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Die
Erfindung betrifft zunächst
eine Vorrichtung zum Be- und/oder Entladen eines Laderaumes mit
Schüttgut,
insbesondere zum Be- und/oder Entladen eines Laderaumes eines Schiffes
mit Kohle, Erz oder dergleichen, wobei mindestens ein Greifer zur Aufnahme
bzw. zur Abgabe des zu transportierenden Schüttgutes vorgesehen ist, wobei
die Position des Greifers relativ zum transportierenden Schüttgut steuerbar
ist, nämlich
die Position des Greifers zumindest in vertikaler und/oder horizontaler
Richtung veränderbar
ist, wobei der Greifer mit mindestens einem Seilelement verbunden
ist und wobei die Bewegungen des Greifers in vertikaler und/oder
horizontaler Richtung und/oder die Bewegungen zur Aufnahme und/oder
zur Abgabe des Schüttgutes
mit Hilfe eines vorgesehenen Steuersystems steuerbar sind.
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Die
im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Be- und/oder Entladen
eines Laderaumes eines Schiffes, wobei in dem Laderaum Schüttgut gelagert
wird bzw. dem Laderaum Schüttgut,
vzw. Kohle, Erz oder dgl. entnommen wird, sind vzw. als sogenannte „Entladebrücken" ausgeführt und
in den entsprechenden Häfen
vorgesehen. Das Schüttgut, insbesondere
die verschiedenen Erz- und/oder
Kohlesorten werden mit den Seeschiffen angeliefert. Das Löschen der
Laderäume
der Schiffe erfolgt vzw. mit den zuvor genannten Entladebrücken.
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Derartige
Entladebrücken
weisen zumeist jeweils einen wasserseitigen und jeweils einen landseitigen
im wesentlichen horizontal verlaufenden Ausleger auf, die auf zwei
im wesentlichen vertikal verlaufenden Stützpfeilern angeordnet sind.
Die Stützpfeiler,
die ein Fahrwerk aufweisen, sind parallel zur Kaimauer und damit
auch parallel zu dem an der Kaimauer liegenden Schiff bewegbar.
Entlang der Ausleger ist eine Art verfahrbarer Schlitten, genannt „Katze" bewegbar angeordnet.
Im wesentlichen im Bereich unterhalb des Schlittens ist mit Hilfe
von Seilelementen ein Greifer angeordnet, der in vertikaler Richtung,
nämlich
auf und ab bewegt werden kann, um insbesondere durch die Ladeluke
eines Schiffes in den Laderaum des Schiffes herabgelassen zu werden,
um hier das Schüttgut
aufzunehmen bzw. zu ergreifen. Hiernach wird der Greifer in vertikaler
Richtung durch die Ladeluke wieder nach oben gezogen und dann im
wesentlichen mit Hilfe des auf dem Ausleger verfahrbaren Schlittens
von der Wasserseite auf die Landseite gefahren, wo das Schüttgut auf
einer Halde oder auf einem Förderband
abgelegt wird.
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Der
Greifer weist vzw. ein separates Schließwerk auf, das auch vzw. über entsprechende
zusätzliche
Seilelemente gesteuert wird. Uber den Schlitten, also die „Katze" erfolgt im wesentlichen
eine Entkopplung der horizontalen und der vertikalen Ansteuerung
des Greifers. Die Seilelemente werden vzw. über entsprechende Seiltrommeln
und diese vzw. über
Gleichstrommotoren angetrieben. Auch der Schlitten wird vzw. über angeordnete
Seilelemente bzw. Seiltrommeln entlang der Ausleger gezogen und
weist vzw. ein mit dem Ausleger in Kontakt stehendes Fahrwerk bzw.
Fahrrollen auf. Gesteuert wird die Position des Schlittens (in Richtung
des Auslegers) und des Greifers (also der spezifische Höhenabstand – Heben/Senken)
durch die Erfassung der Winkelpositionen der entsprechenden Seiltrommeln. Da
das Schließwerk
des Greifers ebenfalls über
separate Seilelemente gesteuert wird, kann eine Kraftmessung einerseits
an den Halteseilen des Greifers sowie an dessen Schließseilen
erfolgen. Die Kraftmessung an den Seilelementen wird vzw. über sensorische
Lastdosen ermittelt. Hierdurch ist insbesondere auch das Gewicht
des sich im Greifer befindenden Schüttgutes ermittelbar.
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Die
Steuerung des Greifers in vertikaler Richtung (Heben/Senken) erfolgt
im wesentlichen daher über
die Ansteuerung der entsprechenden Halteseiltrommel des Greifers.
Die Ansteuerung des Schließwerkes
des Greifers (Öffnen/Schließen) erfolgt
im wesentlichen daher über
die Ansteuerung der entsprechenden Schließseiltrommel. Die Steuerung des
Greifers in horizontaler Richtung erfolgt über eine Bewegung/Verschiebung
des Schlittens von rechts nach links entlang des entsprechenden
Auslegers sowie über
einen entsprechenden Fahrwerksantrieb der Stützpfeiler in Richtung parallel
zur Kaimauer. Damit ist der Greifer im wesentlichen „dreidimensional" bewegbar bzw. steuerbar.
