EP1153876B1

EP1153876B1 - Method for protecting a mobile crane against an overload

Info

Publication number: EP1153876B1
Application number: EP01110674A
Authority: EP
Inventors: Josef Kaspar Schmid
Original assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-05-02
Also published as: US20020013666A1; EP1153876A2; DE10023418A1; JP2002003176A; DE50111435D1; EP1153876A3; ATE345308T1; US6587795B2; JP5049430B2; ES2275580T3

Abstract

Method involves placing component-specific geometric data in memory, selecting desired equipment state, compiling a physical simulation model from selected data in a control computer, entering real measurement data from force and position sensors on crane, computing the geometric data, center of gravity data and forces then switch-off value and switching the crane off if the threshold is reached.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überlastsicherung eines mobilen Kranes. Gesetzliche Bestimmungen fordern für alle mobilen Krane Überlastsicherungen. Entsprechend der für die europäische Gemeinschaft geltenden EN 13000 wird beispielsweise eine Überlastsicherung für mobile Krane gefordert, deren Tragfähigkeit größer als 1.000 Kilogramm oder deren Lastmoment größer als 40.000 Nm ist. Mobile Krane sind beispielsweise Fahrzeugkrane, Hafenmobilkrane, Raupenkrane, etc.The invention relates to a method for overload protection of a mobile crane. Legal regulations require overload protection for all mobile cranes. For example, according to the EN 13000, which applies to the European Community, an overload protection is required for mobile cranes whose load capacity is greater than 1,000 kilograms or whose load torque is greater than 40,000 Nm. Mobile cranes include, for example, mobile cranes, mobile harbor cranes, crawler cranes, etc.

Aus DE-A-34 20 596 ist dabei ein Verfahren zur Überlastsicherung eines Kranes mit folgenden Schritten bekannt:

Auswählen des gewünschten Rüstzustandes in einer Auswahlvorrichtung;
Eingabe von realen Meßdaten von kranseitigen Kraft- und Positionssensoren;
Ermittlung von Abschaltwerten;
ggf. Abschalten des Kranes bei Erreichen der Abschaltwerte.

From DE-A-34 20 596 a method for overload protection of a crane with the following steps is known:

Selecting the desired setup state in a selection device;
Input of real measurement data from crane-side force and position sensors;
Determination of shutdown values;
If necessary, switch off the crane when the shutdown values are reached.

Es ist bereits bekannt, die für die Überlastsicherung notwendigen Abschaltkurven für alle möglichen Rüstzustände des jeweiligen Mobilkranes vorzuberechnen und im Speicher der Überlastsicherung abzulegen. Die Abschaltkurven werden dabei durch eine Anzahl von Punkten dargestellt, die berechnet wurden. Zwischen diesen Punkten wird im Betrieb interpoliert.It is already known to precalculate the necessary for the overload protection shutdown curves for all possible setup states of each mobile crane and store in the memory of the overload protection. The shutdown curves are represented by a number of points that have been calculated. Between these points is interpolated during operation.

Da die abgelegten Kurven viel Speicherplatz benötigen, wird zur Einsparung von Speicherplatz häufig auch zwischen verschiedenen Lastkurven interpoliert. Die Kurve, die dabei entsteht, entspricht aber nicht mehr genau den Ergebnissen, die bei einer Berechnung mit den durch die Vorschriften vorgegebenen Berechnungsmethoden erhalten würden. Wird der Kran nun so betrieben, daß im Vergleich zu normgerecht berechneten Abschaltkurven, die entsprechenden Werte überschritten werden, führt dies zu einem relativen Verlust an Sicherheit. Werden die realen Abschattkurven bei dieser Interpolation unterschritten, wird der Mobilkran dagegen nicht optimal ausgenutzt.Since the stored curves require a lot of storage space, to save space it is often interpolated between different load curves. The resulting curve, however, does not exactly match the results that would be obtained in a calculation using the calculation methods prescribed by the rules. If the crane is now operated in such a way that the corresponding values are exceeded in comparison with standard-calculated shut-off curves, this leads to a relative loss of safety. On the other hand, if the real shading curves are undercut during this interpolation, the mobile crane is not optimally utilized.

