EP3134344B1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines mobilkrans sowie mobilkran - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines mobilkrans sowie mobilkran Download PDF

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EP3134344B1
EP3134344B1 EP15717490.5A EP15717490A EP3134344B1 EP 3134344 B1 EP3134344 B1 EP 3134344B1 EP 15717490 A EP15717490 A EP 15717490A EP 3134344 B1 EP3134344 B1 EP 3134344B1
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EP
European Patent Office
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load
boom
positions
maximum permissible
determined
Prior art date
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EP3134344A1 (de
EP3134344B2 (de
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Matthias Braun
Stefan Maass
Markus Stöhr
Matthias Roth
Heiko Heintz
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Tadano Demag GmbH
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Terex Global GmbH
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Publication of EP3134344B1 publication Critical patent/EP3134344B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment
    • B66C23/905—Devices for indicating or limiting lifting moment electrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
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    • B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
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    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/18—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes
    • B66C23/36—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes mounted on road or rail vehicles; Manually-movable jib-cranes for use in workshops; Floating cranes

Definitions

  • the invention relates to mobile cranes, in particular mobile cranes with variable Abst Reifengeometrien. Furthermore, the present invention relates to methods for determining a maximum load capacity, measures to secure the stability of the mobile crane and means for displaying safe working positions.
  • Mobile cranes are usually provided with a support device to improve the stability or to increase the load capacity.
  • a support device comprises laterally projecting from the mobile crane Abstützholme, where support cylinders are provided. With the support cylinders, a protruding end can be supported on a footprint of the mobile crane and thereby increases the effective footprint. With the increased effective footprint, the load capacity, i. H. the maximum permissible load of the mobile crane can be improved.
  • load tables are provided in which the maximum permissible load based on possible degrees of freedom is specified for the respective configuration of the mobile crane.
  • the load tables take into account the length or configuration, as well as, for example, the angle of rotation of the boom (in the Rule 0-360 °).
  • the map-based determination of the maximum permissible load based on the load tables can furthermore be supplemented by function-based models, which take into account additional parameters. B. consider the carrying capacity of the load rope into consideration.
  • the maximum load capacities are usually shown as a function of various parameters, in particular the load radius, as well as depending on the respective configuration.
  • a crane operator can thus determine in advance the crane operation, in particular configuration and possible stroke paths of a load to be lifted.
  • a vehicle crane is known in which in an electronic control device based on one of the parameters load and load radius and size of a counterweight and counterweight radius, a working field can be graphically displayed on a display.
  • a mobile crane is known in which individual limit curves or limit values are stored for various parameters of the crane, which may not be exceeded for the purpose of ensuring the safety of the crane operation or may only be exceeded by emitting an alarm signal. Furthermore, the mobile crane has means for ensuring crane safety, which are designed in such a way that they exceed the individual limit curves or limit values of the various parameters monitor.
  • One of the limit curves represents the dependence of the cantilever strength on the geometrical degrees of freedom of the cantilever or is based on this dependence.
  • a mobile crane is known with a rotatable boom, wherein a total center of gravity of the crane and one or more tipping lines are determined.
  • the stability of the crane is monitored.
  • a signal is emitted and / or the further movement of the crane is prevented or changed when the distance of the center of gravity from a tipping line approaches or reaches a limit and / or if the ratio of the distance of the center of gravity from the center of the turntable to the distance of the tipping line from the center of the turntable in the direction of the overall center of gravity approaches or reaches a limit.
  • the publication EP 2 674 384 A1 discloses a method for monitoring the crane safety of a crane with a variable support base and a monitoring unit. Several safety criteria are monitored during crane operation by calculating and monitoring for compliance with each criterion that depends on at least one parameter relating to the crane configuration or crane movement during crane operation, during crane operation.
  • the publication DE 20 2010 014 309 U1 discloses a crane, in particular caterpillar or mobile crane, with at least one monitoring and simulation means by means of which a condition of the crane can be monitored and / or simulated, wherein the monitoring and simulation means comprises at least one input means and at least one output means and wherein by means of the monitoring and simulation means the state profile, in particular the load capacity curve of the crane at any time, in particular during movement of the crane and / or the jib of the crane displayed and / or a possible state and / or possible state of the state Cranes, especially the load capacity curve of the crane, can be simulated and / or displayed.
  • the publication EP 0539207 A1 discloses a safety device for a construction vehicle with a boom to which a load is attachable. From the attached load and a boom-position-dependent rated load, a load factor can be determined. A safety operation is performed depending on the load factor.
  • the publication WO2012135882A1 discloses a method for monitoring at least one stability parameter of a loading crane mounted on a vehicle, wherein the vehicle is supported in the crane operation via wheels and on the support separate from the wheels on the ground, characterized in that both contributions of the wheels and contributions of the support elements to a size of the stability parameter and this variable is compared with at least one predetermined limit value.
  • One idea of the above method is to take into account several possible positions of the boom in the predetermined position range, as independent as possible of a current direction of movement of the boom and the applicable maximum permissible loads in the deployment planning or operation of a mobile crane. This allows safer operation of the mobile crane and better deployment planning with the best possible utilization of the load bearing area, ie under optimal utilization of the load capacity at each load position in the work area, up to the maximum load limits defined by the maximum load capacity. In particular, the above method makes it possible to detect those boom positions in which a local load limit is reached or exceeded in the currently attached load.
  • the maximum allowable payloads for the multiple positions in the predetermined boom position range can be determined using a cantilever strength table and based on a support geometry of support devices.
  • respective load limitations may be determined by the cantilever strength table, which indicates cantilever strength-related payload limitations, and the support geometry for each of the plurality of cantilever positions.
  • the maximum allowable payloads can then be determined by determining the minimum of payload limits determined by the cantilever strength table and by the support geometry.
  • the load limits determined by the support geometry for the multiple positions of the boom in the predetermined position range can be determined by means of a torque balance by one or more tilting lines determined by the support geometry.
  • the maximum allowable payloads for different positions in the predetermined position range of the boom can be determined using load limits that are determined by one or more, in particular one or more other parameters dependent, map-based or function-based load capacity models.
  • the several other parameters may be limiting criteria, such as e.g. the maximum load on the support cylinders, the slewing ring, the luffing cylinder and other crane parts located in the power flow of the boom and its displacement on the crane uppercarriage. From the aforementioned effect relationships, the limiting criteria are derived directly or indirectly from the respective support geometry in a manner known per se.
  • the multiple positions of the boom in a given geometric environment of the current position of the boom can be considered in order to determine the maximum permissible loads, wherein a displacement speed of the boom depending on one thereby determined Course of a load limit in the specified position range of the boom is selected, set and limited.
  • the adjustment speeds of the boom can be adjusted in all directions of movement depending on a distance of the current load position and a load limit.
  • the load limit corresponds to the positions of the load at which the attached load reaches the maximum permissible load when it is moved in an adjustment direction.
  • the adjustment speed can be adjusted in particular as a function of a gradient of the profile of the maximum permissible load with respect to the adjustment direction.
  • the maximum permissible load as an absolute value or as a relative value, which indicates the ratio of the attached load to the maximum permissible load, be displayed in the predetermined position range on a display.
  • the crane operator can be provided with an indication as to how far he can move a predefined load out at a predetermined safe starting position, in an uncritical direction, into an at least second, safe target position.
  • a movement space display can be generated which, starting from the instantaneous position of the arm (at least defined by the angle of rotation and the load radius), provides an environment representation of the stroke to the crane operator.
  • the surrounding view makes it possible to instantaneously and visually recognize a position of the suspended load and a course of other positions of the load at which the maximum permissible load is exceeded, in the vicinity of the position of the attached load.
  • a crane operator can be given an opportunity to immediately detect possible remaining degrees of freedom of the movements of the boom with the attached load by viewing the environment representation on the display and thus to put the boom in other positions to a safe operating limit.
  • the absolute value specification or the relative value specification of the maximum permissible load loads can be visually distinguishable, in particular by an associated coloration and / or brightness and / or shading, displayed on the display. This type of presentation facilitates the intuitive recording of the load-bearing curve in the entire work area or in the immediate vicinity of the current load position.
  • the payload ranges may indicate those positions of the boom or those load positions at which a ratio of the suspended load to the maximum allowable load is within a predetermined range.
  • the display device can be designed to represent the load-bearing areas flat as regions which can be visually distinguished from one another, in particular as areas that are distinguishable by color and / or structure and / or by their brightnesses
  • FIGS. 1a and 1b schematic views of a mobile crane 1 in a plan view and a side view are shown.
  • the mobile crane 1 has a driver's cab 2 and a crane superstructure 3, on which a revolving slewing ring 4 rotatable in a horizontal plane is arranged with a boom 5 mounted thereon.
  • the turntable 4 allows a 360 ° -Verschwenkung of the boom mounted thereon 5.
