EP2135834B1

EP2135834B1 - Kran, vorzugsweise Mobil- oder Raupenkran

Info

Publication number: EP2135834B1
Application number: EP09004392.8A
Authority: EP
Inventors: Erwin Morath
Original assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: DE202008008174U1; EP2135834A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kran, vorzugsweise Mobil- oder Raupenkran, mit einer Reihe von beweglichen Kranbauteilen, wie beispielsweise einem Hauptausleger, Abspann-böcken, einer Hakenflasche und weiteren beweglichen Elementen.
Für den Kranbetrieb ist es grundsätzlich wichtig, die genaue Position der beweglichen Bauteile und Elemente zu kennen. Bewegliche Kranbauteile können beispielsweise folgende Elemente sein: der Hauptausleger, der Spitzenausleger, der Derrickausleger, die Abspannböcke und Abspannstangen, der Derrickballast sowie die Hakenflasche, an der die Last aufgenommen ist. Diese Aufzählung ist selbstverständlich nur beispielhaft. Die Positionsbestimmung der beweglichen Bauteile dient in erster Linie dazu, die Ausladung der Last festzustellen. Bei der Ausladung der Last handelt es sich um eine wesentliche Größe der Überlastsicherung. Bei konventionellen Kranen werden die jeweiligen Positionen der beweglichen Bauteile aus vorhandenen geometrischen Daten, wie beispielsweise die Bauteillänge, und aus Geometriewerten, die über Sensoren ermittelt werden, errechnet. Im Fall eines Mobilkrans kann als Beispiel der Ausschubzustand der Teleskopschüsse des Hauptauslegers und der Wippwinkel des Hauptauslegers dienen. Bei einer Reihe von Krankonfigurationen kann hieraus die Ausladung berechnet werden. Die jeweiligen Daten werden von den vorhandenen Sensoren an eine Kransteuerung weitergegeben und dort verarbeitet. So wird hier beispielsweise errechnet, welche Last bei einer bestimmten Ausladung aufgenommen werden kann.
Aus der EP 0 921 093 B1 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, ein System zur Messung des Kippwinkels eines Kranes über einen berührungslosen Entfernungsmesser zu realisieren, der an der Nasensektion eines ersten Auslegers befestigt ist und den Abstand zu einem zweiten Ausleger mißt, der schwenkbar mit dem ersten Ausleger verbunden ist. Die berührungslose Entfernungsmeßeinrichtung erfaßt den Abstand zwischen den beiden Auslegern und gibt diesen an eine Steuereinrichtung weiter, die den gemessenen Abstand in den Kippwinkel umwandelt.
Die vorgenannten Verfahren haben alle gemein, dass sie zur Positionsbestimmung die vorhandenen Geometriedaten der Bauteile als Berechnungsgrundlage verwenden. Im realen Betrieb weichen die vorhandenen Geometriedaten der Bauteile von den theoretischen Geometriedaten ab. Hierbei handelt es sich - insbesondere bei großen Kranen - nicht nur um zu vernachlässigende Ungenauigkeiten die nicht zu berücksichtigen sind. Die Bauteile sind im Kranbetrieb nämlich nur schwer und unzureichend feststellbaren Verformungen unterworden, die zu teilweise beträchtlichen Abweichungen der idealen Geometriedaten führen können. Diese Verformungen begründen somit die Unsicherheiten der Meß- und Rechenergebnisse. Um derartige Verformungsunsicherheiten zu kompensieren, wurde es bereits vorgeschlagen, mehrere Neigungsmesser an einem Ausleger einzusetzen, wie dies beispielhaft in der Figur 2 gezeigt ist. Die Figur 2 stellt mit den gestrichelten Linien dar, wie die verschiedenen Bauteile in der Realität verformt werden können.
Dokument P 2006 219 246 A offenbart ein Kran der die Position einer Auslegespitze mittels eines GPS-System erfasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Kran an die Hand zu geben, der die genaue Positionsbestimmung der unterschiedlichen Bauteile bzw. Elemente des Kranes im Betrieb erlaubt, wobei die realen Verformungen der Bauteile vollständig berücksichtigt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach wird ein Kran mit einem Ausleger mit einer Steuerung und mit Mitteln zur Ermittlung der Stellung der unterschiedlichen Kranbauteile zur Verfügung gestellt, bei dem diese Mittel zur Ermittlung der Stellung aus Empfängern eines satellitengestützten Systems zur weltweiten Positionsbestimmung bestehen. Jeder dieser Empfänger erhält über das satellitengestützte System seine exakte Position, die an die Kransteuerung weitergegeben werden kann und dort zur exakten Positionsbestimmung verwendet werden kann. Damit können der Steuerung die Endlagen von dem beweglichen Kranbauteil genau angegeben werden. Diese Positionsangaben sind nun vollständig unabhängig von eventuellen Durchbiegungen oder anderen Verformungen der beweglichen Kranbauteile bzw. Elemente.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den Empfängern des satellitengestützten Systems zur weltweiten Positionsbestimmung um Empfänger für das weltweit verbreitete GPS-System. Durch diese GPS-Empfänger kann die Position der jeweiligen beweglichen Kranbauteile exakt bestimmt werden. Eine Steuerung kann aus den jeweiligen Signalen der GPS-Empfänger Abstände berechnen. Falls absolute und unverfälschte Signale geliefert werden, können diese direkt von der Steuerung verarbeitet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an dem Kran ein Referenzempfänger angeordnet ist, zu dem die Werte der übrigen Empfänger in Relation gesetzt werden können. Hierdurch können real auftretende Ungenauigkeiten und Verfälschungen aufgrund der Bezugnahme auf den Referenzempfänger ausgeglichen werden. Liefern nun alle GPS-Empfänger ihre Daten an die Steuerung, so kann über die Differenzrechnung zwischen dem Referenzempfänger und den jeweiligen Empfängern an den beweglichen Bauteilen bzw. Elementen die real aufgebrachten Positionsungenauigkeiten wieder herausgefiltert werden. So können auch wechselnde Ungenauigkeiten herausgefiltert werden, da die Empfangszeit jedes Empfängers exakt bekannt ist.
Zur Vereinfachung der Berechnung ist der Referenzempfänger in der Nähe der Drehachse des Krans, vorzugsweise in der Nähe der Drehachse des Oberwagens des Mobilkranes, angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die von den Empfängern stammenden Werte kabellos an die Steuerung übertragbar sind. Es ist aber ebenso möglich, alle Empfänger über Kabel, insbesondere ein Bussystem, zu verbinden.
Vorteilhaft werden von den GPS-Empfängern alle Arten von Bewegungen erfaßt. So ist es unerheblich, aufgrund welcher Bewegung sich die Ausladung verändert. Beispiele für solche Bewegungen sind