Vzw. erfolgt die Steuerung des Greifers manuell über einen Steuerstand, der
an der Entladebrücke
angeordnet ist. Die Praxis hat gezeigt, dass während des Be triebs, insbesondere
beim Entladen des Laderaums des Schiffes eine Pendelauslenkung des
Greifers sehr problematisch sein kann. Hierzu darf folgendes ausgeführt werden:
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Der
Beladezustand des Laderaums des Schiffes unterhalb der „Ladeluke" – im folgenden „Luke" genannt – ist bei
Beginn der Entladung im allgemeinen sehr beliebig. Beim Entladen
wird im allgemeinen eine ebene Oberfläche der Ladung im Lukenbereich
angestrebt, von der dann gleichmäßig das Schüttgut mit
dem Greifer abgegriffen wird. Ein wesentlicher Bereich des Laderaumes
befindet sich im allgemeinen nicht direkt unterhalb der Luke und
ist daher für
den abgelassenen Greifer nicht direkt zugänglich. Es wird aber versucht
die Fläche
der Öffnung
zum Laderaum, also die Fläche
der Luke vollständig
auszunutzen. Der Greifer wird daher nah an die Lukenränder heranbewegt,
in Ausnahmefällen wird
er unter Ausnutzung einer Pendelbewegung auch in den Randbereichen
des Laderaums abgesetzt, die ansonsten nicht ohne weiteres erreichbar wären. Es
besteht aber immer eine große
Kollisionsgefahr des Greifers mit den Lukenrändern, insbesondere bei einer
Pendelbewegung. Das Beladen eines Laderaums eines Schiffes mit einem
Greifer ist unproblematischer, da hier eine geringere Kollisionsgefahr
des Greifers mit den Lukenrändern
besteht und das Schüttgut
im wesentlichen immer von oben mittig durch die Luke in den Laderaum
abgegeben werden kann und sich hierdurch dann im wesentlichen gleichmäßig im Laderaum
verteilt.
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Hingegen
muss insbesondere beim Entladen des Laderaumes – nach einer gewissen Zeit
des Entladevorganges – zumeist
bisher ein sogenannter Radlader auf dem Boden des Laderaums abgesetzt werden,
der aus den seitlichen Bereichen des Laderaums das Schüttgut in
den Bereich unterhalb der Luke schiebt, wo es dann vom Greifer aufgenommen werden
kann. Aber auch Pendelbewegungen oberhalb der Luke können zu
Beschädigungen
am Schiff, insbesondere in den Niedergängen oder an den Schiffsaufbauten
führen.
Zusätzlich
kann der Greifer, insbesondere durch eine Schräglage des Greifers im Schüttgut, zu
einer Torsionsschwingung angeregt werden.
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Bei
der im Stand der Technik bekannten Vorrichtung sind mehrere Punkte problematisch.
Einerseits kommt es zu Pendelbewegungen des Greifers, insbesondere
beim Entladevorgang, was im wesentlichen daran liegt, dass der Greifer
aufgrund der Ladungsverteilung des Schüttgutes im Laderaum nicht punktgenau
unter dem Schlitten abgesetzt werden kann bzw. beim Absetzen entsprechend
entlang einer Böschung „verrutscht", so dass der mit
Schüttgut beladene
Greifer bei seiner Aufwärtsbewegung
dann in eine Pendelbewegung übergeht.
Aufgrund der Pendelbewegung des Greifers kann es zu Kollisionen
mit den Lukenrändern
kommen, so dass diese beschädigt
werden. Weiterhin ist problematisch, dass beim Entladevorgang im
Bereich der Ladung überkritische
Böschungswinkel
auftreten können,
wobei hier das Material unkontrolliert abrutschen kann und die Gefahr
besteht, dass der Greifer verschüttet
wird. Ein verschütteter
Greifer ist eine gravierende Betriebsstörung, die längere Stillstände zur
Folge hat. Insbesondere bei Pendelbewegungen des Greifers, der hierbei
auf kritische Böschungen
aufprallt, können derartige
Verschüttungen
des Greifers und daher Betriebsstörungen eintreten. Da das Entladen
der Seeschiffe eine zeitkritische Aufgabe ist und hier lange Liegezeiten
der Schiffe hohe Kosten verursachen, kann eine Betriebsstörung hier – im Endeffekt – sehr kostenintensiv
sein. Hieraus ergibt sich, dass die bisher im Stand der Technik
bekannte Vorrichtung bzw. die bisherige bekannte Steuerung des Greifers
noch nicht optimal ausgebildet ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte
Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der Be- und/oder
Entladevorgang eines Laderaumes mit Schüttgut vereinfacht ist, insbesondere
die damit verbundenen Kosten und möglicherweise damit einhergehenden
Betriebsstörungen
erheblich vermindert sind.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist dadurch gelöst, dass die Position des Greifers
sensorisch erfassbar ist, so dass eine Pendelbewegung und/oder eine
Pendelauslenkung des Greifers ermittelbar und durch eine entsprechende
Ansteuerung die Pendelauslenkung im wesentlichen kompensierbar und/oder
verringerbar ist.