  • a rotation angle ⁇ of the boom 5 can be arbitrarily set in the entire range of rotation of the boom 5.
  • a counterweight may be mounted on the crane top 3 on the turntable 4 (not shown here), which is arranged on a side opposite the boom 5 side.
  • a hydraulic luffing cylinder 6 is arranged on the turntable 4, by which it is possible, the boom 5 in a rocking angle ⁇ , d. H. a vertical angle perpendicular to the horizontal, to adjust.
  • the boom 5 may be provided with boom segments (boom boxes) 51, which may be telescopically slidable to adjust depending on the desired boom configuration, the length of the boom 5 by retracting or extending the boom boxes 51 and.
  • boom segments (boom boxes) 51 which may be telescopically slidable to adjust depending on the desired boom configuration, the length of the boom 5 by retracting or extending the boom boxes 51 and.
  • a circulation roller 52 is provided for a load rope 8, at the end of a load hook 9 is provided, to which a load can be attached.
  • support means 10 In the area of the front and rear corners of the mobile crane 1 (four) support means 10 are provided.
  • the support devices 10 each have an extendable support spar 11 which can be telescoped out and retracted with several telescoping cylinders.
  • the support beams 11 are extendable in a plane which is defined by (not shown) wheel axles or which may extend parallel to the footprint S.
  • a support cylinder 12 which can be extended in the direction of a footprint S of the mobile crane 1.
  • a support plate 13 which is placed on the footprint S, so that the support means 10 supports the mobile crane 1 there on the bottom side.
  • boom strength tables are used, which depend on a configuration, ie. H. indicate the selected length of the boom 5 and the extended boom segments 51 and depending on the load radius, a load limitation with respect to the boom resistance.
  • the cantilever strength tables thus define map-based limits for the attached load, which may not be exceeded or only with the issuance of a warning signal.
  • the cantilever strength tables can therefore be used to determine whether the load attached is less than, equal to or greater than the maximum allowable payload determined by the cantilever strength.
  • the support bars 11 are not fully extended.
  • the maximum permissible load of the mobile crane 1 is regularly determined not only on the basis of the boom strength determined boom strength and restrictions with respect to other parameters, but also significantly on the basis of a load limit, which is determined by the Abstützgeometrie defined by the support cylinder 12 support positions.
  • one or more additional parameters in particular the maximum allowable cylinder pressure of the luffing cylinder 6 and / or the support cylinders 12, the load capacity of the load rope 8, the load capacity of the turntable 4, and the like, may be determined by function-based load calculations as respective limitations on the allowable Cause or specify load.
  • the formation of the minimum of the determined load limits must limit the maximum permissible load overall to a value which can be less than the value of the load limit defined only by the arm strength.
  • a significant, reducing influence on the maximum permissible load can emanate from not fully extended Abstweilholmen 11 of the support means 10.
  • the respective degree of extension of the support bars 11 defines the four (or possibly only three) support positions of the support cylinders 12 on which, as a rule, the entire weight of the mobile crane 1, including the attached load, rests.
  • the connection of the support positions with each other forms a so-called Abstweilgeometrie, which should be defined by tilting lines KL.
  • the tilting lines KL represent the straight-line connections between two adjacent support positions of the support devices 10 and thereby determine possible axes about which the mobile crane 1 can tip over in the event of an overload. The smaller the distance of the center of mass of the mobile crane 1 from the tipping line KL, the lower the maximum permissible load, which is decisively determined by the supporting geometry.
  • a load limitation ie a maximum allowable load for a given load position can be determined.
  • This calculation can provide for a torque balance around the tilting line KL for different load positions.
  • the distance of the considered load position which corresponds to a projection of the three-dimensional spatial position of the suspended load on the substantially horizontal footprint S of the mobile crane 1, to the relevant tilting line KL and the relevant tilting lines KL determined.
  • the relevant tipping lines are determined by the fact that by the attached load (in relation to the area enclosed by the creasing lines KL) outward moment is effected about the respective tipping line.
  • the calculation of the distance between the projected load position and the tipping line may be performed in a known manner using trigonometric functions. Due to the attached load and the distance of the projected load position on the substantially horizontal footprint S to the critical tilting line KL can be determined in a known manner, a load tilting moment.
  • an amount of a determined by the weight of the mobile crane 1 stalling moment with respect to the tilting lines defined by the support positions or calculated in the mobile crane 1 KL is determined.
  • the distance of the center of gravity of the mobile crane 1 of the respective tipping lines KL can be determined using known, such as trigonometric functions, so that the stall moment can be determined from a product of the weight of the mobile crane 1 and the distance of the center of mass of the respective tipping line KL of Abst Reifengeometrie.
  • the difference between the load tilting moment and the stationary moment determines the stability of the mobile crane 1.
  • the load limits of the mobile crane 1 defined essentially by the boom position and the support geometry at a certain position (defined at least by rotation angle and Wippwinkel) of the boom 5 is determined by the fact that the difference between the load tilting moment and the stationary torque at a certain Abstweilgeometrie zero or when providing a predetermined tolerance corresponds to a certain predetermined value.
  • a course of load limiting which can be determined by an existing AbstNeillgeometrie and by an existing configuration of the mobile crane 1, for positions of the boom 5 depending on the rotation angle ⁇ and the rocking angle ⁇ can be determined.
  • the maximum permissible load can be determined by minimum formation of the individually determined load limits for the relevant position of the boom 5.
  • determining the maximum permissible load for several load positions in the geometric environment of the current load position monitoring can be carried out such that a movement of the boom 5 at least in a critical direction (with reducing maximum allowable load) slowed down or is suppressed and / or an output of a warning signal occurs as soon as the load on the boom reaches, exceeds or approaches a critical limit of the maximum permissible load.
  • a control unit 20 is provided to perform the monitoring function and the described determination of the maximum allowable payloads, based on the individually determined load limits.
  • This control unit 20 may be implemented in the general crane control or be implemented as an independent control unit.
  • control unit 20 is coupled to various sensors (not shown) to determine the actual position of the support cylinders 12 based on the extension length of the support beams 11, the rotation angle ⁇ of the boom 5, the tilt angle ⁇ of the boom 5, and the weight of the attached ones To receive load. Based on this information and on geometric specifications, such as the position of the center of gravity of the unloaded mobile crane 1 and the current configuration, in particular the boom configuration, the control unit 20 can carry out the calculations for determining the maximum permissible load.
  • the control unit 20 performs calculations in calculation cycles of a few milliseconds.
  • the respective maximum permissible loads for positions of the boom in a predetermined position range according to the above calculation scheme are determined cyclically for several positions of the boom 5.
  • resulting load limitations in terms of boom rigidity, Abstützgeometrie and with respect to one or more of the other and / or limiting parameters determined and linked together by minimum formation in order for the respective positions of the boom 5 to obtain the total maximum allowable loads.
  • the monitoring function of the control unit 20 can now be performed based on the current position of the boom 5 (or the current load position), the attached load and the maximum allowable loads for the positions of the boom 5 in the predetermined position range.
  • the local course of a load limit corresponds to those positions of the boom 5 or those positions of the load at which the currently attached load is equal to the maximum permissible load.
  • the monitoring may provide for slowing down, limiting, allowing or inhibiting a desired adjustment movement for the boom 5 as the load approaches or moves away from the payload limit.
  • the control unit 20 is preferably coupled to a display device 21 in order to provide a crane operator for deployment planning and operation of the mobile crane 1 via a display 22 with visual information about the maximum permissible load or the course of the load limit.
  • This visual information may relate to one or more subregions of the possible movements or positions of the boom 5.
  • the crane operator can be specified as an absolute value in the range of possible load positions for application planning in a currently set Abstützgeometrie and a current crane configuration, the respective maximum allowable load.
  • the positions of the respective maximum permissible load can be specified as the distance from a boom pivot axis.
  • FIG. 2 indicates the value of the maximum permissible load in different colors, brightness or shading for different positions of the suspended load about the boom rotation axis. It can be seen for each position of a load existing load capacity there, ie the maximum load on the basis of the graphically displayed coloring, brightness or shading, so that a crane operator can make an operational planning according to his Hubplan abruptly.
  • FIG. 3 shows as a further representation possibility based on the current load position, a segment view of the surrounding area about a current load position P.
  • a segment view of the surrounding area For example, based on the current angular position of the boom 5, an angular range of ⁇ 30 ° of the rotation angle ⁇ (other angular ranges are possible) and the entire radius range in a segment representation are displayed.
  • the radius range is determined by the effective boom length based on the actual boom length and the possible rocking angles (rocking angle between the minimum and maximum possible rocking angles). However, other radius ranges are conceivable. These should preferably include the current load position and the course of the load limit, by reaching or exceeding the maximum permissible load by the currently attached load.
