EP2313336A1 - Frühzeitige überlasterkennung für eine lasthubvorrichtung - Google Patents

Frühzeitige überlasterkennung für eine lasthubvorrichtung

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Publication number
EP2313336A1
EP2313336A1 EP09777882A EP09777882A EP2313336A1 EP 2313336 A1 EP2313336 A1 EP 2313336A1 EP 09777882 A EP09777882 A EP 09777882A EP 09777882 A EP09777882 A EP 09777882A EP 2313336 A1 EP2313336 A1 EP 2313336A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
load
signal
threshold
overload
spreader
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP09777882A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2313336B1 (de
Inventor
Frank Mussgnug
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Physik-Instrumente Dr Bernd Brosa Firma GmbH
Original Assignee
Physik-Instrumente Dr Bernd Brosa Firma GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Physik-Instrumente Dr Bernd Brosa Firma GmbH filed Critical Physik-Instrumente Dr Bernd Brosa Firma GmbH
Publication of EP2313336A1 publication Critical patent/EP2313336A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2313336B1 publication Critical patent/EP2313336B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear
    • B66C15/06—Arrangements or use of warning devices
    • B66C15/065—Arrangements or use of warning devices electrical

Definitions

  • the present invention relates to a method for dynamically detecting a dangerous operation of a load lifting device, in particular a container crane, wherein the load lifting device has at least one force sensor, which cooperates with a load receiving means.
  • the present invention further relates to a crane with an overload protection according to the invention.
  • a container spreader is described by way of example in WO 02/10056 A1.
  • a container crane is described by way of example in DE 102 33 875 A1. These two applications are hereby expressly referred to, as far as the general structure of a spreader or a container crane is concerned.
  • the conventional overload protection is also used to avoid a so-called "snag-load” condition.
  • "Snag-load” means an unintentional increase in the load on the crane, eg by hooking the load or the spreader in one to be unloaded or loading vessel, whereby the load can then rise almost to infinity, concretely up to the maximum overload cut-off.
  • the spreader or the container hanging from it can get caught on another container which, for example, protrudes opposite the container to be pulled up. If the container to be lifted is tilted as a result of this, the overload shutdown will not react until the rated load of the crane (eg 60 t) is exceeded.
  • the crane pulls on the ship with a maximum of 60 t (in the event that no container hangs on the spreader) before it is even registered that the spreader is attached to the ship.
  • the resulting forces must be intercepted either by a steel structure of the crane or the ship.
  • an empty spreader ie a spreader without an attached load
  • a reaction time of 30 ms corresponds to a hoist rope length of 15 cm.
  • the object of the present invention is to further reduce the dangers, even with a constant reaction time.
  • a load / time diagram is shown, wherein in the left part of the diagram, which is designated by the numeral 1 in a circle, a normal lifting operation is shown in overload shutdown. In the right part of the diagram, which is indicated by the number 2 in the circle, a lifting process is shown in which a "snag-load" state actually occurs.
  • a lifting operation is shown in which an unwanted load increase (“snag load”) occurs
  • snag load an unwanted load increase
  • the load has been lifted (normal load case, parallel to the rising edge of the normal lifting operation)
  • the load or the corresponding one increases
  • the load may become jammed during operation of the container crane, for example, since a further load increase does not occur during normal operation, since the controller assumes that the drive is being carried out without further lifting
  • This is detected by a conventional controller only when the measurement signal exceeds the predetermined overload threshold, in which case it takes some time until the measurement signal has even reached the overload threshold, so that the actual reaction time is delayed relatively long, which can result in damage to man and machine, since the crane then with Maxi maltraft pulls.
  • FIG. 4 Another case design is shown in Fig. 4.
  • the further case design results when lifting and / or moving a spreader without a load being attached.
  • the spreader alone can be e.g. get caught inside the ship while moving.
  • a normal travel of the spreader is shown in the left part of the diagram, wherein the measurement signal corresponds to the weight of an isolated spreader.
  • the right part of the diagram shows a drive with a "snag-load" state.
  • the present invention has therefore set itself the task of devising a solution to this problem.
  • the present invention therefore proposes the following steps: defining a time required to lift the load handler, with or without additional load; Monitoring the signal during an increase for the defined period of time for an overload threshold to be exceeded; if the overload threshold is not exceeded during the defined period of time, determining a weighted average force from the signal, and determining the averaged weight force as the base load; Setting a dynamic jump threshold as the overload threshold greater than the base load and less than the nominal overload threshold; and monitoring the signal as to whether the signal becomes greater than or equal to the skip threshold, and generating the skip signal if the signal is greater than or equal to the skip threshold.
  • the nominal overload threshold is statically defined, that is, an adaptation of the overload threshold to a prevailing situation does not occur.
  • either the crane or the ship may be severely damaged, since it takes a relatively long time for the overload threshold to be reached and a shutdown to be initiated.
  • the threshold is set dynamically, that is, the threshold is variable over time and can assume a value adapted to a particular prevailing situation.
  • an average value corresponding to the weight of the spreader with or without an applied load is determined according to the present invention. For example, 30% of the value determined in this way can be used to define the dynamic "jump threshold.” If the signal from the force sensor jumps over this threshold, it is clear that the spreader has become caught and an emergency shutdown is required usually before the crane pulls on the spreader with maximum force Such situations can not only occur when lifting a load, but also during horizontal travel of the crane or a trolley below which the spreader hangs.
  • the present invention is also capable of distinguishing between raising the spreader with load and raising the spreader without load or a "snag-load" condition as the jump threshold is adjusted dynamically when no load is attached to the spreader , the absolute value of the jump threshold is smaller than in the case when a load hangs on the spreader.