Für die Berechnung und Anzeige von Lastausladung und beispielsweise Kranhöhe werden meist vorberechnete Geometriedaten für jeden Rüstzustand gespeichert. Hier wird beispielsweise ein kompletter Ausleger vereinfacht durch einen Vektor beschrieben. Mittels dieser für die komplette Zurüstung gespeicherten Daten wird dann mittels der Trigonometrie und den Daten von Positionssensoren die aktuelle Ausladung und andere für den Geräteführer wichtige Informationen berechnet. Von dieser Verfahrensführung versprach man sich, daß möglichst wenig Berechnungen durchgeführt werden müssen.For the calculation and display of load projection and, for example, crane height, precalculated geometry data are usually stored for each setup state. Here, for example, a complete cantilever simplified by a vector is described. By means of this data stored for the complete equipping, the trigonometry and the data from position sensors are used to calculate the current projection and other information important to the device operator. From this procedure, it was promised that as little as possible calculations must be performed.

Soweit ein Mobilkran nur wenig unterschiedliche Rüstzustände aufweist, ist das bekannte Verfahren, das sich der gespeicherten Kurven bedient, vergleichsweise problemlos anwendbar. Nachteilig ist es hier immerhin, daß am Prüfstand des Mobilkranherstellers das Verhalten des Kranes (Stichwort: Auslegereigengewicht) jeweils für jeden Kran justiert werden muß, da die Bauteilegewichte in der Regel nicht in der Genauigkeit vorliegen, die für die Berechnung der Überlastsicherung notwendig ist.As far as a mobile crane has only a few different setup states, the known method, which uses the stored curves, comparatively easily applicable. The disadvantage here, after all, that the behavior of the crane (keyword: Auslegereigengewicht) must be adjusted for each crane on the test bench of the mobile crane manufacturer, since the component weights are usually not available in the accuracy that is necessary for the calculation of the overload protection.

Speziell bei Raupenkranen besteht im Unterschied zu anderen Krantypen die Notwendigkeit, eine sehr hohe Anzahl von möglichen Rüstzuständen bereit zu halten. Bei großen Kranen können hier alternativ mehrere 10.000 Rüstzustände erreicht werden. Bei dem Liebherr-Raupenkran LR 1250 ergeben sich mehr als 20.000 Rüstzustände. Aus dieser Vielzahl unterschiedlicher Kombinatinsmöglichkeiten ist es ersichtlich, daß der Speicher für die Lastkurven im Kran relativ groß wird und unter Umständen beim Hinzufügen eines einzigen neuen Rüstkriteriums verdoppelt werden muß.Especially with crawler cranes, unlike other crane types, there is a need to have a very high number of possible setup states ready. In the case of large cranes, it is possible alternatively to achieve several 10,000 setup states. The Liebherr crawler crane LR 1250 has more than 20,000 set-up conditions. From this variety of Kombinatinsmöglichkeiten it is apparent that the memory for the load curves in the crane is relatively large and may need to be doubled when adding a single new set-up criterion.

Um diesem Problem Herr zu werden, haben einige Hersteller Beschränkungen in der Kombinationsmöglichkeit der Kranbauteile eingeführt. Das führt zu einer nicht gewünschten verminderten Flexibilität des Kranes.To cope with this problem, some manufacturers have introduced limitations in the possibility of combining the crane components. This leads to unwanted reduced flexibility of the crane.

Wird bei der Ausrüstung des Kranes ein Bauteil geändert, so besteht bei dem bekannten Verfahren der Nachteil, daß alle Lastkurven neu gerechnet werden müssen, was zu einer häufig mehrwöchigen Neuberechnung führt. Dasselbe gilt für den Fall, daß der Kranbetreiber einen Rüstzustand benötigt, der ursprünglich nicht vorgesehen war. Auch bei der Entwicklung von Mobilkranen, d.h. beim Bau von Prototypen, bei dem die Bauteilegewichte im einzelnen noch nicht so genau bekannt sind, ergeben sich Probleme bei den herkömmlichen Berechnungsverfahren.If a component is changed in the equipment of the crane, so there is in the known method has the disadvantage that all load curves must be recalculated, resulting in a recalculation often several weeks. The same applies in the event that the crane operator needs a set-up condition that was not originally intended. Also in the development of mobile cranes, i. When constructing prototypes in which the component weights are not yet known in detail, problems arise in the conventional calculation methods.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überlastsicherung eines mobilen Kranes, insbesondere eines Raupenkranes, zu schaffen, mit dem auch bei einer Vielzahl von möglichen Rüstzuständen die jeweils aktuellen Abschaltwerte schnell und genau ermittelbar sind.The invention is based on the object of providing a method for overload protection of a mobile crane, in particular a crawler crane, with which the respective current switch-off values can be determined quickly and accurately even with a large number of possible setup states.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Überlastsicherung eines mobilen Kranes nach der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention this object is achieved by a method for overload protection of a mobile crane according to the feature combination of claim 1.

