ein Maß für
die Winkellage des Objektes, das sich im Blickfeld des
Scanners befindet. Damit werden das Ladeprofil und die
Oberkante des Querschnitts von Schiff und Beladung ver
messen und erfaßt, zugleich werden Störgrößen wie die
Hakenlast und der Wasserstand mit erfaßt, so daß auch
diese Informationen der Rechnereinheit zur Verfügung
steherung der Laufkatze und des Hebegeschirrs verwendet
werden können.
Die mit der Vorrichtung erzielbaren Vorteile bestehen
nicht nur in einer erheblichen Zeit- und
Kostenersparnis durch verkürzte Verfahrzeiten für den
Kranhaken zwischen Schiff und Kai, sie bieten vielmehr
zugleich eine deutliche Erhöhung der Sicherheit gegen
Kollisionen, da der Ablauf der Be- und Entladung
laufend überwacht wird. Der Kranbediener wird auf diese
Weise von ermüdender, gleichförmiger Arbeit entlastet
und kann sich voll auf seine Überwachungsaufgaben
konzentrieren.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher er
läutert werden. Es zeigen:
Fig. 1: eine Prinzipdarstellung einer Gesamt
anordnung, bestehend aus einem Kran und einem
von diesem zu beladenden Schiff,
Fig. 2: eine Prinzipdarstellung einer Profilsensoran
ordnung,
Fig. 3: eine Prinzipdarstellung der Wirkungsweise
eines Laserscanners und
Fig. 4: eine Verfahrkurve eines Verladekrans.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist ein zu be-
oder entladendes Schiff 1 an einem Kai 2 zusammen mit
einem Kran 3 im Querschnitt dargestellt. Eine Laufkatze
4 des Kranes 3 ist mit einem Hakengeschirr 5 versehen,
an dem ein zu befördernder Container 6 hängt. Die mit
einer Führerkabine ausgestattete Laufkatze 4 ist längs
eines in etwa horizontal angeordneten Auslegers 7 des
Kranes 3 derart gehaltert, daß sie in Y-Richtung über
das Schiff 1 hinweg verfahren werden kann. Im Inneren
des Schiffes 1 befinden sich weitere Container 8. Mit
in diese Figur eingezeichnet sind die Richtungen der
Koordinaten Y, dem Verfahrweg der Laufkatze 4, und Z,
dem vertikalen Abstand zwischen dem Kranausleger 7 und
dem darunter befindlichen Objekt. Schließlich ist in
dieser Figur noch eine vor der Laufkatze 4 angeordnete
Meßanordnung 9 angedeutet, die im einzelnen anhand von
Fig. 2 erläutert wird.
Die Meßanordnung 9 besteht aus einem Entfernungsmesser
10 sowie einem Laserscanner 11. Beide Sensoren 10 und
11 sind in Richtung auf das Schiff 1 vor der Laufkatze
4 unterhalb des Kranauslegers 7 angeordnet, ihre Meß
strahlen erfassen, wie in Fig. 2 angedeutet, die Höhen
kontur senkrecht unterhalb dieser Sensoren 10 und 11
und damit die Ladungshöhe der Container 8 auf dem
Schiff 1 bzw. auch auf dem Kai 2. Beide Sensoren 10 und
11 sind mit einer Rechnereinheit 12 verbunden, an die,
wie in der Figur angedeutet, zusätzlich ein an der
Laufkatze 4 befindlicher Weggeber 13 angeschlossen ist,
der die aktuelle Position der Laufkatze 4 registriert.
Diese Information kann aber gegebenenfalls auch aus
einer vorhandenen Kransteuerung abgeleitet und als Meß
größe für die Krankoordinate Y an die Rechnereinheit 12
übergeben werden.
Fig. 3 zeigt die prinzipielle Anordnung der Sensoren 10
und 11, hier der Einfachheit halber als eine Baueinheit
dargestellt, über dem Schiff 1 sowie den Containern 8.
Die Höhe in Z-Richtung wird vom Entfernungsmesser 10
mit einem durch eine stark gestrichelte Linie ange
deuteten Meßstrahl erfaßt. Die Meßebene des Laser
scanners 11, dargestellt durch mehrere dünne ge
strichelte Linien, verläuft in der X-Z-Ebene der
Krankoordinaten. Damit wird die Längenausdehnung der
Container 8 in X-Richtung, d. h. senkrecht zu der in Y-
Richtung erfolgenden Verfahrbewegung der Laufkatze,
erfaßt. Zugleich wird damit auch vermieden, daß eine
Falschmessung, etwa dadurch bedingt, daß der Sensor 10
eine Lücke zwischen zwei Containerreihen erfaßt, zu
einer Funktionsstörung der Anordnung führt.