  • the signal during a desired lifting operation passes through a transient phase, which is covered by the defined period of time, and the base load corresponds to an averaged value of the signal during the defined period of time.
  • the base value for defining the dynamic jump threshold represents an average, so that the jump threshold is not determined based on extreme values during the transient process.
  • a lifting mechanism of the load lifting device in particular a cable winch, is actuated during a signal rise.
  • the query provides an additional source of information. If the lifting mechanism is not actuated and the load nevertheless increases, then it can be concluded that the spreader and / or the attached load (for example, containers) has become entangled, for example, during horizontal travel of the crane.
  • a force sensor is associated with each corner of the container, which does not necessarily have to be arranged in the spreader.
  • usually four force sensors (one for each hoist rope) are used.
  • the sum of the measuring signals of the four force sensors corresponds to the total load (spreader plus container). Since each of the force sensors thus contributes to the determination of the total load, an individual overload value, which is smaller than the overload value of the overall system, can also be defined for each of the force sensors.
  • a window can be defined in the load / time diagram within which the measurement signal may move during a transient when lifting a load. If the signal leaves the range defined by such a window, an emergency shutdown can occur relatively early in comparison to a conventional overload shutdown at a nominal overload value.
  • the load handling means is operated at a speed of up to 300 m / min and the response time of detection is preferably less than or equal to 5 ms.
  • the hoist rope length is 2.5 cm, around which the hoist rope is moved, although an emergency shutdown event has occurred.
  • This Hubseilus is intercepted by the steel structure of the crane or the ship and usually does not damage the ship or the crane.
  • the dynamic jump threshold is redetermined during each lifting operation.
  • the calculations associated with the determination of the dynamic jump threshold can be performed permanently. This increases security.
  • FIG. 1 shows a load / time diagram including overload thresholds, in particular the dynamic overload threshold according to the present invention
  • FIG. 3 shows a load / time diagram with loaded spreader according to the prior art
  • Fig. 4 is a load / time diagram with unloaded spreader according to the prior art.
  • the present invention may be implemented by software and / or hardware.
  • the inventors have come to the realization that emergency shutdowns when lifting loads or when moving loads compared to conventional emergency shutdowns that work with static overload thresholds can be performed faster and better by defining a dynamic overload threshold.
  • a "dynamic" overload threshold is understood below to mean a variable value above which an emergency shutdown is initiated, regardless of whether the value is determined by the system or whether the value comes from a foreign source It makes no difference whether a spreader is moved alone, ie without load, or whether a spreader is moved with the load attached between raising the spreader when a load has just been attached and the spreader is to be raised, and pulling up the spreader when the load is already attached to the spreader can be clearly distinguished.
  • the present invention is in load lifting devices, such as e.g. Container cranes, or other types of cranes, can be used.
  • Force sensors are used to determine the loads hanging on the crane.
  • a force sensor usually consists of a force transducer and a cooperating electrical measuring system, which converts the weight force into an electrical signal.
  • measuring axes, measuring tabs, measuring boxes, etc. can be used as force sensors.
  • strain gauges strain gauges
  • the strain gauges can either be glued to the force transducer or applied with "sputtering" technology.
  • the present invention is used in particular in connection with so-called spreaders in container cranes.
  • a spreader serves as a gripping device for lifting, for example, containers.
  • Force transducers such as measuring axes, are used to determine forces acting on hoisting ropes of the spreader. These measuring axles usually engage via the hoisting ropes in the corners of the spreader to be lifted. The sum of all measured signals represents the total load.
  • the force sensors generate measurement signals, which are forwarded to a control device for determining a total weight. Based on these signals, it is also possible to determine side loads, overloads, slack signals, special load signals or side or tilt load errors or single rope load errors. To determine these different information or signals, the individual measurement signals of the force sensors are combined in different ways, as is already known to the person skilled in the art.
  • a load / time diagram for a lifting operation is shown.
  • the spreader is connected to the container.
  • the container rests meanwhile on a base (floor / further container).
  • a lifting operation is initiated by means of a lifting mechanism of the crane.
  • the measurement signal rises from zero to a first (limited) maximum value, which represents a first measure of the weight of the container. This is shown in the left-hand part of the measuring curve of FIG. 1 denoted by a number 1 in the circle.
  • a transient begins, which manifests itself by an oscillation of the signal about an average load value, which is indicated in FIG. 1 by means of a horizontal auxiliary line.
  • the transient process stops.
  • the measuring signal is then almost constant.
  • the container can be moved and later dropped off. When the container is lowered, the measurement signal drops to zero.
  • the transient decays slower or faster.
  • the maximum weight of the item to be lifted is known. Knowing the weight of the object to be lifted, the duration of a lifting operation, at least approximately, can be specified in advance. In the right half of Fig. 1, a further lifting operation is shown. The duration of the lifting process is limited by two vertical auxiliary lines at the measuring curve marked with a number 2 in the circle.
  • the duration of the lift-up operation can either be entered manually for each lift operation depending on the size of the load to be lifted in a control device according to the present invention.
  • the duration of the lifting operation can also be predefined in the form of a parameter which is stored in a memory device of the control device. There are a variety of different parameters can be stored in order to adapt to different loads.
  • the time window for the lifting operation is triggered.
  • This trigger time corresponds in particular to the time at which the measurement signal is greater than zero.
  • the measuring signal is recorded over the duration of the lifting process.
  • an average is formed, which corresponds to the average load.