  • the first payload area A can indicate, by means of a green color, the range of the load positions in which the currently suspended load falls below a predetermined proportion of the maximum permissible load, such as, for example, B. 90% of the maximum permissible load.
  • a second (critical) payload area B may have, by means of a yellow color, a critical range of load positions in which the attached load approximately reaches the maximum permissible load (eg between 90% and 100% of the maximum permissible load) (Impermissible) payload area C can indicate, for example by a red color, the range of load positions in which the currently attached load would exceed the maximum permissible load or the crane's stability due to its own weight is no longer guaranteed (eg rear stability) between the second payload area B and the third payload area C represents the load limit.
  • a critical range of load positions in which the attached load approximately reaches the maximum permissible load eg between 90% and 100% of the maximum permissible load
  • Impermissible payload area C can indicate, for example by a red color, the range of load positions in which the currently attached load would exceed the maximum permissible load or the crane's stability due to its own weight is no longer guaranteed (eg rear stability) between the second payload area B and the third payload area C represents the load
  • the control unit 20 calculates, for the respective instantaneous load position and for the positions of the boom 5, which correspond to the possible load positions surrounding the instantaneous load position, the corresponding maximum permissible loads and determines the corresponding proportion that the currently attached load has thereon. This proportion is shown in the segment representation depending on the position in a suitable manner by a flat optical design in color, etc.
  • the crane operator can recognize the distance between the instantaneous load position and a limit defined by the maximum permissible loads (ie, the limit by reaching or exceeding the maximum permissible load due to the attached load) so that it can judge which movements of the boom 5 are admissible and which bring about a critical approach to a load position where the attached load corresponds to the maximum permissible load.
  • a limit defined by the maximum permissible loads ie, the limit by reaching or exceeding the maximum permissible load due to the attached load
  • the control unit 20 can set a displacement speed of the boom depending on the course of the load limit, which indicates the positions of an attached load in which the maximum permissible load of the mobile crane 1 is exceeded by the attached load in the predetermined position range of the boom 5.
  • the displacement speed of the boom 5 may be adjusted depending on the suspended load and depending on a distance between a load position of the suspended load and a position where the attached load reaches the maximum allowable load.
  • the adjustment speed can be adjusted as a function of a gradient of the profile of the maximum permissible load with respect to the adjustment direction.
  • a reduction of the adjustment speed can be carried out depending on the ratio of the load to the maximum permissible load at the current load position.
  • the adjustment speed can be reduced relative to the user's request or the adjustment speed desired by the user can be limited if the gradient of the curve of the maximum permissible load in the direction of the desired adjustment movement is relatively large (eg greater than a predefined threshold value) and a minimum distance to the load limit is below.
  • Setting the adjustment speed as a function of the gradient of the curve of the maximum permissible load in the direction of the desired adjustment movement has the advantage that an approach to the payload limit is carried out so slowly that an overshoot of the boom 5 or the attached load beyond the load limit is avoided can be.
  • FIG. 4 a flowchart illustrating a method for operating the mobile crane 1 is shown.
  • step S1 a current position of the boom 5 and the current load position is determined. Starting from the current load position, further positions of the boom 5 are defined, which define a surrounding area of possible load positions around the current load position.
  • step S2 a respective load limitation is determined for the current position of the boom 5 and the other positions of the boom 5, which depends on the Abst Reifengeometrie.
  • a load limit indicated by the boom payload capability based on the boom strength table and respectively the one or more function-based load limits based on the other parameters are determined in step S4 and optionally determined with respect to further limiting parameters.
  • step S5 for the instantaneous position of the boom 5 and the further positions of the boom 5, a maximum permissible load capacity is determined by minimum formation of the load limits.
  • step S6 those positions of the boom 5 are determined from the above-given positions of the boom 5, where the attached load reaches or exceeds the maximum permissible load. These positions of the boom 5 define the load limit.
  • step S7 the load positions corresponding to the predetermined positions of the boom 5 are assigned to payload areas and plotted as described above.
  • the graphical representation may include the representation of the absolute values of the maximum permissible load for the entire payload range and / or the segment representation for representing the environment of the load position with respect to the payload limit.
  • the payload ranges distinguished by different optical design, so that a user can intuitively recognize permissible crane movements for the suspended load.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Mobilkrane, insbesondere Mobilkrane mit variablen Abstützgeometrien. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Ermitteln einer maximalen Traglastfähigkeit, Maßnahmen zur Sicherung der Standsicherheit des Mobilkrans sowie Mittel zur Anzeige von sicheren Arbeitsstellungen.
    • Stand der Technik
  • Mobilkrane werden zur Verbesserung der Standsicherheit bzw. zur Erhöhung der Traglastfähigkeit in der Regel mit einer Abstützeinrichtung versehen. Eine derartige Abstützeinrichtung umfasst seitlich von dem Mobilkran abstehende Abstützholme, an denen Abstützzylinder vorgesehen sind. Mit den Abstützzylindern kann ein abstehendes Ende auf einer Stellfläche des Mobilkrans abgestützt werden und dadurch die effektive Standfläche vergrößert werden. Mit der vergrößerten effektiven Standfläche kann die Traglastfähigkeit, d. h. die maximal zulässige Traglast des Mobilkrans verbessert werden.
  • Weiterhin sind zur Bestimmung der Tragfähigkeit, d. h. der maximal zulässigen Traglast an dem Ausleger, Traglasttabellen vorgesehen, in denen für die jeweilige Konfiguration des Mobilkrans die maximal zulässige Traglast basierend auf möglichen Freiheitsgraden angegeben wird. Insbesondere berücksichtigen die Traglasttabellen die Länge bzw. die Konfiguration, sowie z.B. den Drehwinkel des Auslegers (in der Regel 0-360°). Die auf den Traglasttabellen beruhende kennfeldbasierte Ermittlung der maximal zulässigen Traglast kann weiterhin durch funktionsbasierte, weitere Parameter berücksichtigende Modelle ergänzt werden, die z. B. die Tragfähigkeit des Lastseils in Betracht ziehen.
  • Insbesondere beim Einsatz der Mobilkrane auf einer beengten Stellfläche kann es vorkommen, dass die Abstützholme für den Einsatz des Mobilkrans nicht vollständig ausgefahren werden können, so dass sich durch die resultierenden Abstützpositionen eine unsymmetrische Abstützgeometrie ergibt. Bei Mobilkranen mit von vornherein festgelegter Abstützgeometrie, insbesondere im Einsatz mit vollständig ausgefahrenen Abstützholmen, kann die Bestimmung der maximal zulässigen Traglast mit herkömmlichen Traglasttabellen in bekannter Weise erfolgen und ausreichend sein. Jedoch ist es bei Mobilkranen mit variabler Abstützgeometrie bei einer Bestimmung der maximal zulässigen Traglast zusätzlich notwendig, die tatsächlichen Abstützpositionen des Mobilkrans zu berücksichtigen.
  • Für die Einsatzplanung werden in der Regel die maximalen Tragfähigkeiten abhängig von verschiedenen Parametern, insbesondere des Lastradius, sowie abhängig von der jeweiligen Konfiguration dargestellt. Ein Kranführer kann so im Vorfeld den Kranbetrieb, insbesondere Konfiguration und mögliche Hubwege einer zu hebenden Last, bestimmen. Beispielsweise ist aus der Druckschrift EP1 444 162 B1 ein Fahrzeugkran bekannt, bei dem in einer elektronischen Steuerungseinrichtung anhand einer der Parameter Last und Lastradius sowie Größe eines Gegengewichts und Gegengewichtsradius ein Arbeitsfeld auf einem Display graphisch dargestellt werden kann.
  • Aus der Druckschrift EP 1 925 586 B1 ist ein Mobilkran bekannt, in dem für verschiedene Parameter des Krans einzelne Grenzkurven oder Grenzwerte gespeichert sind, die zur Gewährleistung der Sicherheit des Kranbetriebs nicht oder nur unter Abgabe eines Alarmsignals überschritten werden dürfen. Des Weiteren weist der Mobilkran Mittel zur Gewährleistung der Kransicherheit auf, die derart ausgeführt sind, dass sie die einzelnen Grenzkurven oder Grenzwerte der verschiedenen Parameter auf Überschreitung überwachen. Eine der Grenzkurven stellt die Abhängigkeit der Auslegerfestigkeit über die geometrischen Freiheitsgrade des Auslegers dar oder basiert auf dieser Abhängigkeit.