Entgegen dem Stand der Technik werden in dem dem Steuerechner des Kranes zugeordneten Speicher keine Kipplastkurven mehr abgelegt, sonder Geometriedateien mit den physikalischen Eigenschaften der Bauteile des Kranes. Bei entsprechender Auswahl des gewünschten Rüstzustandes in einer Auswahlvorrichtung werden dann die entsprechenden Geometriedaten, die dem Rüstzustand entsprechen, in einem physikalischen Simulationsmodell im Steuerrechner zusammengestellt. Es werden nun die realen Meßdaten von kranseitigen Kraft- und Positionssensoren ermittelt und hieraus werden auf dem Steuerrechner die geometrischen Daten, Schwerpunktsdaten und -kräfte und anschließend die Abschaltwerte ermittelt. Bei Betrieb des Kranes wird dieser dann ggf. bei Erreichen eines Abschaltwertes abgeschaltet.Contrary to the state of the art, no tilting load curves are stored in the memory assigned to the control computer of the crane, but geometry files with the physical properties of the components of the crane. With a corresponding selection of the desired setup state in a selection device, the corresponding geometry data corresponding to the setup state is then compiled in a physical simulation model in the control computer. Now, the real measurement data are determined by crane-side force and position sensors and from this, the geometric data, center of gravity data and forces and then the shutdown values are determined on the control computer. If the crane is operated, it will be switched off when the shutdown value is reached.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.Preferred embodiments of the invention will become apparent from the subsequent claims to the main claim.

So werden in einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel im Speicher die bauteilebezogenen Geometriedaten für jeden Bauteiletyp der Kranbauteile in zugeordneten Geometriedateien abgelegt. Es wird also nicht mehr ein kompletter Ausleger erfaßt, sondern die Daten der Auslegerzwischenstücke und der anderen Bauteiletypen werden in ihnen jeweils zugeordneten Geometriedateien abgelegt. Dabei ist je eine Geometriedatei pro Bauteiletyp erforderlich. In einer entsprechenden Krankonfigurationsdatei ist parallel die Anleitung abgelegt, entsprechend der die Kranbauteile miteinander kombiniert werden können. Hier werden die unterschiedlichen Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Bauteiletypen zu kompletten Auslegern oder Zurüstteilen erfaßt.Thus, in a first preferred embodiment, the component-related geometry data for each component type of the crane components are stored in associated geometry files in the memory. It is therefore no longer a complete boom detected, but the data of the boom intermediate pieces and the other types of components are stored in each assigned geometry files. One geometry file per component type is required. In a corresponding crane configuration file, the instructions are laid out in parallel according to which the crane components can be combined with each other. Here, the different combination options of the individual component types to complete cantilevers or accessories are detected.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in der Krankonfigurationsdatei auch eine Vorwahlmöglichkeit für die Berechnung der Abschaltwerte eingegeben. Bei diesen Vorwahlmöglichkeiten handelt es sich beispielsweise um eine Berechnungsvorschrift für zulässige Traglasten gemäß der nationalen Gesetzgebung. So unterscheiden sich die zulässigen Traglasten in den USA beispielsweise von denjenigen in Europa (entsprechend der Norm EN 13000). Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Ablage der entsprechenden Berechnungsvorschrift kann das Ergebnis modular durch Zugriff auf die jeweiligen im Speicher abgelegten Daten zusammengesetzt werden. Nach dem Stand der Technik war man noch gezwungen, für jede unterschiedliche Berechnungsvorschrift, d.h. beispielsweise jede unterschiedliche gesetzliche Vorschrift, einen neuen kompletten Satz von Traglastkurven zu berechnen und in dem entsprechenden mobilen Kran abzulegen.According to another preferred embodiment of the invention, a preselection option for the calculation of the switch-off values is also entered in the crane configuration file. These pre-selection options are, for example, a calculation rule for permissible loads in accordance with national legislation. For example, the allowable payloads in the US are different from those in Europe (according to the EN 13000 standard). Due to the method according to the invention and the filing of the corresponding calculation rule, the result can be combined modularly by accessing the respective data stored in the memory. According to the prior art, it was still necessary for each different calculation rule, i. For example, each different legal requirement to calculate a new complete set of load curves and store in the appropriate mobile crane.