  • the average load is also illustrated in the right part of Fig. 1 by means of a horizontal auxiliary line.
  • a dynamic skip threshold denoted “dynamic snag load threshold” in Fig. 1
  • the skip threshold may be 30% above the average load.
  • the dynamic threshold is below an overload threshold of the total load. In the example of FIG. 1, this dynamic load is even far below the overall overload threshold.
  • auxiliary line which is designated by "overload threshold corner points.”
  • This auxiliary line illustrates the overload thresholds of the individual force sensors, which preferably act via the hoisting ropes in the corners of the spreader lower than the overall overload threshold.
  • the load is monitored on the basis of the overload thresholds of the corner points as well as the load rising edges.
  • a "snag-load” state is shown at the end of the right-hand measurement curve of Fig. 1.
  • the container on the spreader may, for example, during another lifting operation (container is raised further after lifting) on another container still in the Because of this, the dynamic response threshold is much lower than the overall overload threshold, so the "snag-load” condition can be detected much earlier than the conventional approach.
  • the "snag-load” condition is detected even before the overall overload threshold is reached, and the lifting operation is stopped by generating an emergency stop signal, in which case there is no harmful load on the crane or the vessel.
  • the method according to the invention is shown by way of example in the form of a flow chart.
  • a query is made as to whether there is basically a signal increase. This query does not distinguish whether the spreader is raised alone or with a load. If there is no load increase, the process returns to step S1. If there is a load increase, a query is made in a step S2 whether a predetermined time has expired. The predetermined period of time can either be entered manually or specified by querying a parameter database. If it is determined in the query of step S2 that the predetermined period of time has not yet elapsed, the system returns to step S2. With this query, the transient phenomena shown in FIG. 1 should be included.
  • step S3 If the predetermined period of time has elapsed in step S2, it is asked in a step S3 whether the overload threshold has been exceeded during the time period.
  • the query of step S3 can also take place in parallel to step S2.
  • an emergency shutdown occurs, which is initiated by a higher-level control device in a step S4 by generating corresponding signals.
  • a medium load (spreader / spreader plus container) is determined, from which in turn the "dynamic" jump threshold is determined All this is done in a step S5.
  • this jump threshold is set as a "new" transition threshold in a step S6. If there was already a jump threshold, the new value is defined as a "new" transition threshold.
  • a query S7 is checked whether the lifting process is completed. When finished, the overload monitoring according to the present invention is terminated. If the lifting has not been completed, return to step S1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)

Abstract

Verfahren zum dynamischen Erkennen eines Fehlbetriebs einer Lasthubeinrichtung, wobei die Lasthubeinrichtung einen Kraftsensor aufweist, mit den folgenden Schritten: Überwachen eines Signals des Kraftsensors, auf einen Anstieg; Definieren einer Zeitdauer, die zum Anheben des Lastaufnahmemittels, erforderlich ist; Überwachen des Signals auf ein Überschreiten der Überlastschwelle; wenn die Überlastschwelle während der definierten Zeitdauer nicht überschritten wird, Bestimmen einer Gewichtskraft innerhalb der definierten Zeitdauer aus dem Signal, und, Festlegen der bestimmten Gewichtskraft als Basislast; Festlegen einer dynamischen Sprungschwelle als nominelle Überlastschwelle, die größer als die Basislast und die kleiner als die bisherige Überlastschwelle ist; und Überwachen des Signals, ob das Signal größer oder gleich der Sprungschwelle wird, und Erzeugen des Abschaltsignals, wenn das Signal größer oder gleich der Sprungschwelle ist.

Description

Frühzeitige Überlasterkennung für eine Lasthubvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Erkennen eines gefährlichen Betriebs einer Lasthubeinrichtung, insbesondere eines Container-Krans, wobei die Lasthubeinrichtung zumindest einen Kraftsensor aufweist, der mit einem Lastaufnahmemittel zusammenwirkt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kran mit einer erfindungsgemäßen Überlastsicherung.
Herkömmliche Überlastsicherungen überwachen eine Gewichtskraft einer am Kran hängenden Last, wobei sich die Last aus einem Lastaufnahmemittel des Krans sowie einem anzuhebenden Gegenstand zusammensetzen kann. Kräne, mit denen Container-Schiffe in Häfen entladen werden, weisen als Lastaufnahmemittel einen sogenannten „Spreader" auf. Ein Spreader ist üblicherweise ein mehrarmiger Greifer, der an seinen Enden Verriegelungsstifte aufweist, die in entsprechende Aufnahmen am Container eingreifen können, die sich wiederum an den bzw. in den Ecken an der Oberseite oder Unterseite des Containers befinden. In diese Verriegelungsstifte können u.U. sogenannte Messachsen integriert werden. Eine Messachse besteht aus einem zylinderförmigen Kraftaufnehmer, der mit einem elektrischen Messsystem, wie z.B. Dehnungsmessstreifen (DMS), versehen ist. Sobald diese Stifte in Eingriff mit dem Container gebracht sind und der Container mittels eines Hubwerks (z.B. Seilwinde) angehoben wird, verformen sich Messbereiche der Messachse, was wiederum in einem entsprechenden Messsignal resultiert.
Je größer die auf die Messachse wirkende Kraft ist, desto höher fällt das Messsignal aus. Da der Kran üblicherweise eine maximale Nennlast heben darf, wird eine Überlastsicherung vorgesehen, die bei einem Überschreiten der Nennlast eine Notabschaltung des Krans, insbesondere eine Unterbrechung eines Hubvorgangs, bewirkt.
