EP3169618B2 - Fill degree control for a bulk material gripper of a crane - Google Patents

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EP3169618B2
EP3169618B2 EP15739573.2A EP15739573A EP3169618B2 EP 3169618 B2 EP3169618 B2 EP 3169618B2 EP 15739573 A EP15739573 A EP 15739573A EP 3169618 B2 EP3169618 B2 EP 3169618B2
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EP
European Patent Office
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gripper
tensile force
load
controller
crane
Prior art date
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EP15739573.2A
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EP3169618A1 (en
EP3169618B1 (en
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Jürgen ROTHMANN
Arno Van De Loo
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Konecranes Global Oy
Original Assignee
Konecranes Global Oy
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    • B66C13/32Control systems or devices for electric drives for operating grab bucket hoists by means of one or more electric motors used both for hosting and lowering the loads and for opening and closing the bucket jaws

Definitions

  • the invention relates to a method for filling a gripper for bulk material according to the preamble of claim 1.
  • grabs are used to handle bulk materials such as ore, coal, grain, gravel or sand. These grabs, also known as two- or multiple-shell grabs, have a size, shape and number of shells that are optimized for the bulk material to be handled. This ensures that the grabs penetrate the bulk material well, fill with the bulk material and can be easily emptied by it.
  • the grabs are usually placed on the bulk material in an open position, sink into the bulk material under their own weight and during a closing movement the grabs grasp the bulk material and fill themselves with it.
  • the grabs are closed hydraulically or via cable drives.
  • the grab is designed as a so-called four-rope grab. Accordingly, there are two holding ropes and two closing ropes that can be moved independently of one another in order to open, close, raise and lower the grab.
  • the holding and closing ropes are driven separately via two rope drums.
  • To open the grab the closing ropes are relieved and the grab only hangs on the holding ropes.
  • the holding ropes engage a lever mechanism on the grab and, in conjunction with the grab's own weight, cause the grab to open.
  • the open grab with the closing rope slack is placed on the bulk material over the holding ropes.
  • the holding rope is then released in order to allow the grab to sink into the bulk material under the effect of its own weight.
  • the holding rope is then released.
  • the grab is then closed by tightening the closing ropes, which fills it and is then lifted by the closing ropes after the grab has closed.
  • the holding ropes must be tightened to avoid slack ropes.
  • the forces in the holding and closing ropes are then adjusted to one another again using appropriate controls, so that the subsequent lifting takes place together with the holding and closing ropes.
  • the EP 0 458 994 A1 A tension control for the gripper ropes of a bulk material handling device which comprise holding ropes and closing ropes.
  • the holding tension is regulated accordingly.
  • the holding tension is regulated in such a way that the effect of the dead weight on the bulk material is not reduced during the closing process, since the gripper is only raised when it is completely closed. The tension control therefore does not influence the level of filling of the gripper.
  • DD 244 962 A1 A method for controlling the material pick-up for an automated gripper operation is described.
  • a gripper opening angle and a closing time of the gripper placed on the bulk material are monitored. If the gripper cannot be closed to a specified extent within a specified time during the closing process, the closing process is interrupted and a lifting mechanism is activated to lift the gripper from the bulk material. The closing process is then started again and checked to see whether it can be carried out as specified.
  • EP 2 226 287 B1 A method is known for filling a gripper suspended from holding ropes, the gripper filling volume of which is influenced by regulating a holding torque of a holding mechanism for the gripper in such a way that a gripping curve of the gripper is raised during the closing process.
  • the invention is based on the object of creating a method for the optimal filling of a gripper for bulk material, which is raised and lowered by a crane via a control system and which acts on the bulk material with its own weight during closing and filling.
  • a filling level of the gripper is influenced by reducing the effect of the gripper's own weight on the bulk material by influencing a tensile force acting in the holding ropes
  • an optimized filling level of the gripper is achieved by determining a tensile force target value for the holding ropes via the control system, the tensile force target value is output as an input variable to a tensile force controller, the tensile force controller controls an electric motor for raising and lowering the gripper and a determined tensile force actual value of the holding ropes is fed to the tensile force controller as an input variable.