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Dadurch,
dass die Position des Greifers nunmehr vzw. kontinuierlich sensorisch erfasst
wird, kann eine Pendelbewegung, insbesondere direkt bei deren Beginn
ermittelt werden und eine mit Hilfe eines Steuersystems ausgeführte entsprechende
automatische umgehende Ansteuerung der die Bewegung des Greifer
beeinflussenden Aktuatoren bzw. Komponenten erfolgen, so dass die
Pendelauslenkung bzw. die störende
Pendelbewegung des Greifers entsprechend kompensiert, zumindest
aber verringert werden kann. Dadurch sind die eingangs genannten
Nachteile vermieden. Insbesondere ist die Kollisionsgefahr des Greifers
mit den Lukenrändern oder
den Schiffsaufbauten vermieden. Weiterhin ist die Gefahr des Verschüttens des
Greifers minimiert, so dass auch die bisher bekannten Betriebsstörungen und
die damit einhergehenden hohen Kosten vermieden sind. Insbesondere
kann der Greifer nun auch punktgenau abgesetzt werden. Dadurch,
dass mit Hilfe eines Sensorsystems die Pendelbewegung des Greifers
erfasst wird und dadurch dass durch eine entsprechende automatische
Ansteuerung der aktuellen Bewegungen des Greifers die Pendelauslenkung/Pendelbewegung
verringert bzw. kompensiert wird, sind die eingangs genannten Nachteile vermieden
und entscheidende Vorteile erzielt.
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Es
gibt nun unterschiedliche Möglichkeiten die
Erfindung in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Hierfür
darf zunächst
auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche verwiesen
werden. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsbeispiele,
erläutert
anhand der nachfolgenden Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
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1 den
Entlade- bzw. Beladevorgang des Laderaumes eines Schiffes in schematischer
Darstellung von der Seite,
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2 die
erfindungsgemäße Vorrichtung
in schematischer Darstellung von der Seite dargestellt mit den wesentlichen
Komponenten des Steuersystems, und
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3 einen
am Ausleger angeordneten bzw. verfahrbaren Schlitten in schematischer
Darstellung von der Seite in einer bestimmten Ausführungsform mit
den wesentlichen hier wirkenden Seilkräften.
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Die 1 bis 3 zeigen – zumindest
teilweise – eine
Vorrichtung 1 zum Be- und/oder
Entladen eines Laderaumes 2 mit Schüttgut 3.
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In 1 sind
zunächst – ganz allgemein – die wesentlichen
mechanischen Bestandteile der Vorrichtung 1 dargestellt.
Gut zu erkennen ist hier die vzw. als Entladebrücke 1a ausgebildete
Vorrichtung 1 zum Be- und/oder Entladen des Laderaumes 2 eines
Schiffes 4 mit Schüttgut 3.
Vzw. dient die Vorrichtung 1 zum Be- und/oder Entladen
des Laderaumes 2 eines Schiffes mit Kohle, Erz oder dgl.
Die Vorrichtung 1 weist einen Greifer 5 zur Aufnahme
bzw. zur Abgabe des zu transportierenden Schüttgutes 3 auf. Die
Position des Greifers 5 relativ zum transportierenden Schüttgut 3 ist
steuerbar, wobei die Position des Greifers 5 zunächst in
vertikaler Richtung gemäß dem Pfeil
A veränderbar
ist, nämlich
der Greifer 5 einerseits heruntergelassen, andererseits
hochgezogen werden kann. Hierzu ist der Greifer 5 mit mindestens
einem Seilelement 6 verbunden, das hier schematisch angedeutet
ist. Unter dem Begriff „Seilelement" werden auch bspw.
kettenartige Elemente oder dgl. verstanden, die nicht starr sind
und eine Pendelbewegung des Greifers 5 erlauben.
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Gut
zu erkennen ist, dass die hier als Entladebrücke 1a ausgeführte Vorrichtung 1 einen – ersten – wasserseitigen
Ausleger 7 und einen – zweiten – landseitigen
Ausleger 8 aufweist. Die Ausleger 7 und 8 verlaufen
im wesentlichen horizontal und sind auf vertikal angeordneten Stützpfeilern 9 angeordnet.
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Uber
einen in der 1 nicht dargestellten, in der 2 angedeuteten
und in der 3 dargestellten Schlitten 10 (auch
als „Katze" bezeichenbar) ist
der Greifer 5 im wesentlichen in horizontaler Richtung
entlang der Ausleger 7 und 8 bewegbar. Das hier
dargestellte Seilelement 6 läuft vzw. über eine an dem Schlitten 10 angeordnete
Umlenkrolle 11 (vgl. 3). Vzw.
wird auch der Schlitten 10 über hier in der 1 nicht
dargestellte weitere Seilelemente entlang der Ausleger 7 und 8 bewegt.
Mit der Bewegung des Schlittens 10 ist daher auch der Greifer 5 – an dem
Seilelement 6 hängend – entlang
der Ausleger 7 und 8 entsprechend bewegbar. Dadurch,
dass die Stützpfeiler 9 ein
separates Fahrwerk 12 aufweisen, ist die gesamte als Entladebrücke 1a ausgebildete
Vor richtung 1 im wesentlichen parallel zur Kaimauer 13 bewegbar
und damit ebenfalls auch der Greifer 5. Denkbar ist, dass
die Vorrichtung 1 nicht nur die Laderäume 2 mobiler Fahrzeuge
(LKW's, Schiffe
etc.) be- oder entlädt,
sondern bspw. auch auf festem Untergrund stehende durch Wandungen
begrenzte Laderäume 2 („Lagerräume").