Ein Container-Spreader ist exemplarisch in der WO 02/10056 Al beschrieben. Ein Container-Kran ist exemplarisch in der DE 102 33 875 Al beschrieben. Auf diese beiden Anmeldungen wird hier ausdrücklich Bezug genommen, soweit der allgemeine Aufbau eines Spreaders bzw. eines Container-Krans betroffen ist.
Üblicherweise wird die konventionelle Überlastsicherung auch zur Vermeidung eines sogenannten „Snag-Load"-Zustands verwendet. Unter „Snag-Load" versteht man einen ungewollten Anstieg der Belastung des Krans, z.B. durch ein Verhaken der Last bzw. des Spreaders in einem zu entladenden oder beladenden Schiff, wodurch die Last dann nahezu ins Unendliche, konkret bis zur maximalen Überlastabschaltung, steigen kann. Beim Hochziehen des Spreaders aus dem Inneren eines Schiffsbauchs kann der Spreader oder der daran hängende Container an einem anderen Container hängenbleiben, der z.B. gegenüber dem hochzuziehenden Container vorsteht. Verkantet sich der hochzuziehende Container infolge dessen, so reagiert die Überlastabschaltung erst, wenn die Nennlast des Krans (z.B. 60 t) überschritten wird. In diesem Fall zieht der Kran also mit maximalen 60 t (für den Fall, dass kein Container am Spreader hängt) am Schiff, bevor überhaupt registriert wird, dass der Spreader am Schiff hängt. Die dabei entstehenden Kräfte müssen entweder durch einen Stahlbau des Krans oder des Schiffes abgefangen werden. Dabei besteht eine erhebliche Gefahr, dass der Kran, das Schiff, der Spreader und/oder ein anzuhebender Container beschädigt werden. Geht man davon aus, dass ein leerer Spreader, d.h. ein Spreader ohne angehängte Last, mit einer maximalen Hubseilgeschwindigkeit von z.B. 280 m/min gehoben werden kann, so entspricht dies einer Hubseillänge von 2,5 cm bei einer Reaktionszeit von 5 ms. Eine Reaktionszeit von 30 ms entspricht dann schon einer Hubseillänge von 15 cm. Diese theoretischen Hubseillängen müssen durch den Stahlbau des Krans und/oder des Schiffs abgefangen werden, wenn mit einer herkömmlichen Überlastsicherung gearbeitet wird. Es bestanden deshalb Bestrebungen, die Reaktionszeit so klein wie möglich zu halten.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Gefahren, selbst bei konstanter Reaktionszeit, weiter zu verringern.
Problematisch bei dieser Aufgabenstellung ist, dass zwischen zwei Hubfällen unterschieden werden muss. Es macht einen Unterschied, ob ein Spreader mit einer Last angehoben wird oder ob der Spreader alleine angehoben wird. In Fig. 3 ist ein Last/Zeit-Diagramm gezeigt, wobei im linken Teil des Diagramms, der durch die Ziffer 1 in einem Kreis bezeichnet ist, ein normaler Hubvorgang bei Überlastabschaltung gezeigt ist. Im rechten Teil des Diagramms, der mit der Ziffer 2 im Kreis bezeichnet ist, ist ein Hubvorgang dargestellt, bei dem ein „Snag-Load"-Zustand tatsächlich eintritt.
Im Normalfall (vergleiche linken Teil des Diagramms) ergeben sich nach einem Anheben einer Last Überschwinger im Messsignal der Kraftsensoren, die üblicherweise so angeordnet sind, dass die Last bzw. Lastverteilung vorzugsweise in den Eckbereichen messbar ist. Diese Überschwinger beruhigen sich nach einer gewissen Zeit. Während das Messsignal schwingt, kann eine durchschnittliche Last ermittelt werden. Dies ist durch die mit „Durchschnittslast" bezeichnete horizontale Linien im Diagramm der Fig. 3 angedeutet. Am Ende eines normalen Hubvorgangs wird die Last wieder abgesetzt, so dass das Messsignal auf Null abfällt. Im rechten Teil der Fig. 3 ist ein Hubvorgang gezeigt, bei dem ein ungewollter Lastanstieg („Snag-Load") auftritt. Nachdem die Last angehoben wurde (normaler Lastfall, parallel zur Anstiegsflanke des normalen Hubvorgangs), steigt die Last bzw. das entsprechende Messsignal plötzlich nochmals an. Die Last kann sich z.B. während der Fahrt des Container-Krans verhaken. Da ein weiterer Lastanstieg im Normalbetrieb nicht auftritt, schließlich geht die Steuerung davon aus, dass die Fahrt ohne weiteren Hubvorgang durchgeführt wird, muss dieser weitere Anstieg durch einen Fehler verursacht sein. Dies wird von einer konventionellen Steuerung erst dann erkannt, wenn das Messsignal die vorgegebene Überlastschwelle überschreitet. In diesem Fall dauert es eine gewisse Zeit, bis das Messsignal überhaupt die Überlastschwelle erreicht hat, so dass sich die tatsächliche Reaktionszeit relativ lang hinauszögert, was in Schäden für Mensch und Maschine resultieren kann, da der Kran dann mit Maximalkraft zieht.
Eine weitere Fallgestaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Die weitere Fallgestaltung ergibt sich beim Anheben und/oder Bewegen eines Spreaders, ohne dass eine Last angehängt ist. Der Spreader allein kann sich z.B. im Inneren des Schiffs beim Bewegen verhaken. In dem Last-/Zeit-Diagramm der Fig. 4 ist im linken Teil des Diagramms eine normale Fahrt des Spreaders gezeigt, wobei das Messsignal dem Gewicht eines isolierten Spreaders entspricht. Im rechten Teil des Diagramms ist eine Fahrt mit einem „Snag-Load"-Zustand gezeigt.