Während jeder Kranfahrt mißt der Entfernungssensor 10
die Entfernung senkrecht nach unten in Richtung der
Krankoordinate Z und übergibt den Meßwert an die
Rechnereinheit 12. Zugleich mißt der Laserscanner 11
mit seinem Meßstrahl Entfernung und Winkel in der X-Z-
Ebene, die senkrecht zur Krankoordinate Y verläuft, wo
bei der Meßstrahl eine Breite von etwa zwei Containern
8 in X-Richtung überstreicht. Auch der Laserscanner 11
übergibt seine Meßwerte an die Rechnereinheit 12. Als
weitere Eingangsgröße werden Wegdaten, entweder mittels
eines an einer Laufkatze 4 befindlichen Weggebers 13
oder aus der vorhandenen Kransteuerung erfaßt und als
Meßgröße für die Krankoordinate Y an die Rechnereinheit
12 übergeben.
Die Rechnereinheit 12 berechnet nunmehr die für die
Kransteuerung erforderlichen Profildaten und gibt diese
als Ausgangsgrößen aus. Diese Profildaten enthalten die
verknüpften Meßdaten der Sensoren 10, 11 und 13 und
dienen zur Ansteuerung von Laufkatze 4 und Haken 5 in
bezug auf die Krankoordinaten Y und Z. Wie abschließend
in Fig. 4 gezeigt ist, kann ein am Hakengeschirr 5
hängender Container 6 zwischen einem Aufnahmepunkt 14
am Kai 2 und einem Abgabepunkt 15 auf dem Schiff 1 bzw.
auf einem anderen Container 8 auf verschiedenen Bahn
kurven 16 oder 17 befördert werden, wobei das Hakenge
schirr 5 samt der daran hängenden Last 6 in der Höhe,
d. h. in Z-Richtung sowie seitlich, d. h. in Y-Richtung,
mittels der Laufkatze 4 und der Kransteuerung für das
Hakengeschirr 5 bewegt wird. Bei einem herkömmlichen
Beladevorgang, bei dem keine Vermessung der Konturen von
Schiff und Ladung erfolgt, müßte vom Kranhaken eine
kollisionssichere Bahn, angedeutet durch die ausge
zogene Kurve 16, durchlaufen werden, die
erheblich
länger wäre als die mit vorangehender Konturvermessung
mögliche Bahnkurve 17, die in dieser Figur gestrichelt
dargestellt ist. Diese optimierte Bahnkurve ist erheb
lich kürzer und ermöglicht dadurch eine wesentliche
Zeitersparnis bei jedem einzelnen Fördervorgang eines
Containers. Daraus ergibt sich in der Summe eine we
sentlich kürzere Liegezeit für das zu be- und/oder ent
ladende Schiff.
Claims (6)
1. Kaikran zum Be- und Entladen von Containern eines
am Kai liegenden Schiffes mit einer an einem
Kranausleger verfahrbaren Laufkatze, die auf der
Seite, in Richtung des Schiffes einen ersten Sensor
als Entfernungsmesser und einen zweiten Sensor
aufweist, welche die Containeroberflächen vermessen
und diese Meßwerte einer Rechnereinheit (12) zuführen,
die Ausgangsdaten für die Steuerung der Last
berechnet, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Sensor ein Laserscanner (11) ist, der in
Fahrtrichtung der Laufkatze sowie senkrecht dazu
die Container erkennt, und daß die Last gemessen
und als Störgröße des Durchhängens des
Kranauslegers eingeht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Meßreihe, bestehend aus
mindestens den fortlaufend mit einer vorgebbaren
Taktfrequenz gemessenen Meßwerten Laufkatzenweg,
Konturhöhe und Konturbreite aufgenommen wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die ermittelten Daten über
mehrere Meßfahrten gespeichert werden und durch
Vergleich der Meßreihen Veränderungen der Lage des
Schiffes (1) ermittelt und für die Kransteuerung
verwandt werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das gemessene Profil
sowie die gefahrene Bahnkurve (17) auf einem
Bildschirm mehrdimensional dargestellt werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß über weitere Sensoren
Konturen erfaßt und/oder Korrekturgrößen für die
Profilmessung ermittelt werden, die von der
Rechnereinheit (12) mit verarbeitet werden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10)
zur Messung der Entfernung zwischen der Laufkatze
(4) und der senkrecht unter dieser befindlichen
Oberfläche aus einem Lasersensor besteht.
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