  • Aus der Druckschrift EP 1 025 585 A1 ist ein Mobilkran mit einem drehbaren Ausleger bekannt, wobei ein Gesamtschwerpunkt des Krans und eine oder mehrere Kipplinien ermittelt werden. Die Standsicherheit des Krans wird überwacht. Es wird ein Signal abgegeben und/oder die weitere Kranbewegung unterbunden oder verändert, wenn sich der Abstand des Gesamtschwerpunkts von einer Kipplinie einem Grenzwert nähert bzw. diesen erreicht und/oder wenn das Verhältnis des Abstands des Gesamtschwerpunkts vom Drehkranzmittelpunkt zu dem Abstand der Kipplinie vom Drehkranzmittelpunkt in Richtung des Gesamtschwerpunkts sich einem Grenzwert nähert bzw. diesen erreicht.
  • Die Druckschrift EP 2 674 384 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung der Kransicherheit eines Krans mit einer variablen Abstützbasis und einer Überwachungseinheit. Dabei werden mehrere Sicherheitskriterien während des Kranbetriebes überwacht, indem für jedes Kriterium, das von wenigstens einem die Krankonfiguration bzw. Kranbewegung während des Kranbetriebs betreffenden Parameter abhängig ist, ein zulässiger spezifischer Grenzwert während des Kranbetriebs berechnet und auf Einhaltung überwacht wird.
  • Die Druckschrift DE 20 2010 014 309 U1 offenbart einen Kran, insbesondere Raupen- oder Mobilkran, mit wenigstens einem Überwachungs- und Simulationsmittel, mittels dessen ein Zustand des Kranes überwachbar und/oder simulierbar ist, wobei das Überwachungs- und Simulationsmittel wenigstens ein Eingabemittel und wenigstens ein Ausgabemittel aufweist und wobei mittels des Überwachungs- und Simulationsmittels der Zustandsverlauf, insbesondere die Traglastkurve des Kranes jederzeit, insbesondere auch bei Bewegung des Kranes und/oder des Auslegers des Kranes darstellbar und/oder ein möglicher Zustand und/oder möglicher Zustandsverlauf des Kranes, insbesondere die Traglastkurve des Kranes, simulierbar und/oder darstellbar ist.
  • Die Druckschrift EP 0539207 A1 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung für ein Baufahrzeug mit einem Ausleger, an den eine Last anhängbar ist. Aus der angehängten Last und einer auslegerpositionsabhängigen Nennlast kann ein Lastfaktor ermittelt werden. Eine Sicherheitsoperation wird abhängig von dem Lastfaktor ausgeführt.
  • Die Druckschrift WO2012135882A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung wenigstens eines Standsicherheitsparameters eines auf einem Fahrzeug montierten Ladekrans, wobei das Fahrzeug im Kranbetrieb über Räder und über von den Rädern gesonderte Abstützelemente am Untergrund abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Beiträge der Räder als auch Beiträge der Abstützelemente zu einer Größe des Standsicherheitsparameters erfasst werden und diese Größe mit wenigstens einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen, einem Kranführer sowohl zur Einsatzplanung als auch während des Kranbetriebs noch verbleibende Freiheitsgrade und geometrische Beschränkungen der Auslegerbewegung anzugeben und diese in einer einfach verständlichen Art grafisch anzuzeigen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Mobilkrans mit einem Ausleger gemäß Anspruch 1 sowie durch die Steuereinheit und das System gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
  • Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Mobilkrans mit einem Ausleger vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:
    • Ermitteln von maximal zulässigen Traglasten für mehrere Stellungen in einem vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers;
    • Ermitteln einer insbesondere örtlichen Traglastgrenze und/oder eines oder mehrerer insbesondere örtlicher Traglastbereiche basierend auf einer angehängten Last und auf den maximal zulässigen Traglasten für die mehreren Stellungen des vorgegebenen Stellungsbereichs des Auslegers; und
    • Betreiben des Mobilkrans abhängig von der Traglastgrenze und/oder von dem einem oder den mehreren Traglastbereichen.
  • Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, bei der Einsatzplanung oder beim Betrieb eines Mobilkrans mehrere mögliche Stellungen des Auslegers in dem vorgegebenen Stellungsbereich, möglichst unabhängig von einer aktuellen Bewegungsrichtung des Auslegers und die dafür geltenden maximal zulässigen Traglasten zu berücksichtigen. Dies ermöglicht ein sichereres Bedienen des Mobilkrans und bessere Einsatzplanung unter bestmöglicher Ausnutzung des Lasttragbereiches, d.h. unter optimaler Ausnutzung der Tragfähigkeit an jeder Lastposition im Arbeitsbereich, bis hin zu den durch die maximal zulässigen Traglasten bestimmten Traglastgrenzen. Insbesondere ermöglicht das obige Verfahren das Erkennen derjenigen Auslegerstellungen, bei denen bei der aktuell angehängten Traglast eine örtliche Traglastgrenze erreicht bzw. überschritten wird.
  • Weiterhin können die maximal zulässigen Traglasten für die mehreren Stellungen in dem vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers mithilfe einer Auslegerfestigkeitstabelle sowie basierend auf einer Abstützgeometrie von Abstützeinrichtungen ermittelt werden. Insbesondere können jeweilige Lastbegrenzungen durch die Auslegerfestigkeitstabelle, die auslegerfestigkeitsrelevante Traglastbeschränkungen angibt, und die Abstützgeometrie für jede der mehreren Stellungen des Auslegers bestimmt werden. Die maximal zulässigen Traglasten können dann durch eine Bestimmung des Minimums der durch die Auslegerfestigkeitstabelle und durch die Abstützgeometrie bestimmten Traglastgrenzen ermittelt werden.
  • Insbesondere können die durch die Abstützgeometrie bestimmten Lastbegrenzungen für die mehreren Stellungen des Auslegers in dem vorgegebenen Stellungsbereich mithilfe einer Momentenbilanz um eine oder mehrere durch die Abstützgeometrie bestimmten Kipplinien ermittelt werden.
  • Zusätzlich können die maximal zulässigen Traglasten für unterschiedliche Stellungen in dem vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers mithilfe von Lastbegrenzungen ermittelt werden, die durch ein oder mehrere, insbesondere von einem oder mehreren weiteren Parametern abhängigen, kennfeldbasierten oder funktionsbasierten Tragfähigkeitsmodelle bestimmt werden. Insbesondere können die mehreren weiteren Parameter begrenzende Kriterien darstellen, wie z.B. die maximale Belastung der Stützzylinder, des Drehkranzes, des Wippzylinders und anderer im Kraftfluss des Auslegers und seiner Verlagerung auf dem Kranoberwagen befindlicher Kranteile. Aus vorgenannten Wirkungszusammenhängen leiten sich die begrenzenden Kriterien in direkter oder indirekter Weise von der jeweiligen Abstützgeometrie in an sich bekannter Weise ab.
  • Es können beim Betreiben des Mobilkrans die mehreren Stellungen des Auslegers in einem bestimmten geometrischen Umfeld der momentanen Stellung des Auslegers in Betracht gezogen werden, um die maximal zulässigen Traglasten zu ermitteln, wobei eine Verstellgeschwindigkeit des Auslegers abhängig von einem dadurch ermittelten Verlauf einer Traglastgrenze im vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers gewählt, eingestellt und begrenzt wird.
  • Insbesondere können die Verstellgeschwindigkeiten des Auslegers in alle Bewegungsrichtungen abhängig von einem Abstand der aktuellen Lastposition und einer Traglastgrenze eingestellt werden. Die Traglastgrenze entspricht den Positionen der Last, an der die angehängte Last die maximal zulässige Traglast erreicht, wenn diese in einer Verstellrichtung bewegt wird. Insbesondere kann die Verstellgeschwindigkeit insbesondere abhängig von einem Gradienten des Verlaufs der maximal zulässigen Traglast bezüglich der Verstellrichtung eingestellt werden.
  • Weiterhin kann für den vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers die maximal zulässige Traglast als absolute Wertangabe oder als relative Wertangabe, die das Verhältnis der angehängten Last zur maximal zulässigen Traglast angibt, im vorgegebenen Stellungsbereich auf einer Anzeige dargestellt werden. Dadurch kann dem Kranführer eine Angabe darüber bereitgestellt werden, in wieweit er eine vorgegebene Last an einer vorgegebenen sicheren Startposition heraus, in eine unkritische Richtung gehend in eine zumindest zweite, sichere Zielposition bewegen kann.
  • Dadurch kann eine Bewegungsraumanzeige erzeugt werden, die ausgehend von der momentanen Stellung des Auslegers (zumindest definiert durch Drehwinkel und Lastradius) eine Umfelddarstellung des Hubfalls dem Kranführer bereitstellt. Die Umfelddarstellung ermöglicht es, instantan und visuell eine Position der angehängten Last und einen Verlauf von weiteren Positionen der Last, an denen die maximal zulässige Traglast überschritten ist bzw. wird, in der Umgebung der Position der angehängten Last zu erkennen. Auf diese Weise kann einem Kranführer eine Möglichkeit gegeben werden, mögliche verbleibende Freiheitsgrade der Bewegungen des Auslegers mit der angehängten Last sofort durch Betrachten der Umfelddarstellung auf der Anzeige zu erkennen und demgemäß den Ausleger in weitere Positionen bis hin zu einer sicheren Betriebsgrenze zu stellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die absolute Wertangabe oder die relative Wertangabe der maximal zulässigen Traglasten visuell unterscheidbar, insbesondere durch eine jeweils zugeordnete Färbung und/oder Helligkeit und/oder Schattierung, auf der Anzeige dargestellt werden. Diese Art der Darstellung erleichtert das intuitive Erfassen des Traglastverlaufes im gesamten Arbeitsbereich bzw. im unmittelbaren Umfeld der aktuellen Lastposition.