Vergleicht man den Lastanstieg der rechten Kurve 2 der Fig. 4 mit dem Lastanstieg der linken Kurve 1 der Fig. 3, so erkennt man, dass es für die Steuerung äußerst schwierig ist, zwischen einer normalen Belastung und einem „Snag-Load"-Zustand zu unterscheiden. Im Falle der rechten Kurve der Fig. 4 würde der Kran also soweit belastet werden, bis die Überlastsicherung das Erreichen der Überlastschwelle erkannt hat. In diesem Moment zieht der Kran jedoch mit maximaler Nennkraft am Spreader und kann dadurch große Beschädigungen hervorrufen.
Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gesetzt, eine Lösung dieses Problems zu ersinnen. Die vorliegende Erfindung schlägt dazu die folgenden Schritte vor: Definieren einer Zeitdauer, die zum Anheben des Lastaufnahmemittels, mit oder ohne zusätzliche Last, erforderlich ist; Überwachen des Signals während eines Anstiegs für die definierte Zeitdauer auf ein Überschreiten einer Überlastschwelle; wenn die Überlastschwelle während der definierten Zeitdauer nicht überschritten wird, Bestimmen einer gemit- telten Gewichtskraft aus dem Signal, und Festlegen der gemittelten Gewichtskraft als Basislast; Festlegen einer dynamischen Sprungschwelle als die Überlastschwelle, die größer als die Basislast und die kleiner als die nominelle Überlastschwelle ist; und Überwachen des Signals, ob das Signal größer oder gleich der Sprungschwelle wird, und Erzeugen des Abschaltsignals, wenn das Signal größer oder gleich der Sprungschwelle ist.
Im Stand der Technik ist die nominelle Überlastschwelle statisch definiert, d.h., eine Anpassung des Überlastschwellenwerts an eine jeweils vorherrschende Situation erfolgt nicht. Dies kann insbesondere in solchen Fällen, wenn keine Last am Spreader hängt, dazu führen, dass entweder der Kran oder das Schiff erheblich beschädigt werden, da es relativ lange dauert, bis der Überlastschwellenwert erreicht ist und eine Abschaltung initiiert werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Schwellenwert dynamisch festgelegt, d.h., der Schwellenwert ist über die Zeit veränderlich und kann einen an eine jeweils vorherrschende Situation angepassten Wert annehmen. Sobald die Einschwingvor- gänge beim Anheben abgeschlossen sind, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein gemittelter Wert bestimmt, der dem Gewicht des Spreaders mit oder ohne anghäng- ter Last entspricht. Der so bestimmte Wert kann beispielsweise mit 30% beaufschlagt werden, um die dynamische „Sprungschwelle" zu definieren. Überspringt das Signal des Kraftsensors diese Schwelle, so ist klar, dass sich der Spreader verhakt bzw. verkeilt hat und eine Notabschaltung erforderlich ist. Dies erfolgt in der Regel bevor der Kran mit maximaler Kraft am Spreader zieht. Derartige Situationen können nicht nur beim Anheben einer Last auftreten, sondern auch während einer Horizontalfahrt des Krans bzw. einer Krankatze, unterhalb der der Spreader hängt, erfolgt. Die vorliegende Erfindung ist auch dazu in der Lage, zwischen einem Anheben des Spreaders mit Last und einem Anheben des Spreaders ohne Last bzw. einem „Snag- Load"-Zustand zu unterscheiden, da die Sprungschwelle dynamisch angepasst wird. Wenn keine Last am Spreader hängt, ist der Absolutwert der Sprungschwelle kleiner als für den Fall, wenn eine Last am Spreader hängt.
In allen Fällen kann vermieden werden, dass die absolute Überlastschwelle (Nennlastschwelle) überschritten wird.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Signal während eines gewollten Hebevorgangs eine Einschwingphase durchläuft, die von der definierten Zeitdauer umfasst wird, und die Basislast einen gemittelten Wert des Signals während der definierten Zeitdauer entspricht.
Auf diese Weise ist es möglich, Einschwingvorgänge zu berücksichtigen. Der Basiswert zur Festlegung der dynamischen Sprungschwelle stellt einen Mittelwert dar, so dass die Sprungschwelle nicht basierend auf Extremwerten während des Einschwingvorgangs bestimmt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird abgefragt, ob ein Hubmechanismus der Lasthubeinrichtung, insbesondere eine Seilwinde, während eines Signalanstiegs betätigt wird.
Durch die Abfrage liegt eine zusätzliche Informationsquelle vor. Wird der Hubmechanismus nicht betätigt und steigt die Last trotzdem, so kann daraus geschlossen werden, dass der Spreader und/oder die angehängte Last (z.B. Container) sich beispielsweise bei einer Horizontalfahrt des Krans verhakt hat.
Wird der Hubmechanismus betätigt, so kann zwischen einem Anheben der Last (von einem Untergrund) und einem Hochziehen der Last (Last schwebt zuvor mit Spreader in der Luft) unterschieden werden. Im ersten Fall wird ein Anstieg des Messsignals des Kraftsensors erwartet, da zusätzlich zum Gewicht des Spreaders das Gewicht der Last angehoben werden muss. Im zweiten Fall erwartet man keinen weiteren Anstieg des Gewichts, da der Kran sowohl den Spreader als auch die Last bereits hält.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn für jeden Kraftsensor überprüft wird, ob eine kraftsensorspezifische Überlastschwelle überschritten wird, die kleiner als die Überlastschwelle des Gesamtsystems ist.