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Um
die Bewegungen des Greifers 5 zu steuern, ist nun ein in
der 1 nicht dargestelltes, aber aus der 2 ersichtliches
Steuersystem 14 vorgesehen. Die Aufnahme und/oder Abgabe
des Schüttgutes 3 durch
den Greifer 5 wird mit Hilfe eines separaten hier nicht
näher dargestellten
Schließwerkes des
Greifers 5 realisiert, das wiederum vzw. über separate
hier nicht im einzelnen dargestellte Seilelemente betätigt wird.
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Mit
Hilfe der in 1 bspw. in 2 dargestellten
Vorrichtung 1 wird nun das Schüttgut 3 aus dem Laderaum 2 entladen,
wobei der Greifer 5 in den Laderaum 2 des Schiffes 4 durch
die entsprechende Luke 15 herabgelassen wird, hier das
zu transportierende Schüttgut 3 im
geöffneten
Zustand des Greifers ergriffen wird, der Greifer 5 dann
mit Hilfe seines Schließwerkes
betätigt,
nämlich
geschlossen wird und dann über
einen entsprechenden Seiltrommelantrieb der Greifer 5 wieder
durch die Luke 15 nach oben gezogen wird. Vzw. hiernach
wird dann der Schlitten 10 entsprechend bewegt, nämlich entlang der
Ausleger 7 bzw. 8 bis zu dem Punkt, wo das Schüttgut 3 dann
abgeladen werden soll. Zugleich kann die gesamte Vorrichtung 1 entland
der Kaimauer 13 mit Hilfe des Fahrwerks 12 ebenfalls
bewegt werden. Im Ergebnis ist damit der Greifer 5 in alle
in 1 bzw. 2 dargestellten Richtungen,
also in X-, Y- und Z-Richtung entsprechend bewegbar, so dass das
zu transportierende Schüttgut 3 dann über einen
Trichter 16 auf die Förderbänder 17 bzw. 18 (dargestellt
durch Pfeil B) abgegeben werden kann oder auch auf einer Halde 19 (dargestellt
durch den Pfeil C) aufgeschüttet
wird bzw. von der Halde entnommen werden kann. Dies ist abhängig vom
jeweiligen Anwendungsfall.
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Für die Bewegung/Steuerung
des Greifers 5 in den einzelnen Richtungen, also in X-,
Y- und Z-Richtung weist die Vorrichtung 1 die entsprechenden
hier nicht im einzelnen dargestellten Komponenten/Aktuatoren auf,
also eine entspre chend angetriebene Seiltrommel zur Bewegung des
Greifers 5 in Y-Richtung, eine entsprechende Seilsteuerung,
vzw. angetriebene Seiltrommeln zur Bewegung des Schlittens 10 und
damit auch des Greifers 5 in X-Richtung entlang der Ausleger 7 bzw. 8 sowie
für die
Bewegung des Greifers 5 entlang der Kaimauer 13 in Z-Richtung
das Fahrwerk 12.
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Insbesondere über den
Schlitten 10 erfolgt zunächst eine Entkopplung der horizontalen
(zumindest in X-Richtung) und vertikalen (in Y-Richtung) Steuerung
des Greifers 5. Die entsprechenden hier nicht dargestellten
Seiltrommeln werden vzw. über Gleichstrommotoren
angetrieben. Unter dem Begriff „Schlitten" wird ein vzw. entlang des Auslegers 7 bzw. 8 bewegbares
Element verstanden. Es ist denkbar, dass der Schlitten 10 mit
Hilfe eines Schienensystems entlang der Anleger 7 und 8 geführt wird
oder aber vzw. die in 3 dargestellten Fahrrollen aufweist.
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Die
eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass die
Position des Greifers 5 sensorisch erfassbar ist, so dass
eine Pendelbewegung bzw. Pendelauslenkung des Greifers 5 ermittelbar
und durch eine entsprechende Ansteuerung die Pendelauslenkung im
wesentlichen kompensierbar und/oder verringerbar ist. Vzw. wird
also nun die aktuelle Position des Greifers 5 vzw. kontinuierlich
sensorisch erfasst, so dass eine aktuelle Pendelbewegung und/oder
Pendelauslenkung des Greifers 5 ermittelt wird und dann
durch eine entsprechende automatische Ansteuerung der einzelnen
Komponenten zur Steuerung des Greifers 5 diese Pendelbewegung bzw.
die Pendelauslenkung im wesentlichen kompensiert und/oder verringert
wird. Dadurch können nun
Kollisionen des Greifers mit dem Lukenrand der Luke 15 und
auch mit den Schiffsaufbauten eines Schiffes 4 vermieden
werden. Auch das Absetzen des Greifers 5 im Bereich des
Laderaumes 2 ist nun optimiert, insbesondere stößt der Greifer 5 hier
nicht gegen kritische Böschungen
des Schüttgutes 3,
so dass ein Verschütten
des Greifers 5 vermieden ist und kostenintensive Betriebsstörungen verhindert sind.