Vorteilhaft werden die im Steuerrechner berechneten Werte in einer Anzeige einer Anzeigevorrichtung wiedergegeben. Bei dem vorliegenden Verfahren kann in dieser Anzeigevorrichtung dabei nicht nur die zulässige Traglast und die entsprechende Grenzkurve, sondern gleichzeitig quasi als "Abfallprodukt" des Simulationsmodells die Ist-Last, die Ausladung, die Kranhöhe etc. Angezeigt werden.Advantageously, the values calculated in the control computer are reproduced in a display of a display device. In the present method, not only the permissible load and the corresponding Limit curve, but at the same time as a "waste product" of the simulation model, the actual load, the radius, the crane height, etc. are displayed.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Rüstinformationen dem Geräteführer in der Auswahlvorrichtung auf einer Anzeigevorrichtung wiedergegeben werden. Hier kann er sich also auf dem Bildschirm den Kran mit der Zurüstung zusammenstellen wie er auch in der Realität zusammengebaut ist.A further advantageous embodiment of the invention is that the setup information to the device operator in the selection device are displayed on a display device. Here he can put together on the screen the crane with the equipment as it is also assembled in reality.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschema einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Überlastsicherung.Further details and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. The single FIGURE shows a block diagram of a variant of the overload protection according to the invention.

In dem Speicher 10 werden in den Geometriedateien 12 für jeden Bauteiletyp des Kranes, d.h. insbesondere der Bauteiletyp der Zurüstung des Kranes, die Geometriedaten abgelegt. In der Konfigurationsdatei 14 wird dann zum einen die Anleitung über die Art und Weise abgelegt, wie die Kranbauteile miteinander kombiniert werden können. Die Krankonfigurationsdatei 14 enthält im hier dargestellten Ausführungsbeispiel auch Vorwahlmöglichkeiten, die die Berechnung der Abschaltwerte beeinflussen. So kann hier die Berechnungsvorschrift für zulässige Traglasten alternativ für die USA bzw. für Europa eingegeben werden. Bei Auslieferung des entsprechenden Kranes in die USA muß dann nur die entsprechende Berechnungsvorschrift bei der späteren Berechnung abgerufen werden.In the memory 10, in the geometry files 12, for each type of component of the crane, i. in particular, the type of component of the equipment of the crane, the geometry data stored. In the configuration file 14 then the instructions on the way how the crane components can be combined with each other is stored. In the exemplary embodiment illustrated here, the crane configuration file 14 also contains preselection options which influence the calculation of the disconnection values. Thus, the calculation rule for permissible loads can alternatively be entered here for the USA or for Europe. When the corresponding crane is delivered to the USA, only the corresponding calculation rule has to be called up for later calculation.

In einer Auswahlvorrichtung 16 werden dann die gewünschten Rüstzustände vom Geräteführer zusammengestellt. Hierzu dient ein hier nicht näher dargestellter Bildschirm, auf dem der Kranführer mit einer entsprechenden Manipulationseinrichtung, die ebenfalls nicht dargestellt ist, den Kran zusammenbauen, wie er der Realität entspricht.In a selection device 16, the desired setup states are then compiled by the device operator. This purpose is served here a screen not shown, on which the crane operator with a corresponding manipulation device, which is also not shown, assemble the crane, as he corresponds to reality.