Insbesondere bei der Verwendung eines Spreaders zum Anheben von Containern ist für jeder Ecke des Containers ein Kraftsensor zugeordnet, der nicht zwingend im Spreader angeordnet sein muss. Bei der Verwendung eines Containers werden somit üblicherweise vier Kraftsensoren (für jedes Hubseil einer) verwendet. Die Summe der Messsignale der vier Kraftsensoren entspricht der Gesamtlast (Spreader plus Container). Da jeder der Kraftsensoren somit zur Bestimmung der Gesamtlast beiträgt, kann für jeden der Kraftsensoren auch ein individueller Überlastwert festgelegt werden, der kleiner als der Überlastwert des Gesamtsystems ist. Auf Basis dieser individuellen Überlastwerte und der Zeitdauer des Einschwingvorgangs lässt sich ein Fenster im Last-/Zeit-Diagramm definieren, innerhalb dem sich das Messsignal während eines Einschwingvorgangs beim Anheben einer Last bewegen darf. Verlässt das Signal den durch ein derartiges Fenster definierten Bereich, kann - im Vergleich zu einer herkömmlichen Überlastabschaltung bei einem nominellen Überlastwert - eine Notabschaltung relativ früh erfolgen.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Überwachung der Sprungschwelle kontinuierlich erfolgt.
Auf diese Weise kann der Absolutwert der Sprungschwelle kontinuierlich, d.h. dynamisch angepasst werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Lastaufnahmemittel mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 m/min betrieben und die Reaktionszeit der Erkennung ist vorzugsweise kleiner oder gleich 5 ms.
In diesem Fall beträgt die Hubseillänge 2,5 cm, um die das Hubseil weiterbewegt wird, obwohl ein Notabschaltereignis eingetreten ist. Diese Hubseillänge wird vom Stahlbau des Krans oder des Schiffes abgefangen und führt in der Regel zu keiner Beschädigung des Schiffs oder des Krans.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die dynamische Sprungschwelle bei jedem Hubvorgang neu bestimmt wird.
Die mit der Bestimmung der dynamischen Sprungschwelle verbundenen Rechnungen können permanent durchgeführt werden. Dies erhöht die Sicherheit.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Last-/Zeit-Diagramm inklusive Überlastschwellen, insbesondere der dynamischen Überlastschwelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Flussdiagramm zum erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 3 ein Last-/Zeit-Diagramm bei belastetem Spreader gemäß dem Stand der Technik; und Fig. 4 ein Last-/Zeit-Diagramm bei unbelastetem Spreader gemäß dem Stand der Technik.
Die vorliegende Erfindung lässt sich durch Software und/oder Hardware implementieren. Die Erfinder sind zu der Erkenntnis gelangt, dass Notabschaltungen beim Heben von Lasten bzw. beim Bewegen von Lasten im Vergleich zu herkömmlichen Notabschaltungen, die mit statischen Überlastschwellen arbeiten, durch Definieren einer dynamischen Überlastschwelle schneller und besser durchgeführt werden können. Unter einer „dynamischen" Überlastschwelle wird nachfolgend ein variabler Wert verstanden, bei dessen Überschreitung eine Notabschaltung initiiert wird. Dies kann unabhängig davon geschehen, ob der Wert vom System ermittelt wird oder ob der Wert aus einer fremden Quelle stammt. Dieser Wert ist an die jeweils vorherrschende Situation angepasst. Es macht keinen Unterschied, ob ein Spreader allein, d.h. ohne Last, bewegt wird, oder ob ein Spreader mit angehängter Last bewegt wird. Zwischen einem Anheben des Spreaders, wenn eine Last gerade angehängt wurde und der Spreader angehoben werden soll, und einem Hochziehen des Spreaders, wenn die Last bereits am Spreader hängt, kann klar unterschieden werden.
Die vorliegende Erfindung ist bei Lasthubeinrichtungen, wie z.B. Containerkränen, oder sonstigen Arten von Kränen, einsetzbar.
Zur Bestimmung der am Kran hängenden Lasten werden Kraftsensoren eingesetzt. Ein Kraftsensor besteht üblicherweise aus einem Kraftaufnehmer und einem damit zusammenwirkenden elektrischen Messsystem, welches die Gewichtskraft in ein elektrisches Signal umwandelt. Als Kraftsensoren können beispielsweise Messachsen, Messlaschen, Messdosen, etc. eingesetzt werden. Als elektrisches Messsystem können beispielsweise Dehnungsmessstreifen (DMS) verwendet werden. Die DMS können entweder auf den Kraftaufnehmer aufgeklebt oder mit „Sputter" -Technik aufgebracht werden. Die vorliegende Erfindung wird insbesondere im Zusammenhang mit sogenannten Spreadern bei Containerkränen eingesetzt. Ein Spreader dient als Greifeinrichtung zum Anheben von beispielsweise Containern. Kraftaufnehmer, wie z.B. Messachsen, werden zum Bestimmen von Kräften eingestezt, die auf Hubseile des Spreaders wirken. Diese Messachsen greifen über die Hubseile üblicherweise in den Ecken des anzuhebenden Spreaders an. Die Summe aller Messsignale stellt die Gesamtbelastung dar.