  • Insbesondere können die Traglastbereiche diejenigen Stellungen des Auslegers bzw. diejenigen Lastpositionen angeben, an denen ein Verhältnis der angehängten Last zu der maximal zulässigen Traglast innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuereinheit zum Betreiben eines Mobilkrans mit einem Ausleger vorgesehen, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, um:
    • maximal zulässige Traglasten für mehrere Stellungen in einem vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers zu ermitteln;
    • eine Traglastgrenze und/oder eines oder mehrerer Traglastbereiche basierend auf einer angehängten Last und auf den maximal zulässigen Traglasten für die mehreren Stellungen des vorgegebenen Stellungsbereichs des Auslegers zu ermitteln; und
    • den Mobilkran abhängig von der Traglastgrenze und/oder von dem einen oder den mehreren Traglastbereichen zu betreiben.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System für einen Mobilkran vorgesehen, umfassend:
    • die obige Steuereinheit; und
    • eine Anzeigeeinrichtung zur visuellen Darstellung einer Anzeige, um im vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers maximal zulässige Traglasten als absolute Wertangabe oder als relative Wertangabe für die mehreren Stellungen des Auslegers im vorgegebenen Stellungsbereich darzustellen, wobei das Verhältnis der angehängten Last zur bei einer Stellung des Auslegers bestehenden maximal zulässigen Traglast angegeben wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System für einen Mobilkran vorgesehen, umfassend
    • die obige Steuereinheit; und
    • eine Anzeigeeinrichtung zur visuellen Darstellung einer Anzeige, um für den vorgegebenen Stellungsbereich die Traglastbereiche um eine momentane Lastposition, die einer momentanen Stellung des Auslegers entspricht, visuell darzustellen.
  • Insbesondere kann die Anzeigeeinrichtung ausgebildet sein, um die Traglastbereiche flächig als visuell voneinander unterscheidbare Bereiche, insbesondere als farblich und/oder strukturell und/oder durch ihre Helligkeiten unterscheidbare Bereiche darzustellen
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figuren 1a und 1b
    eine schematische Draufsicht und eine Seitenansicht eines Mobilkrans mit variabler Abstützbasis;
    Figur 2
    eine graphische Darstellung der maximal zulässigen Traglasten eines Auslegers im gesamten Umgebungsbereich des Mobilkrans; und
    Figur 3
    eine Darstellung eines ausschnittsweisen Umgebungsbereichs der Position der an den Ausleger angehängten Last sowie der unkritischen, kritischen und unzulässigen Traglastbereiche in dem Umgebungsbereich.
    Figur 4
    ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Ermittlung der maximal zulässigen Traglast, der Traglastgrenze und zur Ausgabe einer Darstellung der die momentane Lastposition umgebenden Traglastbereiche.
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • In den Figuren 1a und 1b sind schematische Ansichten eines Mobilkrans 1 in einer Draufsicht und einer Seitenansicht dargestellt. Der Mobilkran 1 weist ein Fahrerhaus 2 und einen Kranoberwagen 3 auf, auf der ein in horizontaler Ebene drehbarer Drehkranz 4 mit einem darauf angebrachten Ausleger 5 angeordnet ist. Der Drehkranz 4 gestattet eine 360°-Verschwenkung des darauf angebrachten Auslegers 5. Ein Drehwinkel α des Auslegers 5 kann beliebig im gesamten Drehbereich des Auslegers 5 eingestellt werden. In einer Ausführungsform kann auf dem Kranoberwagen 3 ein Gegengewicht an dem Drehkranz 4 angebracht sein (hier nicht dargestellt), das an einer dem Ausleger 5 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
  • Weiterhin ist auf dem Drehkranz 4 ein hydraulischer Wippzylinder 6 angeordnet, durch den es möglich ist, den Ausleger 5 in einem Wippwinkel β, d. h. einem vertikalen Winkel senkrecht zur Horizontalen, zu verstellen.
  • Zudem kann der Ausleger 5 mit Auslegersegmenten (Auslegerkästen) 51 versehen sein, die teleskopartig ineinander verschiebbar sein können, um je nach gewünschter Auslegerkonfiguration die Länge des Auslegers 5 durch Einfahren oder Ausfahren der Auslegerkästen 51 einzustellen bzw. vorzugeben. Am oberen Ende des Auslegers 5 ist eine Umlaufrolle 52 für ein Lastseil 8 vorgesehen, an dessen Ende ein Lasthaken 9 vorgesehen ist, an den eine Last angehängt werden kann.
  • Im Bereich der vorderen und hinteren Ecken des Mobilkrans 1 sind (vier) Abstützeinrichtungen 10 vorgesehen. Die Abstützeinrichtungen 10 weisen jeweils einen ausfahrbaren Abstützholm 11 auf, der mit mehreren ineinander verschiebbaren Zylindern teleskopartig aus- und eingefahren werden kann. Die Abstützholme 11 sind dabei in einer Ebene ausfahrbar, die durch (nicht gezeigte) Radachsen definiert ist bzw. die sich parallel zur Stellfläche S erstrecken kann.
  • An dem vom Mobilkran 1 abstehenden Ende der Abstützholme 11 befindet sich jeweils ein Abstützzylinder 12, der in Richtung einer Stellfläche S des Mobilkrans 1 ausgefahren werden kann. Am Ende der Abstützzylinder 12 befindet sich jeweils eine Abstützplatte 13, die auf die Stellfläche S aufgesetzt wird, so dass die Abstützeinrichtung 10 den Mobilkran 1 dort bodenseitig abstützt.
  • Zur Bestimmung der maximalen zulässigen Traglast des Mobilkrans 1 werden Auslegerfestigkeitstabellen verwendet, die abhängig von einer Konfiguration, d. h. der gewählten Länge des Auslegers 5 und der ausgefahrenen Auslegersegmente 51 und abhängig vom Lastradius eine Lastbegrenzung bezüglich der Auslegerfestigkeit angeben. Die Auslegerfestigkeitstabellen definieren dadurch kennfeldbasierte Grenzen für die angehängte Traglast, die nicht oder nur unter Ausgabe eines Warnsignals überschritten werden dürfen. Mithilfe der Auslegerfestigkeitstabellen kann daher ermittelt werden, ob die angehängte Last kleiner, gleich oder größer als die durch die Auslegerfestigkeit bestimmte maximal zulässige Traglast ist.
  • Bei beengten Platzverhältnissen zum Abstellen des Mobilkrans 1 können unter Umständen die Abstützholme 11 nicht vollständig ausgefahren werden. Dies führt dazu, dass die größtmögliche Traglast, die bei der maximalen Ausfahrposition der Abstützholme 11 erreicht werden würde, nicht erreicht werden kann. So wird regelmäßig die maximal zulässige Traglast des Mobilkrans 1 nicht nur anhand der durch die Auslegerfestigkeitstabelle bestimmten Auslegerfestigkeit und Beschränkungen hinsichtlich sonstiger Parameter bestimmt, sondern auch maßgeblich anhand einer Lastbegrenzung, die durch die Abstützgeometrie der durch die Abstützzylinder 12 definierten Abstützpositionen bestimmt ist.
  • Zusätzlich zur Auslegerfestigkeit können ein oder mehrere zusätzliche Parameter, insbesondere der maximal zulässige Zylinderdruck des Wippzylinders 6 und/oder der Abstützzylinder 12, die Belastbarkeit des Lastseils 8, die Belastbarkeit des Drehkranzes 4 und dergleichen, durch funktionsbasierte Traglastberechnungen jeweilige Lastbegrenzungen als Begrenzungen für die erlaubte anzuhängende Traglast bewirken bzw. vorgeben. Dadurch muss ggf. durch die Bildung des Minimums der ermittelten Lastbegrenzungen die maximal zulässige Traglast insgesamt auf einen Wert begrenzt werden, der kleiner sein kann als der nur durch die Auslegerfestigkeit definierte Wert der Lastbegrenzung.