Im einzelnen darf nunmehr folgendes ausgeführt werden:
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2 zeigt
nun im wesentlichen die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung 1,
die vzw. als Entladebrücke 1a ausgebildet
ist. Gut zu erkennen ist hier der erste Ausleger 7, die
Stützpfeiler 9 eine
Steuerkanzel 20, das Schiff 4, der Laderaum 2,
die Luke 15 sowie der Greifer 5, der am Seilelement 6 hängt und
mit dem Schlitten 10 verbunden ist. Der Schlitten 10 ist
entlang des ersten Auslegers 7 im wesentlichen horizontal
verschiebbar, wie durch die nicht näher bezeichneten Pfeile angedeutet,
wobei über
das hier nicht im einzelnen dargestellte Fahrwerk 12 die Vorrichtung 1 entlang
der Kaimauer 13 bewegbar ist.
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Gut
ersichtlich ist weiterhin das hier schematisch dargestellte Steuersystem 14 zur
entsprechenden Steuerung des Greifers 5. Auch dargestellt
ist das Koordinatensystem, dass die Bewegungsrichtungen des Greifers 5 in
X-, Y- und Z-Richtung
darstellen soll, wobei die einzelnen Bewegungen, nämlich in
Y-Richtung über einen
entsprechenden Seilantrieb des Seilelementes 6, in X-Richtung über den Schlitten 10 und
in Z-Richtung über
die mit Hilfe des Fahrwerkes 12 motorisch bewegbare Vorrichtung 1 entlang
der Kaimauer 13 realisiert werden. Nicht im einzelnen dargestellt
ist hier das Schließwerk
des Greifers 5, das ebenfalls über hier nicht dargestellte separate
Seilelemente ansteuerbar ist, so dass die Öffnungs- und Schließbewegungen
des Greifers 5 ebenfalls mit Hilfe des Steuersystems 14 realisierbar sind.
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Zur
Erfassung der vzw. aktuellen Position des Greifers 5 in
allen seinen Pendelachsen ist nun – als bevorzugte erste Ausführungsform – ein Trägheitsnavigationssystem 21 vorgesehen.
Ein Trägheitsnavigationssystem 21 ist
auch bei schlechten Sichtverhältnissen
zur Ermittlung der Position des Greifers 5 vorteilhaft,
da schlechte Sichtverhältnisse auf
die Ermittlung der Position des Greifers 5 hier keinen
Einfluss haben. Dieses Trägheitsnavigationssystem 21 ist
an dem Greifer 5 entsprechend vzw. in einer Box direkt
angeordnet. Das Trägheitsnavigationssystem 21 weist
entsprechende Sensoren zur Ermittlung der aktuellen translatorischen
und/oder rotatorischen Beschleunigungen des Greifers 5 auf.
Die vom Trägheitsnavigationssystem 21 ermittelten
Daten werden umgehend an das Steuersystem 14 vzw. per Funk übermittelt.
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Das
Steuersystem 14 weist vzw. eine dargestellte Auswerteeinheit 14a und/oder
eine Recheneinheit 14b sowie vzw, eine Speichereinheit 14c auf. Es
werden nun die vom Trägheitsnavigationssystem 21 übermittelten
Daten ausgewertet und damit die aktuelle Position des Greifers 5 ermittelt
bzw. auch eine – mögliche – aktuelle
Pendelauslenkung und/oder Pendelbewegung des Greifers 5 ermittelt bzw.
seine Bewegungsbahn berechnet.
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Ermittelt
das Trägheitsnavigationssystem 21 bzw.
die Auswerteeinheit des Steuersystems 14a eine Pendelbewegung
des Greifers 5 so kann die Pendelbewegung bzw. die Bewegungsbahn
des Greifers 5 dann über
die Auswerte- und/oder
Recheneinheit 14a, 14b des Steuersystems 14 berechnet
werden. Das Steuersystem 14 bzw. die Recheneinheit 14b berechnet
dann die kinematischen „Gegenmaßnahmen" und gibt die Steuerbefehle
an die einzelnen Aktuatoren zur Steuerung der Komponenten wie nämlich die
Bewegung des Schlittens 10, des Fahrwerkes 12 und/oder
die spezifische Höhe
des Greifers 5. Über
den vom Steuersystem 14 realisierten kinematischen Eingriff
wird automatisch nun die Pendelbewegung/Pendelauslenkung des Greifers 5 vzw.
vollständig
kompensiert, zumindest aber verringert. Hierzu steuert das Steuersystem 14 dann
die Aktuatoren, also die Seiltrommeln für den Schlitten 10,
den Motor für
das Fahrwerk 12 und/oder auch die Seiltrommel zur Einstellung
der aktuellen Höhe
des Greifers 5 automatisch an.
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Durch
die direkte Einwirkung des Steuersystems 14 nach der erfassten
Pendelbewegung des Greifers 5 kann nun mit Hilfe der Auswerte-
bzw. Recheneinheit 14a/14b des Steuersystems 14 und
mit Hilfe eines in der Speichereinheit 14c gespeicherten Computerprogramms,
das die entsprechenden physikalischen Einwirkungen sowie die tatsächlich vorgegebenen
spezifischen Geometrien und Kräfte
berücksichtigt,
die Pendelbewegung des Greifers 5 vzw. ausgeglichen werden.