Die Kraftsensoren erzeugen Messsignale, die an eine Steuereinrichtung zur Ermittlung eines Gesamtgewichts weitergeleitet werden. Basierend auf diesen Signalen können auch Seitenlasten, Überlasten, Schlaffsignale, Sonderlastsignale oder Seiten- oder Kipplastfehler bzw. Einzelseillastfehler bestimmt werden. Zur Ermittlung dieser unterschiedlichen Informationen bzw. Signale werden die einzelnen Messsignale der Kraftsensoren auf unterschiedliche Weise kombiniert, wie es dem Fachmann bereits bekannt ist.
Es versteht sich, dass auch nur ein einziger Kraftsensor vorgesehen sein kann.
In Fig. 1 ist ein Last-/Zeit-Diagramm für ein Anhebevorgang gezeigt. Bei einem Anhebevorgang ist der Spreader mit dem Container verbunden. Der Container ruht währenddessen auf einer Unterlage (Boden/weiterer Container). Sobald der Spreader mit dem Container verbunden ist, wird mittels eines Hubwerks des Krans ein Anhebevorgang initiiert. Dadurch steigt das Messsignal von null auf einen ersten (begrenzten) Maximalwert an, der ein erstes Maß für die Gewichtskraft des Containers darstellt. Dies ist im linken Teil der mit einer Ziffer 1 im Kreis bezeichneten Messkurve der Fig. 1 gezeigt. Sobald der Container angehoben ist, d.h. vom Boden bzw. seiner Unterlage abgehoben hat, setzt ein Einschwingvorgang ein, was sich durch ein Oszillieren des Signals um einen durchschnittlichen Lastwert äußert, der in der Fig. 1 mit Hilfe einer horizontalen Hilfslinie angedeutet ist. Nach einer gewissen Zeit klingt der Einschwingvorgang ab. Das Messsignal ist danach nahezu konstant. Der Container kann versetzt und später auch abgesetzt werden. Wenn der Container abgesetzt wird, fällt das Messsignal auf Null ab. Je nach Größe des zu hebenden Gewichts und der Geschwindigkeit des Hubvorgangs klingt der Einschwingvorgang langsamer oder schneller ab. In der Regel ist das maximale Gewicht des zu hebenden Gegenstands bekannt. In Kenntnis des Gewichts des zu hebenden Gegenstands kann die Zeitdauer eines Anhebevorgangs, zumindest ungefähr, vorab angegeben werden. In der rechten Hälfte der Fig. 1 ist ein weiterer Anhebevorgang gezeigt. Die Zeitdauer des Anhebevorgangs ist durch zwei vertikale Hilfslinien bei der mit einer Ziffer 2 im Kreis bezeichneten Messkurve begrenzt.
Die Zeitdauer des Anhebevorgangs kann entweder für jeden Anhebevorgang manuell in Abhängigkeit der Größe der anzuhebenden Last in eine Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingegeben werden. Die Zeitdauer des Anhebevorgangs kann jedoch auch vorab in Form eines Parameters vorgegeben sein, der in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung hinterlegt ist. Es können eine Vielzahl von verschiedenen Parametern hinterlegt sein, um sich an unterschiedliche Lasten anpassen zu können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird am Anfang eines Anhebevorgangs das Zeitfenster für den Anhebevorgang getriggert. Dieser Trigger-Zeitpunkt entspricht insbesondere dem Zeitpunkt, bei dem das Messsignal größer als Null wird. Das Messsignal wird über die Zeitdauer des Anhebevorgangs erfasst. Nach dem Ende der definierten Zeitdauer wird ein Mittelwert gebildet, der der Durchschnittslast entspricht. Die Durchschnittslast ist auch im rechten Teil der Fig. 1 mit Hilfe einer horizontalen Hilfslinie verdeutlicht.
Basierend auf diesem gemittelten Wert wird nunmehr gemäß der vorliegenden Erfindung eine dynamische Sprungschwelle, die in der Fig. 1 mit „dynamische Snag- Load-Schwelle" bezeichnet ist, definiert. Die Sprungschwelle kann z.B. 30% über der gemittelten Last liegen. In der Fig. 1 erkennt man ferner, dass die dynamische Schwelle unterhalb einer Überlastschwelle der Gesamtlast liegt. Im Beispiel der Fig. 1 liegt diese dynamische Last sogar weit unterhalb der Gesamtüberlastschwelle.
In der Fig. 1 ist eine weitere horizontale Hilfslinie eingezeichnet, die mit „Überlastschwelle Eckpunkte" bezeichnet ist. Diese Hilfslinie verdeutlicht die Überlastschwellen der einzelnen Kraftsensoren, die vorzugsweise über die Hubseile in den Ecken des Spreaders wirken. Es versteht sich, dass diese individuellen Überlastschwellen geringer ausfallen als die Gesamtüberlastschwelle.
Während der Zeitdauer des Anhebevorgangs, erfolgt die Überwachung der Last anhand der Überlastschwellen der Eckpunkte sowie der Lastanstiegsflanken.
Des Weiteren ist am Ende der rechten Messkurve der Fig. 1 ein „Snag-Load"-Zustand gezeigt. Der Container am Spreader kann sich z.B. während eines weiteren Hubvorgangs (Container wird nach dem Anheben weiter angehoben) an einem anderen Container, der noch im Schiff gelagert ist, verhaken. Deshalb steigt die Messkurve erneut sprunghaft an. Da die dynamische Schwelle viel niedriger als die Gesamtüberlastschwelle liegt, kann der „Snag-Load"-Zustand im Vergleich zur herkömmlichen Vorgehensweise viel früher erkannt werden. In jedem Fall wird der „Snag-Load"- Zustand bereits vor dem Erreichen der Gesamtüberlastschwelle erkannt und der Hubvorgang durch Erzeugen eines Notaus-Signals abgebrochen. In diesem Fall kommt es zu keinerlei schädlichen Belastung des Krans oder des Schiffs.