  • Ein erheblicher, reduzierender Einfluss auf die maximal zulässige Traglast kann von nicht vollständig ausgefahrenen Abstützholmen 11 der Abstützeinrichtung 10 ausgehen. Der jeweilige Grad des Ausfahrens der Abstützholme 11 definiert die vier (oder u.U. nur drei) Abstützpositionen der Abstützzylinder 12, auf denen in der Regel das gesamte Gewicht des Mobilkrans 1 einschließlich der angehängten Last ruht. Die Verbindung der Abstützpositionen untereinander bildet eine sogenannte Abstützgeometrie, die durch Kipplinien KL definiert sein soll. Die Kipplinien KL stellen die geradlinigen Verbindungen zwischen zwei benachbarten Abstützpositionen der Abstützeinrichtungen 10 dar und bestimmen dadurch mögliche Achsen, um die der Mobilkran 1 im Überlastfall kippen kann. Je geringer der Abstand des Massenschwerpunkts des Mobilkrans 1 von der Kipplinie KL ist, desto geringer ist die durch die Abstützgeometrie maßgeblich bestimmte maximal zulässige Traglast.
  • Ausgehend von der vorgegebenen Ausleger-Traglastfähigkeit, die durch die Auslegerfestigkeitstabelle definiert ist, sowie den kennfeld- oder funktionsbasierten Lastbegrenzungen für weitere Parameter, wie z.B. die Belastbarkeit des Wippzylinders 6, die Belastbarkeit der Abstützzylinder 12, die Belastbarkeit des Drehkranzes usw., kann abhängig von den durch die Abstützgeometrie bestimmten Kipplinien KL und der jeweiligen Auslegerstellung (definiert durch Drehwinkel α und Wippwinkel β) eine Lastbegrenzung, d. h. eine maximal zulässige Traglast für eine bestimmte Lastposition ermittelt werden.
  • Diese Berechnung kann vorsehen, für verschiedene Lastpositionen eine Momentenbilanz um die Kipplinie KL zu ermitteln. Im Detail wird der Abstand der betrachteten Lastposition, die einer Projektion der dreidimensionalen räumlichen Position der angehängten Last auf die im Wesentlichen horizontale Stellfläche S des Mobilkrans 1 entspricht, zu der relevanten Kipplinie KL bzw. den relevanten Kipplinien KL bestimmt. Die relevanten Kipplinien sind dadurch bestimmt, dass durch die angehängte Last ein (bezüglich der von den Kipplinien KL umschlossenen Fläche) nach außen wirkendes Moment um die betreffende Kipplinie bewirkt wird. Die Berechnung des Abstands zwischen der projizierten Lastposition und der Kipplinie kann in bekannter Weise mithilfe von trigonometrischen Funktionen durchgeführt werden. Durch die angehängte Last und den Abstand der projizierten Lastposition auf der im Wesentlichen horizontalen Stellfläche S zur kritischen Kipplinie KL lässt sich in bekannter Weise ein Last-Kippmoment bestimmen.
  • Weiterhin wird ein Betrag eines durch das Eigengewicht des Mobilkrans 1 bestimmten Standmoments bezüglich der durch die Abstützpositionen definierten oder im Mobilkran 1 berechneten Kipplinien KL bestimmt. Auch der Abstand des Massenschwerpunktes des Mobilkrans 1 von den betreffenden Kipplinien KL kann mithilfe bekannter, beispielsweise trigonometrischer Funktionen bestimmt werden, so dass das Standmoment aus einem Produkt des Gewichts des Mobilkrans 1 und des Abstands des Massenschwerpunkts von der betreffenden Kipplinie KL der Abstützgeometrie ermittelbar ist.
  • Insbesondere bestimmt die Differenz zwischen dem Last-Kippmoment und dem Standmoment die Standfestigkeit des Mobilkrans 1. Die im Wesentlichen durch die Auslegerposition und die Abstützgeometrie definierten Lastbegrenzungen des Mobilkrans 1 bei einer bestimmten Stellung (zumindest definiert durch Drehwinkel und Wippwinkel) des Auslegers 5 wird dadurch bestimmt, dass die Differenz zwischen dem Last-Kippmoment und dem Standmoment bei einer bestimmten Abstützgeometrie Null oder bei Vorsehen einer vorgegebenen Toleranz einem bestimmten vorgegebenen Wert entspricht. Somit kann ein Verlauf der Lastbegrenzung, die jeweils durch eine bestehende Abstützgeometrie und durch eine bestehende Konfiguration des Mobilkrans 1 bestimmt sein kann, für Stellungen des Auslegers 5 abhängig von dem Drehwinkel α und dem Wippwinkel β ermittelt werden.
  • Insgesamt kann die maximal zulässige Traglast bestimmt sein durch:
    • die von der Abstützgeometrie abhängige Lastbegrenzung,
    • die durch die Ausleger-Traglastfähigkeit angegebene Lastbegrenzung basierend auf der Auslegerfestigkeitstabelle, sowie
    • die eine oder die mehreren funktionsbasierten Lastbegrenzungen basierend auf den weiteren Parametern und gegebenenfalls bezüglich weiterer begrenzender Parameter, wie z.B. die Belastbarkeit des Wippzylinders, die Belastbarkeit der Abstützzylinder 12 in Abhängigkeit der jeweiligen Abstützgeometrie, die Belastbarkeit des Drehkranzes und dergleichen.
  • Die maximal zulässige Traglast kann durch Minimumbildung der so einzeln ermittelten Lastbegrenzungen für die betreffende Stellung des Auslegers 5 bestimmt werden.
  • Anhand der durch Bestimmung des Minimums ermittelten gesamten maximal zulässigen Traglast wird beim Kranbetrieb überwacht, ob die momentan angehängte Last bei der momentanen Auslegerstellung die ermittelte gesamte maximal zulässige Traglast überschreitet.
  • Durch Ermittlung der maximal zulässigen Traglast für mehrere Lastpositionen im geometrischen Umfeld der aktuellen Lastposition kann darüber hinaus eine Überwachung derart erfolgen, dass eine Bewegung des Auslegers 5 zumindest in eine kritische Richtung (bei sich reduzierender maximal zulässiger Traglast) verlangsamt oder unterbunden wird und/oder eine Ausgabe eines Warnsignal erfolgt, sobald die Last am Ausleger eine kritische Grenze der maximal zulässigen Traglast erreicht, überschreitet oder sich dieser annähert.
  • Auf dem Mobilkran ist eine Steuereinheit 20 vorgesehen, um die Überwachungsfunktion und die beschriebene Ermittlung der maximal zulässigen Traglasten, basierend auf den einzeln ermittelten Lastbegrenzungen durchzuführen. Diese Steuereinheit 20 kann in der generellen Kransteuerung implementiert sein oder als eigenständige Steuereinheit ausgeführt sein.
  • Zur Durchführung der Berechnung ist die Steuereinheit 20 mit diversen (nicht gezeigten) Sensoren gekoppelt , um die tatsächliche Position der Abstützzylinder 12 basierend auf der Ausfahrlänge der Abstützholme 11, den Drehwinkel α des Auslegers 5, den Kippwinkel β des Auslegers 5 und das Gewicht der angehängten Last zu erhalten. Basierend auf diesen Angaben und auf geometrischen Vorgaben, wie beispielsweise der Position des Massenschwerpunkts des unbelasteten Mobilkrans 1 und der momentanen Konfiguration, insbesondere der Auslegerkonfiguration, kann die Steuereinheit 20 die Berechnungen zur Ermittlung der maximalen zulässigen Traglast durchführen.
  • Die Steuereinheit 20 führt Berechnungen in Berechnungszyklen von wenigen Millisekunden durch. Dabei werden für die Überwachung zyklisch für mehrere Stellungen des Auslegers 5 die jeweiligen maximal zulässigen Traglasten für Stellungen des Auslegers in einem vorgegebenen Stellungsbereich gemäß obigem Berechnungsschema ermittelt. Für jede der zu betrachteten Stellungen des Auslegers 5 werden die von der jeweiligen Stellung des Auslegers 5 abhängigen, resultierenden Lastbegrenzungen (bezüglich Auslegerfestigkeit, Abstützgeometrie und bezüglich eines oder mehrerer der weiteren und/oder begrenzenden Parameter) ermittelt und durch Minimumbildung miteinander verknüpft, um für die jeweiligen Stellungen des Auslegers 5 die gesamten maximal zulässigen Traglasten zu erhalten.
  • Die Überwachungsfunktion der Steuereinheit 20 kann nun basierend auf der momentanen Stellung des Auslegers 5 (bzw. der momentanen Lastposition), der angehängten Last und den maximal zulässigen Traglasten für die Stellungen des Auslegers 5 in dem vorgegebenen Stellungsbereich durchgeführt werden. Der örtliche Verlauf einer Traglastgrenze entspricht denjenigen Stellungen des Auslegers 5 bzw. denjenigen Positionen der Last, an denen die aktuell angehängte Last gleich der maximal zulässigen Traglast ist. Beispielsweise kann die Überwachung vorsehen, eine gewünschte Verstellbewegung für den Ausleger 5 abhängig davon zu verlangsamen, zu begrenzen, zuzulassen oder zu unterbinden, ob sich die Last an die Traglastgrenze annähert oder sich davon wegbewegt.