Uber eine Kraftmessung am Seilelement 6 wird zusätzlich auch
das Gewicht des sich im Greifer 5 befindenden Schüttgutes 3 bestimmt
und an das Steuersystem 14 übermittelt, wie vzw. auch die
aktuelle Höhe
des Greifers 5 (über
die eingestellte Seillänge
des Seilelementes 6), so dass dem Steuersystem 14 alle
wesentlichen Parameter für
die entsprechende Berechnung und Ausführung der kinematischen Gegenmaßnahmen
zur Kompensation der Pendelbewegung vorliegen bzw. über entsprechende
Sensoren zugeführt
werden oder bekannt sind (bspw. Leergewicht des Greifers 5,
Gewicht des Seilelementes 6/Meter etc.).
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Eine
andere – weitere – Möglichkeit
zur sensorischen Erfassung der Position des Greifers 5 ist hier
zwar nicht in der 2 dargestellt, soll aber im folgenden
näher erläutert werden:
Es ist denkbar, dass im Bereich des Schlittens 10 vzw.
am Schlitten 10 an seiner Unterseite ein Bilderfassungssystem
zur direkten Messung der jeweiligen Pendelposition des Greifers 5 vorgesehen
ist. Vzw. weist das Bilderfassungssystem zwei Kameras auf, die parallel
zueinander ausgerichtet und synchron betreibbar sind. Die aktuelle
Position des Greifers 5, vzw. die Pendelauslenkung des
Greifers 5 quer und parallel zur Bewegungsrichtung des
Schlittens 10, also die Pendelauslenkung des Greifers 5 in
X- und Z-Richtung sowie auch der Torsionswinkel des Greifers ist
mit Hilfe der stereographischen Auswertung der Kamerabilder ermittelbar,
wobei die entsprechenden Daten wiederum an das Steuersystem 14 übermittelt
werden können. Wenn
ein entsprechend hier beschriebenes Bilderfassungssystem zur Bestimmung
der Position des Greifers 5 benutzt wird, ist es vorteilhaft,
wenn im Bereich des Schlittens 10 zusätzlich Beleuchtungselemente
zum Ausleuchten des Pendelbereiches des Greifers 5 vorgesehen
sind und der Greifer 5 entsprechende Reflektoren aufweist.
Auch hier lassen sich nun – wie
oben beschrieben – die
Pendelbewegungen parallel und quer (X- und Z-Richtung) zur Bewegungsrichtung
des Schlittens 10 vzw. durch eine entsprechende automatische
Ansteuerung des Schlittens 10 bzw. des Fahrwerkes 12 ausgleichen.
Die entsprechenden Berechnungen erfolgen wieder mit Hilfe des Steuersystems 14.
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Eine
andere Möglichkeit
zur sensorischen Erfassung der Position des Greifers 5 kann
vzw. dadurch realisiert werden, dass an dem Greifer 5 ein
aktives Leuchtelement, vzw. ein Strahler, insbesondere eine Infrarotlampe
oder dgl. angeordnet ist. Es ist dann ein hierzu korrespondierendes
optisches System, vzw. am Ausleger 7 vorgesehen, so dass
die Position des Greifers 5 jederzeit ermittelbar ist.
Da das optische System die Position des aktiven Leuchtelementes
erfassen kann, ist diese Ausführungsform besonders
dann von Vorteil, wenn schlechte Sichtverhältnisse gegeben sind, insbesondere
Nebel, Schnee oder dgl. die Sicht beeinträchtigen oder auch eine entsprechende „Staubwolkenbildung" beim Entladevorgang
aufgrund eines entsprechenden spezifischen Schüttgutes 3 entsteht.
Mit Hilfe eines derartigen optischen Systems und eines aktiven Leuchtelementes
kann dann die aktuelle Position des Greifers 5 erfasst
und kontinu ierlich überwacht
werden sowie eine Pendelauslenkung des Greifers 5 mit Hilfe
des Steuersystems 14 verringert bzw. kompensiert werden.
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Bei
einer anderen Alternative ist denkbar, dass der Greifer 5 einen
Funksender, insbesondere einen Radio- und/oder Mikrowellensender
aufweist, so dass die Position des Greifers 5 wiederum
durch ein entsprechend vorgesehenes Ortungssystem jederzeit erfasst
werden kann. Auch diese Alternative eignet sich vzw. bei schlechten
Sichtverhältnissen – wie oben
erläutert
-, um nach Auswertung der Daten mit Hilfe des Steuersystems 14 eine
Pendelauslenkung des Greifers 5 zu verringern oder zu kompensieren.
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Eine
weitere Möglichkeit
einer sensorischen Erfassung der Position des Greifers 5 ist
in 3 dargestellt. 3 zeigt
den Schlitten 10, die Umlenkrolle 11 für das Seilelement 6 zum
Heben und Senken des Greifers 5 sowie die Seilelemente 22 und 23 (Führungsseile)
zum Bewegen des Schlittens 10 entlang des Auslegers 7.