Bezug nehmend auf Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Flussdiagramms exemplarisch dargestellt.
In einem Schritt Sl wird abgefragt, ob grundsätzlich ein Signalanstieg vorliegt. Bei dieser Abfrage wird nicht unterschieden, ob der Spreader allein oder mit einer Last angehoben wird. Wenn kein Lastanstieg vorliegt, kehrt das Verfahren zum Schritt Sl zurück. Liegt ein Lastanstieg vor, so wird in einem Schritt S2 abgefragt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist. Die vorbestimmte Zeitdauer kann entweder manuell eingeben werden oder durch Abfrage einer Parameterdatenbank vorgegeben werden. Wird in der Abfrage des Schritts S2 festgestellt, dass die vorbestimmte Zeitdauer noch nicht abgelaufen ist, so kehrt man zum Schritt S2 zurück. Mit dieser Abfrage sollen die in der Fig. 1 dargestellten Einschwingvorgänge umfasst werden.
Wenn im Schritt S2 die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, wird in einem Schritt S3 gefragt, ob die Überlastschwelle während der Zeitdauer überschritten wurde. Die Abfrage des Schritts S3 kann auch parallel zum Schritt S2 erfolgen.
Wenn die Überlastschwelle, insbesondere die Gesamtüberlastschwelle bzw. die kraftsensorspezifischen, individuellen Überlastschwellen, überschritten wurden, kommt es zu einer Notabschaltung, die von einer übergeordneten Steuereinrichtung in einem Schritt S4 durch Erzeugung entsprechender Signale initiiert wird.
Wenn die Überlastschwelle während des Schritts S3 nicht überschritten wurde (Messsignal liegt innerhalb des Fensters) wird eine mittlere Last (Spreader/Spreader plus Container) bestimmt, aus der wiederum die „dynamische" Sprungschwelle bestimmt wird. Dies erfolgt alles in einem Schritt S5.
Wenn es zuvor noch keine dynamische Sprungschwelle gab, wird in einem Schritt S6 diese Sprungschwelle als „neue" Übergangsschwelle festgelegt. Gab es bereits eine Sprungschwelle, so wird der neue Wert als „neuer" Übergangsschwellenwert festgelegt.
In einer Abfrage S7 wird überprüft, ob der Hubvorgang beendet ist. Wenn er beendet ist, wird die Überlastüberwachung gemäß der vorliegenden Erfindung beendet. Wenn der Hubvorgang noch nicht abgeschlossen ist, kehrt man zum Schritt Sl zurück.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum dynamischen Erkennen eines Fehlbetriebs einer Lasthubeinrichtung, insbesondere eines Container-Krans, wobei die Lasthubeinrichtung zumindest einen Kraftsensor aufweist, der mit einem Lastaufnahmemittel zusammenwirkt, mit den folgenden Schritten:
Überwachen eines Signals des Kraftsensors, das proportional zu einer durch das Lastaufnahmemittel ausgeübten Kraft ist, auf einen Signalanstieg; wenn ein Anstieg erfasst wird, Überprüfen, ob eine nominelle Überlastschwelle überschritten wird; wenn die nominelle Überlastschwelle überschritten wird, Erzeugen eines Abschaltsignals, um die Lasthubeiririchtung innerhalb kürzest möglicher Zeitdauer abzuschalten; gekennzeichnet durch:
Definieren einer Zeitdauer, die zum Anheben des Lastaufnahmemittels mit oder ohne zusätzliche Last, erforderlich ist; wenn der Anstieg erfasst wird, Überwachen des Signals während der definierte Zeitdauer auf ein Überschreiten einer Überlastschwelle; wenn die Überlastschwelle während der definierten Zeitdauer nicht überschritten wird, Bestimmen einer gemittelten Gewichtskraft aus dem Signal, und Festlegen der gemittelten Gewichtskraft als Basislast;
Festlegen einer dynamischen Sprungschwelle als die Überlastschwelle, die größer als die Basislast und die kleiner als die nominelle Überlastschwelle ist; und
Überwachen des Signals, ob das Signal größer oder gleich der Sprungschwelle wird, und Erzeugen des Abschaltsignals, wenn das Signal größer oder gleich der Sprungschwelle ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Signal während eines gewollten Hebevorgangs eine Einschwingphase durchläuft, die von einer definierten Zeitdauer umfasst wird, und die Basislast dem gemittelten Wert des Signals entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei abgefragt wird, ob ein Hubmechanismus der Lasthubeinrichtung, insbesondere eine Seilwinde, während eines Signalanstiegs betätigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Kraftsensoren vorgesehen sind, mit den folgenden Schritten: für jeden Kraftsensor Überprüfen ob eine kraftsensorspezifische Überlastschwelle überschritten wird, die kleiner als die nominelle Überlastschwelle des Gesamtsystems ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachung der Sprungschwelle kontinuierlich erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dynamische Sprungschwelle bei jedem Hubvorgang neu bestimmt wird.
7. Kran mit einer Überlastsicherung, die eine Steuerungseinrichtung aufweist, die zum Durchführen von einem der Verfahrensansprüche 1 bis 7 angepasst ist.
8. Kran nach Anspruch 7 mit einem Spreader, der über Kraftsensoren verfügt, die vorzugsweise an den Ecken des Spreaders wirken, um in Eckpunkten einer Last, insbesondere eines Containers, eine jeweilige Eckpunktbelastung, aus der eine Gesamtbelastung ableitbar ist, zu bestimmen.
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