  • Die Steuereinheit 20 ist vorzugsweise mit einer Anzeigeeinrichtung 21 gekoppelt, um einem Kranführer zur Einsatzplanung und zum Betrieb des Mobilkrans 1 über eine Anzeige 22 visuelle Informationen über die maximal zulässige Traglast bzw. den Verlauf der Traglastgrenze zur Verfügung zu stellen. Diese visuelle Information kann einen oder mehrere Teilbereiche der möglichen Bewegungen bzw. Stellungen des Auslegers 5 betreffen. Dabei kann dem Kranführer zur Einsatzplanung bei einer momentan eingestellten Abstützgeometrie und bei einer momentanen Krankonfiguration die jeweilige maximal zulässige Traglast in dem Bereich möglicher Lastpositionen als absoluter Wert angegeben werden. Insbesondere können die Positionen der jeweiligen maximal zulässigen Traglast als Abstand von einer Auslegerdrehachse angegeben werden.
  • Eine Vermittlung des Verlaufs der maximal zulässigen Traglasten kann beispielsweise durch eine Darstellung erfolgen, wie sie in der Anzeige 22 der Figur 2 gezeigt ist. Figur 2 zeigt für verschiedene Positionen der angehängten Last um die Auslegerdrehachse den Wert der jeweils maximal zulässigen Traglast in unterschiedlicher Färbung, Helligkeit oder Schattierung an. Man erkennt damit für jede Position einer Last die dort bestehende Tragfähigkeit, d.h. die maximal zulässige Last anhand der grafisch dargestellten Färbung, Helligkeit oder Schattierung, so dass ein Kranführer eine Einsatzplanung entsprechend seinem Hubplan unvermittelt vornehmen kann.
  • Figur 3 zeigt als weitere Darstellungsmöglichkeit basierend auf der momentanen Lastposition eine Segmentansicht des Umgebungsbereichs um eine momentane Lastposition P. Beispielsweise kann ausgehend von der momentanen Drehwinkelstellung des Auslegers 5 ein Winkelbereich von ± 30° des Drehwinkels α (auch andere Winkelbereiche sind möglich) und der gesamte Radiusbereich in einer Segmentdarstellung angezeigt werden. Der Radiusbereich ist durch die effektive Auslegerlänge basierend auf der tatsächlichen Auslegerlänge und den möglichen Wippwinkeln (Wippwinkel zwischen dem minimal und maximal möglichen Wippwinkel) bestimmt. Es sind jedoch auch andere Radiusbereiche denkbar. Diese sollten vorzugsweise die momentane Lastposition und den Verlauf der Traglastgrenze, die durch das Erreichen bzw. Überschreiten der maximal zulässigen Traglast durch die momentan angehängte Last beinhalten.
  • Die Segmentdarstellung zeigt auf einer Mittenachse M die momentane Lastposition P als Markierung an und durch farbliche Unterscheidung verschiedene Traglastbereiche, die die möglichen Lastpositionen in der geometrischen Umgebung der momentanen Lastposition P abbilden. In der dargestellten Ausführungsform sind drei Traglastbereiche gezeigt:
    • ein erster Traglastbereich A, in dem die angehängte Last deutlich kleiner ist als die maximal zulässige Traglast,
    • ein zweiter Traglastbereich B, in dem die angehängte Last annähernd der maximal zulässigen Traglast entspricht, und
    • ein dritter Traglastbereich C, in dem die angehängte Last gleich oder größer ist als die maximal zulässige Traglast.
    Die Traglastbereiche sind durch die Verläufe der Traglastgrenze bezüglich der Tragfähigkeitsauslastung definiert.
  • Der erste Traglastbereich A kann beispielsweise durch eine grüne Färbung den Bereich der Lastpositionen angeben, in dem die momentan angehängte Last unterhalb eines vorgegebenen Anteils der maximal zulässigen Traglast, wie z. B. 90% der maximal zulässigen Traglast, liegt. So kann ein zweiter (kritischer) Traglastbereich B beispielsweise durch eine gelbe Färbung einen kritischen Bereich von Lastpositionen, in dem die angehängte Last die maximal zulässige Traglast annähernd erreicht (z.B. zwischen 90% und 100% der maximal zulässigen Traglast liegt. Ein sich daran anschließender dritter (unzulässiger) Traglastbereich C kann beispielsweise durch eine rote Färbung den Bereich der Lastpositionen angeben, in dem die momentan angehängte Last die maximal zulässige Traglast überschreiten würde bzw. die Standsicherheit des Krans aufgrund seines Eigengewichts nicht mehr gewährleistet ist (z.B. rückwärtige Standsicherheit). Die Grenze zwischen dem zweiten Traglastbereich B und dem dritten Traglastbereich C stellt die Traglastgrenze dar.
  • Die Steuereinheit 20 berechnet für die jeweilige momentane Lastposition und für die Stellungen des Auslegers 5, die den möglichen Lastpositionen entsprechen, die die momentane Lastposition umgeben, die entsprechenden maximal zulässigen Traglasten und ermittelt den entsprechenden Anteil, den die momentan angehängte Traglast daran hat. Dieser Anteil wird in der Segmentdarstellung positionsabhängig in geeigneter Weise durch eine flächige optische Gestaltung farblich usw. dargestellt.
  • Dadurch kann der Kranführer zu jedem Zeitpunkt in jedem aktuellen Zustand des Mobilkrans 1 erkennen, welchen Abstand die momentane Lastposition von einer durch die maximal zulässigen Traglasten definierten Grenze (d.h. Grenze, die durch Erreichen bzw. Überschreiten der maximal zulässigen Traglast durch die angehängte Last) aufweist, so dass er beurteilen kann, welche Bewegungen des Auslegers 5 zulässig sind und welche eine kritische Annäherung an eine Lastposition bewirken, an der die angehängte Last der maximal zulässigen Traglast entspricht.
  • Befindet sich z. B. die Position der angehängten Last im zweiten (kritischen) Traglastbereich B, so kann jede Ansteuerung des Auslegers 5, die die Last weiter in Richtung einer Lastposition bringen würde, bei der die maximal zulässige Traglast verringert wäre, durch die Steuereinheit 20 mit verlangsamter Verstellgeschwindigkeit umgesetzt und/oder bei Erreichen der Traglastgrenze unterbunden werden. Dagegen dürfen Ansteuerungen in Verstellrichtungen des Auslegers 5, die die Traglast wieder zurück in den ersten (unkritischen) Bereich der Auslegerstellungen bringen würden, durch die Steuereinheit 20 unverändert ausgeführt werden.
  • Allgemein kann die Steuereinheit 20 also eine Verstellgeschwindigkeit des Auslegers abhängig von dem Verlauf der Traglastgrenze, die die Positionen einer angehängten Last angibt, bei der die maximal zulässige Traglast des Mobilkrans 1 durch die angehängte Last überschritten wird, im vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers 5 einstellen. Insbesondere kann die Verstellgeschwindigkeit des Auslegers 5 abhängig von der angehängten Last und abhängig von einem Abstand zwischen einer Lastposition der angehängten Last und einer Position, an der die angehängte Last die maximal zulässige Traglast erreicht, eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verstellgeschwindigkeit abhängig von einem Gradienten des Verlaufs der maximal zulässigen Traglast bezüglich der Verstellrichtung eingestellt werden. Zusätzlich kann eine Reduzierung der Verstellgeschwindigkeit abhängig von dem Verhältnis der Last zu der maximal zulässigen Traglast an der momentanen Lastposition erfolgen.
  • Insbesondere kann die Verstellgeschwindigkeit gegenüber dem Wunsch des Benutzers reduziert werden bzw. die vom Benutzer gewünschte Verstellgeschwindigkeit begrenzt werden, wenn der Gradient des Verlaufs der maximal zulässigen Traglast in Richtung der gewünschten Verstellbewegung relativ groß (z.B. größer als ein vorgegebener Schwellenwert) ist und ein Mindestabstand zu der Traglastgrenze unterschritten ist. Das Einstellen der Verstellgeschwindigkeit abhängig von dem Gradienten des Verlaufs der maximal zulässigen Traglast in Richtung der gewünschten Verstellbewegung hat den Vorteil, dass eine Annäherung an die Traglastgrenze so langsam ausgeführt wird, dass ein Überschwingen des Auslegers 5 bzw. der angehängten Last über die Tragfähigkeitsgrenze hinaus vermieden werden kann.
  • In Figur 4 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben des Mobilkrans 1 dargestellt.