Nach Beendigen der Eingabe der Rüstinformationen wird im Steuerrechner 18 mit Hilfe der physikalischen Werte, die aus den Geometriedateien 12 zur Verfügung gestellt wird und unter Berücksichtigung der Werte der Konfigurationsdatei 14 ein Simulationsmodell des Kranes im Speicher des Steuerrechners aufgebaut. Über die Sensoren des Kranes 20, beispielsweis Winkelsensoren oder Kraftsensoren, wird dann das Simulationsmodell so online, d.h. in Echtzeit, berechnet, daß es mit der aktuellen physikalischen Wirklichkeit des Kranes übereinstimmt. Damit werden sämtliche Koordinaten und Kräfte und insbesondere die Schwerpunktslagen der Bauteile berechnet. Gleichzeitig werden die Ist-Last, Ausladung, Kranhöhe etc. des Kranes mitberechnet und ausgegeben. Wie bei 22 gezeigt, werden aus den berechneten Daten weiterhin die Abschaltwerte der Überlastsicherung berechnet, entsprechend denen der Kran in sonst an sich bekannter Art und Weise gesteuert wird. Das bedeutet, daß der Kran bei Erreichen eines kritischen Wertes, d.h. eines Abschaltwertes, automatisch abgeschaltet wird. Gleichzeitig können aber auch andere wichtige Daten errechnet werden, wie beispielsweise der aktuelle Bodendruck, es kann auch erfaßt werden, ob ein kritischer Festigkeitswert eines der verwendeten Bauteile durch eine spezifisch aufgenommene Last oder ein vorübergehend auftretendes Lastmoment überschritten würde. Bei Überschreiten eines derartigen Wertes kann durch eine entsprechend vorgesehende Steuerung der Kran automatisch in eine sichere Position zurückgeführt werden.After completion of the input of the setup information, a simulation model of the crane in the memory of the control computer is set up in the control computer 18 with the aid of the physical values made available from the geometry files 12 and taking into account the values of the configuration file 14. Via the sensors of the crane 20, for example angle sensors or force sensors, the simulation model is then displayed online, i. in real time, calculated to match the current physical reality of the crane. This calculates all coordinates and forces and in particular the center of gravity of the components. At the same time, the actual load, reach, crane height, etc. of the crane are also calculated and output. As shown at 22, the cut-off values of the overload protection are further calculated from the calculated data, according to which the crane is controlled in a manner otherwise known per se. This means that upon reaching a critical value, i. E. of a cut-off value, is automatically switched off. At the same time, however, other important data can be calculated, such as the current ground pressure, it can also be detected whether a critical strength value of one of the components used would be exceeded by a specifically recorded load or a momentarily occurring load torque. If such a value is exceeded, the crane can be automatically returned to a safe position by a correspondingly provided control.

Insgesamt sind die Einsatzmöglichkeiten des mobilen Krans wesentlich verbessert und es wird bei der Kipplastberechnung nicht mehr mit interpolierten Werten gearbeitet. Der aktuell berechnete Abschaltwert entspricht zu jederzeit den in den Vorschriften festgelegten Methoden. Gleichzeitig sinkt der Aufwand bei der Änderung der Kranzurüstung beträchtlich, da in den meisten Fällen sich nur die geometrischen Eigenschaften oder das Gewicht der Kranbauteile ändert. Das heißt, daß entsprechend der erfindungsgemäßen Verfahrensweise nur eine Geometriedatei ausgetauscht werden muß und alle Rüstkonfigurationen des Krans, bei dem das geänderte Bauteil eingesetzt werden soll, sofort wieder richtig berechnet werden. Darüber hinaus können aufgrund der erfindunggemäßen Verfahrensführung gleiche Bauteile, die bei verschiedenen Krantypen eingesetzt werden, nur einmal in der Konfigurationsdatei beschrieben werden. Diese Daten können dann auch auf einen anderen Krantypen übernommen werden. Dies kommt häufig bei Raupenkränen vor.Overall, the applications of the mobile crane are significantly improved and it is no longer worked with interpolated values in the tipping load calculation. The currently calculated switch-off value corresponds at all times to the methods specified in the regulations. At the same time, the cost of changing the crane armor considerably decreases because in most cases only the geometric properties or the weight of the crane components changes. That is, according to the procedure according to the invention, only one geometry file must be replaced and all set-up configurations of the crane, in which the modified component is to be used, are immediately calculated correctly again. In addition, due to the erfindunggemäßen process control the same components that are used in different crane types, only once in the Configuration file are described. This data can then be transferred to another crane type. This often happens with caterpillar cranes.

Claims

Method for the overload protection of a mobile crane, in particular a crawler crane, with the following steps:
- filing of component-related geometric data in a memory (10);

- selection of the desired set-up state in a selection device (16);

- compilation of a physical simulation model from the selected data in a control computer (18);

- input of real measurement data from crane-side force and position sensors (20);

- calculation first of the geometric data, centre-of-gravity data and forces and subsequently of the shutdown values;

- if appropriate, shutdown of the crane when the shutdown values are reached.
Method according to Claim 1, characterized in that the component-related geometric data are filed in the memory (10) for each component type of the crane components in assigned geometric data files (12), and in that the instructions on the type of combination of the individual crane components with one another are filed in a crane configuration file (14).
Method according to Claim 2, characterized in that preselection possibilities for the calculation of the shutdown values are input in the crane configuration file (14).
Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the values calculated in the control computer (18) are reproduced in a display of an indicator device (24).
Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the set-up information in the selection device (16) is reproduced on an indicator device.