das Teleskopieren eines Auslegers,
das Wippen eines Auslegers und/oder
das Verändern der Durchbiegung eines Auslegers, beispielsweise wegen der Aufnahme bzw. dem Absetzen einer Last.

Durch Anbringen eines GPS-Empfängers an der Last kann auch die Position der Last selbst bestimmt werden.
Schließlich können über die Steuerung auch die über die Empfänger übermittelten Daten zur Bestimmung des Arbeitsbereichs verwendet werden. Bei dem Arbeitsbereich handelt es sich hier um die Bewegungsfreiheit gegenüber dem Arbeitsbereich anderer Krane oder beispielsweise auch um die Einbeziehung von festen Störkanten, beispielsweise von benachbarten Häusern. Der Arbeitsbereich setzt sich aus der "Hüllkurve" der einzelnen von den Empfängern bereitgestellten Positionen und resultierenden Verbindungen zusammen. Somit werden Dreh- und Wippbewegungen stets erfaßt und Kollisionen werden vermieden. Der Arbeitsraum des Kranes wird dabei über die bekannten Breiten der Bauteile mit entsprechenden Sicherheitsaufschlägen versehen und überwacht. Bei definierten Abständen des Arbeitsbereiches zu Störkanten kann die Steuerung geeignet reagieren. Dies kann eine Warnung oder ein Eingriff in die Bewegungsgeschwindigkeit der betreffenden Komponente bis hin zum Stillstand des gesamten Krans reichen. Als Störkanten können Stromleitungen, andere Krane, Häuser, Bäume oder Bereiche, die aus anderweitigen Gründen nicht benutzt werden dürfen, bezeichnet werden.
Das hier vorgestellte System zur Positionsbestimmung der Bauteile kann neben einen an sich bekannten in der Kransteuerung vorhandenen Kranüberwachungssystem konventioneller Art einsetzbar sein um so ein diversitäres Überwachungssystem zu schaffen. Neben dem aus dem konventionellen System errechneten Werten würden hier durch das satellitengestützte System zur weltweiten Positionsbestimmung die exakte Position bestimmbar sein.
Die Positionen, welche die GPS-Empfänger an die Steuerung liefern, können zusätzlich zur Überprüfung des Rüstzustandes verwendet werden. Üblicherweise gibt der Kranfahrer in die Steuerung Daten bezüglich des vorhandenen Auslegersystems und weiterer Komponenten am Kran, sowie Daten zur Länge des Hauptauslegers und des weiteren Auslegersystems ein. Über die empfangenen Signale können einige Angaben des Kranfahrers erstmalig gegengeprüft werden. Beispielhaft sind hier zu erwähnen:

1. Die Länge des Hauptauslegers und des weiteren Auslegersystems und
2. Prüfung auf vorhandenes Auslegersystem und teilweise vorhandene Komponenten. Diese ist möglich, da bei Fehlen einer Komponenten ja kein Positionssignal gesendet werden kann.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Figur 1:: eine schematische Darstellung des Oberwagens eines Mobilkrans gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 2:: eine schematische Darstellung des Oberwagens eines Mobilkrans, anhand der die möglichen Durchbiegungen langgestreckter Bauteile verdeutlicht sind und
Figur 3:: eine schematische Darstellung gemäß Figur 1 zur Verdeutlichung der Durchbiegung in Folge der Lastaufnahme.