  • In Schritt S1 wird eine momentane Stellung des Auslegers 5 und die momentane Lastposition ermittelt. Ausgehend von der momentanen Lastposition werden weitere Stellungen des Auslegers 5 definiert, die einen Umgebungsbereich von möglichen Lastpositionen um die momentane Lastposition definieren.
  • In Schritt S2 werden für die momentane Stellung des Auslegers 5 und die weiteren Stellungen des Auslegers 5 eine jeweilige Lastbegrenzung ermittelt, die von der Abstützgeometrie abhängt.
  • In einem nachfolgenden Schritt S3 werden für die momentane Stellung des Auslegers 5 und die weiteren Stellungen des Auslegers 5 jeweils eine durch die Ausleger-Traglastfähigkeit angegebene Lastbegrenzung basierend auf der Auslegerfestigkeitstabelle und in Schritt S4 jeweils die eine oder die mehreren funktionsbasierten Lastbegrenzungen basierend auf den weiteren Parametern und gegebenenfalls bezüglich weiterer begrenzender Parameter bestimmt.
  • In Schritt S5 wird für die momentane Stellung des Auslegers 5 und die weiteren Stellungen des Auslegers 5 jeweils eine maximal zulässige Tragfähigkeit durch Minimumbildung der Lastbegrenzungen bestimmt.
  • In Schritt S6 werden diejenigen Stellungen des Auslegers 5 aus den oben vorgegebenen Stellungen des Auslegers 5 bestimmt, an denen die angehängte Last die maximal zulässige Traglast erreicht oder überschreitet. Diese Stellungen des Auslegers 5 definieren die Traglastgrenze.
  • In Schritt S7 werden die Lastpositionen, die den vorgegebenen Stellungen des Auslegers 5 entsprechen, Traglastbereichen zugeordnet und wie oben beschrieben grafisch dargestellt. Die grafische Darstellung kann die Darstellung der Absolutwerte der maximal zulässigen Traglast für den gesamten Traglastbereich umfassen und/oder die Segmentdarstellung zur Darstellung des Umfeldes der Lastposition bezüglich der Traglastgrenze. Insbesondere werden bei der Segmentdarstellung die Traglastbereiche durch unterschiedliche optische Gestaltung voneinander unterschieden, so dass ein Benutzer intuitiv zulässige Kranbewegungen für die angehängte Last erkennen kann.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Mobilkrans (1) mit einem Ausleger (5), mit folgenden Schritten:
    - Ermitteln von maximal zulässigen Traglasten für mehrere Stellungen in einem vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers (5);
    - Ermitteln eines Verlaufs einer Traglastgrenze und/oder eines oder mehrerer Traglastbereiche basierend auf einer angehängten Last und auf den maximal zulässigen Traglasten für die mehreren Stellungen des vorgegebenen Stellungsbereichs des Auslegers (5), wobei der Verlauf der Traglastgrenze denjenigen Stellungen des Auslegers bzw. denjenigen Positionen der Last entspricht, an denen die aktuell angehängte Last gleich der maximal zulässigen Traglast ist, wobei die Traglastbereiche diejenigen Stellungen des Auslegers bzw. diejenigen Lastpositionen angeben, an denen ein Verhältnis der angehängten Last zu der maximal zulässigen Traglast innerhalb eines vorgegeben Bereichs liegt; und
    - Betreiben des Mobilkrans (1) abhängig von dem ermittelten Verlauf der Traglastgrenze und/oder dem einen oder den mehreren ermittelten Traglastbereichen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die maximal zulässigen Traglasten für den vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers (5) mithilfe einer Auslegerfestigkeitstabelle sowie basierend auf einer Abstützgeometrie von Abstützeinrichtungen (10) ermittelt werden, wobei insbesondere durch die Auslegerfestigkeitstabelle und die Abstützgeometrie für jede der mehreren Stellungen des Auslegers (5) jeweilige Lastbegrenzungen bestimmt werden, wobei durch Bestimmung des Minimums der durch die Auslegerfestigkeitstabelle und durch die Abstützgeometrie bestimmten Traglastgrenzen die maximal zulässigen Traglasten ermittelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die durch die Abstützgeometrie bestimmten Lastbegrenzungen für die mehreren Stellungen des Auslegers (5) in dem vorgegebenen Stellungsbereich mithilfe einer Momentenbilanz um eine oder mehrere durch die Abstützgeometrie bestimmte Kipplinien (KL) ermittelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die maximal zulässigen Traglasten für die Stellungen in dem vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers (5) mithilfe von Lastbegrenzungen ermittelt werden, die durch ein oder mehrere von einem oder mehreren weiteren Parametern abhängige, kennfeldbasierte oder funktionsbasierte Tragfähigkeits-Modelle oder durch einen oder mehrere begrenzende Parameter bestimmt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Betreiben des Mobilkrans (1) die mehreren Stellungen des Auslegers (5) in dem vorgegebenen Stellungsbereich in einem bestimmten geometrischen Umfeld zur momentanen Stellung des Auslegers (5) berücksichtigt werden, um die entsprechenden maximal zulässigen Traglasten zu ermitteln, wobei eine Verstellgeschwindigkeit des Auslegers (5) abhängig von einem dadurch ermittelten Verlauf einer Traglastgrenze im vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers (5) gewählt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Verstellgeschwindigkeit des Auslegers (5) abhängig von einer angehängten Last und abhängig von einem Abstand zwischen einer Position der angehängten Last und der Traglastgrenze eingestellt wird, wobei die Traglastgrenze der Positionen der Last entspricht, an der die angehängte Last die maximal zulässige Traglast erreicht, wenn diese in einer Verstellrichtung bewegt wird, wobei die Verstellgeschwindigkeit insbesondere abhängig von einem Gradienten des Verlaufs der maximal zulässigen Traglast bezüglich der Verstellrichtung eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei für den vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers (5) die maximal zulässigen Traglasten als absolute Wertangabe oder als relative Wertangabe, die das Verhältnis der angehängten Last zu der bei einer betreffenden Stellung des Auslegers (5) im vorgegebenen Stellungsbereich bestehenden maximal zulässigen Traglast angeben, im vorgegebenen Stellungsbereich auf einer Anzeige (22) dargestellt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die absolute Wertangabe oder die relative Wertangabe der maximal zulässigen Traglasten visuell unterscheidbar, insbesondere durch eine jeweils zugeordnete Färbung, Helligkeit oder Schattierung, auf der Anzeige dargestellt werden.
  9. Steuereinheit (20) zum Betreiben eines Mobilkrans (1) mit einem Ausleger (5), wobei die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, um Berechnungen auszuführen, um
    - maximal zulässige Traglasten für mehrere Stellungen in einem vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers (5) zu ermitteln;
    - einen Verlauf der Traglastgrenze und/oder einen oder mehrere Traglastbereiche basierend auf einer angehängten Last und auf den maximal zulässigen Traglasten für die mehreren Stellungen des vorgegebenen Stellungsbereichs des Auslegers (5) zu ermitteln, wobei der Verlauf der Traglastgrenze denjenigen Stellungen des Auslegers bzw. denjenigen Positionen der Last entspricht, an denen die aktuell angehängte Last gleich der maximal zulässigen Traglast ist, wobei die Traglastbereiche diejenigen Stellungen des Auslegers bzw. diejenigen Lastpositionen angeben, an denen ein Verhältnis der angehängten Last zu der maximal zulässigen Traglast innerhalb eines vorgegeben Bereichs liegt; und
    - den Mobilkran (1) abhängig von dem Verlauf der ermittelten Traglastgrenze und/oder von dem einen oder den mehreren ermittelten Traglastbereichen zu betreiben.
  10. System für einen Mobilkran (1) umfassend
    - eine Steuereinheit (20) nach Anspruch 9; und
    - eine Anzeigeeinrichtung (21) zur visuellen Darstellung einer Anzeige (22), um im vorgegebenen Stellungsbereich des Auslegers (5) maximal zulässige Traglasten als absolute Wertangabe oder als relative Wertangabe, die das Verhältnis der angehängten Last zur bei einer Stellung des Auslegers (5) bestehenden maximal zulässigen Traglast angeben, für Stellungen des Auslegers (5) im vorgegebenen Stellungsbereich darzustellen.
  11. System für einen Mobilkran (1) umfassend
    - eine Steuereinheit (20) nach Anspruch 9; und
    - eine Anzeigeeinrichtung (21) zur visuellen Darstellung einer Anzeige (22), um für den vorgegebenen Stellungsbereich die Traglastbereiche um eine momentane Lastposition, die einer momentanen Stellung des Auslegers entspricht, darzustellen.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Anzeigeeinrichtung (21) ausgebildet ist, um die Traglastbereiche flächig als visuell voneinander unterscheidbare Bereiche, insbesondere als farblich und/oder durch ihre Helligkeiten unterscheidbare Bereiche darzustellen
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