Bei einer hier dargestellten Pendelauslenkung des Greifers 5,
dargestellt durch den Winkel φ,
entsteht im Bereich des Schlittens 10 eine entsprechende
resultierende Kraft FRes. Die horizontale
Komponente dieser Kraft ist Fhorizontal,
wobei die Seillast des Seilelementes 6 hier mit Flast angegeben ist. Die horizontale Komponente
der resultierenden Kraft FRes, also der
horizontale Anteil Fhorizontal muss von
den Führungsseilen
des Schlittens 10 aufgebracht werden. Für den Fall, dass der Schlitten 10 unbeschleunigt
ist gilt: Fhorizontal = FSee – FLand. Da die Seillast des Seilelementes 6 FLast. bereits gemessen worden ist und dem
Steuersystem 14 zur Verfügung steht, werden nunmehr
zusätzlich
die entsprechenden Kräfte
an den Seilelementen 22 und 23 des Schlittens 10 vzw.
mit Kraftdosen ermittelt. In dem in 3 dargestellten
Fall ist eine Messung der Pendelauslenkung des Greifers 5 nun
zumindest in Bewegungsrichtung des Schlittens 10 (X-Richtung)
möglich,
insbesondere weil ja auch die Seillänge des Seilelementes 6 bzw.
der jeweilige Drehwinkel der Seiltrommel und damit die spezifische
Höhe des
Greifers 5 bekannt ist. Um auch eine Auslenkung in Richtung der
Kaimauer 13, also in Z-Richtung messen zu können sowie
mögliche
Torsionswinkel des Greifers 5 messen zu können, kann
das Lager der Umlenkrolle 11 mit einem Momentensensor ausgerüstet werden.
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Bei
dem dann in 3 dargestellten Anwendungsfall
kann auch mit der entsprechenden Kraftmessung der Seilelemente 6, 22 bzw. 23 bzw.
der entsprechenden Momentmessung an der Umlenkrolle 11 auf
eine entsprechende Pendelauslenkung und/oder Pendelbewegung des
Greifers 5 rückgeschlossen,
nämlich
mit Hilfe einer Auswerteeinheit/Recheneinheit 14a, 14b des
Steuersystems 14 diese berechnet werden. Die am Schlitten 10 angreifenden
Seilkräfte
werden über
Kraftsensoren ermittelt, wobei zusätzlich vzw. an den hier erforderlichen Umlenkrollen
der Seilelemente Momentsensoren angeordnet sind, so dass die Pendelauslenkung
des Greifers 5 im Ergebnis mit Hilfe der ermittelten Werte und
der Auswerteeinheit/Recheneinheit 14a, 14b des Steuersystems 14 ermittelt
werden kann. Über
das im Steuersystem 14 abgespeicherte entsprechende Programm,
kann dann mit Hilfe der Steuerbefehle bzw. Ansteuerung der einzelnen
Aktuatoren, wie oben beschrieben, wiederum die Pendelauslenkung des
Greifers 5 kompensiert bzw. verringert werden, nämlich über eine
entsprechende automatische Ansteuerung des Schlittens 10,
des Fahrwerks 12 und/oder der Veränderung der Höhe des Greifers 5.
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Weiterhin
kann die Vorrichtung 1 in vorteilhafter Weise nun zusätzlich so
ausgebildet sein, so dass nämlich
auch noch die genaue Position des Schiffes 2 und/oder der
Luke 15 bzw. der Lukenränder
ebenfalls noch sensorisch erfassbar ist. Dies wird vzw. über ein
weiteres Bilderfassungssystem, vzw. über einen Laserscanner 24 realisiert,
der insbesondere als 3D-Laserscanner ausgebildet ist.
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Im
bevorzugten Fall ist der Laserscanner 24 an dem ersten
Ausleger 7 über
dem Bereich der Luke 15 angeordnet. Vzw. ist mit Hilfe
des Laserscanner 24 dann die genaue Position des Schiffes 2 und
der Luke 15 sensorisch erfassbar. Dies hat zunächst den Vorteil,
dass ein „Notstop" durchgeführt werden
kann, wenn nämlich
die Auswerteeinheit 14a des Steuersystem 14 ermittelt,
dass eine aktuelle Pendelbewegung des Greifers 5 im weiteren
Betrieb zu einer Kollision mit dem Lukenrand der Luke 15 oder
mit einem Schiffsaufbau des Schiffes 4 führen würde. Die
Auswerteeinheit 14a bzw. Recheneinheit 14b ermittelt dies
aus den vom Laserscanner 14 bzw. von der sensorischen Erfassung
der Position des Greifers 5 übermittelten Daten.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird zusätzlich mit
dem Laserscanner 24 die aktuelle Verteilung der Ladung,
also des Schüttgutes 3 innerhalb
des Laderaumes 2 gescannt. Dies hat den Vorteil, dass der
Böschungswinkel
des im Laderaum 2 lagernden Schüttgutes 3 ermittelbar
ist und auch wieder im Zusammenhang mit der ermittelten Pendelauslenkung
des Greifers 5 bzw. deren Kompensation eine Kollision des
Greifers 5 mit einer Böschung
des Schüttgutes 3 vermieden
werden kann, so dass ein Verschütten
des Greifers 5 vermieden ist.
-
Mit
den hier dargestellten Komponenten des Steuersystems 14 ist
nun ein automatisches Verfahren zur Verringerung und/oder Kompensierung
der Pendelauslenkung des Greifers 5 realisierbar. Hierzu wird
die Position des Greifers 5 vzw. kontinuierlich sensorisch
erfasst, so dass eine Pendelbewegung des Greifers 5 ermittelt
wird und dann durch eine automatische Ansteuerung des Greifers 5 bzw.
der einzelnen Aktuatoren (Schlitten 10, Fahrwerk 12 etc.) diese
Pendelbewegung im wesentlichen kompensiert und/oder verringert wird.