In der Figur 1 ist der Oberwagen 10 eines hier nicht vollständig dargestellten Mobilkrans schematisch dargestellt. Der Oberwagen 10 ist um eine Drehachse 12 in bekannter Art und Weise drehbar. Am Oberwagen ist ein Hauptausleger 14 und an diesem ein Spitzenausleger 16 angelenkt. Zusätzlich sind zwei Abspannböcke 18A und 18B vorgesehen. Der hier dargestellte Mobilkran weist weiterhin einen Derrickausleger 20 und einen Derrickballast 22 auf. Am Ausleger hängt eine Last 24. Weitere Einzelheiten des Aufbaus des Mobilkrans sind dem Fachmann bekannt, so dass auf eine weitere Detaillierung des Aufbaus an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann nun die jeweilige Position der beweglichen Kranbauteile bzw. Elemente 14, 16, 18A, 18B und 22 durch entsprechende Empfänger eines satellitengestützten Systems zur weltweiten Positionsbestimmung 26 bestimmt werden. Bei diesen Empfängern handelt es sich bei dem derzeit marktüblichen System um sogenannte GPS-Empfänger.
Die GPS-Empfänger 26 liefern die räumliche Position (X-, Y-, Z-Position) eines jeglichen beweglichen Kranbauteils. Hierzu sind die GPS-Empfänger 26 jeweils an dem distalen Ende der jeweiligen Bauteile angeordnet. Am Mobilkran ist ein Referenz-GPS-Empfänger 28 in der Nähe der Drehachse 12 des Oberwagens 10 angebracht. Hier kann also immer eine Differenzrechnung zwischen dem Referenz-GPS-Empfänger 28 und den einzelnen GPS-Empfängern 26 am Ende der jeweils beweglichen Bauteile zur Positionsbestimmung durchgeführt werden. Auch plötzlich aufgebrachte Positionsungenauigkeiten können so wieder herausgemittelt werden. Auch eine Positionsbestimmung der Last 24 ist über einen eigens an der Last angebrachten GPS-Empfänger 30 möglich.
In der Figur 1 bezeichnet A die Ausladung der Last 24, die aufgrund der GPS-Empfänger sehr genau bestimmbar ist.
In der Figur 2 ist wiederum die schematische Darstellung des Mobilkranoberwagens 10 entsprechend Figur 1 wiedergegeben. Hier sind durch die gestrichelten Linien mögliche Verformungen der beweglichen Teile unter Belastung dargestellt. Um diese Verformungen festzustellen, sind im Stand der Technik Neigungsmesser an verschiedenen Stellen des Hauptauslegers 14 angeordnet worden, wie dies mit den Bezugszeichen 32 in der Figur 2 verdeutlicht wird.
Schließlich verdeutlicht die Figur 3 die Verschiebung der räumlichen Lage am Ende des Spitzenauslegers 16 durch die Aufnahme der Last 24. Wie hier anhand der Figur 3 deutlich wird, verschiebt sich die Spitze des Spitzenauslegers 16 zum einen aufgrund der Verschiebung des Befestigungspunktes 34 vom Hauptausleger und zum anderen aufgrund der eigenen Durchbiegung. Diese zusammengesetzte Verlagerung braucht nun nicht mehr berechnet werden, sondern kann direkt durch den GPS-Empfänger erfaßt werden.

Claims

Kran, vorzugsweise Mobil- oder Raupenkran, mit einem Ausleger, mit einer Steuerung und mit Mitteln zur Ermittlung der Stellung unterschiedlicher Kranbauteile wie beispielsweise Hauptausleger, Spitzenausleger, Derrickausleger, Abspannböcke, Derrickballast und/oder Hakenflasche,
wobei diese Mittel aus Empfängern eines satellitengestützten Systems zur weltweiten Positionsbestimmung bestehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Empfänger ieweils an den jeweiligen Kranbauteilen angeordnet sind und die jeweilige Position der beweglichen Kranbauteile direkt liefern können.
Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus GPS-Empfängern bestehen.
Kran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Kran ein Referenzempfänger angeordnet ist, zu dem die Werte der übrigen Empfänger in Relation gesetzt werden können.
Kran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzempfänger in der Nähe der Drehachse des Krans, vorzugsweise in der Nähe der Drehachse des Oberwagens eines Mobilkranes, angeordnet ist.
Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Empfängern stammenden Werte kabellos an die Steuerung übertragbar sind.
Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Empfänger an der Last angeordnet ist.
Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steuerung die über die Empfänger übermittelten Daten zur Bestimmung des Arbeitsbereichs verwendbar sind.
Kran nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuell vorhandene Ausladung der Last unmittelbar an die Steuerung zur Berechnung der Lastmomentbegrenzung gegeben wird.
Kran nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus den aufgenommenen Positionen der GPS-Empfänger mit ihren Verbindungslinien eine Hüllkurve um den Kran erzeugbar ist und dass der Arbeitsraum des Kranes mit entsprechenden Sicherheitsaufschlägen versehen überwachbar ist.