Hierzu wird vzw. die aktuelle Bewegung des Schlittens 10 entsprechend
gesteuert, die diese auf den Greifer 5 über das Seilelement 6 im
wesentlichen parallel zur jeweiligen Bewegungsrichtung des Schlittens 10 überträgt (X-Richtung). Zusätzlich kann
aber auch über
das Fahrwerk 12 der Vorrichtung 1 ein Kompensationsausgleich
in Z-Richtung erfolgen, also das Fahrwerk 12 über das
Steuersystem 14 entsprechend zur Kompensation der Pendelbewegung
des Greifers 5 angesteuert werden. Schließlich ist
denkbar, dass die aktuelle spezifische Höhe des Greifers 5 (in
Y-Richtung) verändert
wird, insbesondere auch die aktuelle Ladung des Greifers 5 mit
Schüttgut 3 über eine
entsprechende Kraftmessung am Seilelement 6 ermittelt wird
und über
eine entsprechende aktuelle Höhenverstellung
des Greifers 5 die Pendelbewegung verringert bzw. kompensiert
wird. Hierzu werden die einzelnen Kompenenten über das Steuersystem 14 angesteuert.
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Für die sensorische
Erfassung der aktuellen Position des Greifers 5 sind mehrere
Möglichkeiten denkbar.
Zum einen kann ein Trägheitsnavigationssystem 21 vorgesehen
werden, dass die translatorischen und/oder rotatorischen Beschleunigungen
des Greifers 5 mit Hilfe der Sensoren des Trägheitsnavigationssystem 21 ermittelt,
wobei die ermittelten Daten an das Steuersystem 14 übertragen werden.
Hier werden mit Hilfe einer Auswerteeinheit 14a diese Daten
ausgewertet und die aktuelle Position des Greifers 5 bzw.
dessen Bewegungsbahn berechnet, so das basierend hierauf dann über die
entsprechende Ansteuerung des Fahrwerks 12, des Schlittens 10 und/oder
der Höhe
des Greifers 5 dann die Kompensation oder Verringerung
der Pendelbewegung erfolgen kann.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Erfassung der aktuellen Position des Greifers 5 ist über ein
Bilderfassungssystems mit zwei parallel zueinander und synchron
ausgerichteten Kameras. Auch die hier ermittelten Daten können stereographisch
ausgewertet werden und werden dem Steuersystem 14 zur Verfügung gestellt,
so dass über
die Auswerteeinheit 14a bzw. Recheneinheit 14b hier
wieder die Pendelauslenkung des Greifers 5 ermittelt werden
kann und die kinematischen Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
-
Schließlich können die
am Schlitten 10 angreifenden Seilkräfte, über entsprechende Kraftsensoren
ermittelt werden, so dass die Pendelauslenkung des Greifers 5 zumindest
in der Bewegungsrichtung des Schlittens 10 ermittelt werden
kann. Zusätzlich
können
durch an den Umlenkrollen 11 der Seilelemente 6 des
Schlittens 10 angeordnete Sensoren auch die Drehmomente
gemessen werden.
-
Zwar
ist auch denkbar, dass die Ladungsverteilung des Schüttgutes 3 innerhalb
des Laderaumes durch das Herablassen des Greifers 5 an
unterschiedlichen Stellen innerhalb des Bereiches der Luke 15 taktil
ermittelt und in der Speichereinheit 14c des Steuersystems 14 abgespeichert
wird, vzw. wird aber zur Ermittlung der Verteilung des Schüttgutes 3 ein
entsprechender Laserscanner 24 eingesetzt.
-
Über das
Zusammenwirken der verschiedenen Komponenten werden entscheidende
Vorteile erzielt, insbesondere die Betriebskosten verringert und
Kollisionen des Greifers vermieden. Insbesondere sind auch bevorzugte
Alternativen und Möglichkeiten
beschrieben, bei schlechten Sichtverhältnissen, also bei Nebel, Schnee,
Regen sowie einer „Staubwolkenbildung" (bei dem Entladen
spezifischen Schüttgutes 3),
die aktuelle Position des Greifers 5 jederzeit zu ermitteln,
so dass vzw. der Entladevorgang auch durch schlechte Sichtverhältnisse
nicht beeinträchtigt
ist, wodurch entscheidende Kosteneinsparungen bei den Betriebskosten
realisierbar sind.
-
- 1
- Vorrichtung
- 1a
- Entladebrücke
- 2
- Laderaum
- 3
- Schüttgut
- 4
- Schiff
- 5
- Greifer
- 6
- Seilelement
- 7
- erster
Ausleger
- 8
- zweiter
Ausleger
- 9
- Stützpfeiler
- 10
- Schlitten
- 11
- Umlenkrolle
- 12
- Fahrwerk
- 13
- Kaimauer
- 14
- Steuersystem
- 14a
- Auswerteeinheit
- 14b
- Recheneinheit
- 14c
- Speichereinheit
- 15
- Luke
- 16
- Trichter
- 17
- Förderband
- 18
- Förderband
- 19
- Halde
- 20
- Steuerkanzel
- 21
- Trägheitsnavigationssystem
- 22
- Seilelemente
- 23
- Seilelemente
- 24
- Laserscanner
- A
- Pfeil
- B
- Pfeil
- C
- Pfeil