  • This invention advantageously makes it possible to control the filling level of a bulk material grab. This means that an excessive number of overload shutdowns are avoided when a crane with a bulk material grab is in operation, thus increasing the crane's handling capacity. Such overload shutdowns occur when the grab penetrates very deeply into the bulk material to be lifted during grab operation, thus taking too much bulk material into the grab. This alone can lead to an overload shutdown of the crane if the grab takes in more bulk material than the crane can lift. In combination with a large crane radius, this effect is intensified because the crane's permitted load capacity decreases, making overload even easier to reach, and in turn leading to an overload shutdown of the crane. If the grab is undersized in relation to the crane, such overload shutdowns of the crane can only occur if the crane radius is large.
  • a crane Since the handling capacity of the crane is always optimized from an economic point of view, a crane is more likely to be operated within the range of its permitted load capacity and thus with a grab that can achieve an optimal filling level over the entire outreach range. In other words, one that is slightly oversized in relation to the load capacity of the crane or optimally dimensioned in relation to small outreaches. This means that a grab used is more likely to be overfilled in relation to the crane and thus the method according to the invention, which aims to specifically reduce the effect of the grab's own weight, can intervene. It is also possible to use grabs that are too large in relation to the load capacity of the crane and the bulk density of the bulk material to be conveyed, since these are only partially filled using the invention.
  • the influence on the tensile force acting in the holding ropes, which is carried out in order to reduce the effect of the gripper's own weight on the bulk material, in particular during the closing process of the gripper, is therefore carried out to such an extent that the gripper penetrates less deeply into the bulk material than it would do under its own weight alone.
  • control system according to the invention made it possible to reduce the number of overload shutdowns by 90%, while increasing handling capacity.
  • a load capacity within the meaning of the invention consists of the dead weight of the grab, the bulk material picked up and, in the case of a rope grab, the dead weight of the rope between the boom tip and the grab.
  • a point in time of a change in the tensile force target value and a step size of a change in the tensile force target value are fed into the control system via a trend module based on the progression of the determined loads.
  • a trend module Based on stored empirical values - such as handling a comparable bulk material with the current grab - and the filling levels recorded during the crane's handling operation, an optimal filling level can be achieved more quickly and overloads can be safely avoided.
  • the changes in the target tensile force value are dynamically adjusted during the closing process so that the load curve is used optimally in the entire radius range or outreach range and overloads are avoided or at least minimized.
  • the tensile force target value is increased via the trend module if the frequency of overload shutdowns exceeds a preselected value related to the load cycles and/or if the frequency of exceedances of the maximum permissible load exceeds a preselected value related to the maximum permissible load for a given radius.
  • the tensile force target value is reduced via the trend module if the frequency of overload shutdowns falls below a preselected value related to the load cycles and/or if the frequency of exceedances of the maximum permissible load falls below a preselected value related to the maximum permissible load for a given radius.
  • the gripper is subjected to the actual tensile force value directed in a lifting direction via the crane by means of the control during closing and filling.
  • control system determines the filling level of the grab from a load determined immediately after the filled grab is lifted and the known dead weight of the grab.
  • the determination of the filling level is made more precise by the fact that a length of a free rope starting from the gripper and in the lifting direction is fed to the control system via a rope length module as an input variable, in the control system when calculating the filling level of the gripper, the gripper's own weight is also taken into account. a dead weight of the free rope is added.
  • Cranes for handling bulk materials usually have a luffing boom, so that the crane's reach changes during handling and the corresponding luffing of the boom.
  • the control system therefore has the maximum permissible load in order to detect overload cases and determine the level of filling of the grab.
  • a nominal tensile force value is manually entered into the control system as an input value via a start value module.
  • the start value can be entered based on experience. This allows the control system to reach an optimal filling level of the gripper more quickly.
  • the tensile force target value is iteratively reduced or increased in the control system based on the input variables from the load curve module, the rope length module and the determined load until the filling level of the gripper is in the range of 100%.
  • control underlying the method according to the invention is also considered to be independently inventive and its use is accompanied by the advantages described above for the method.
  • the Figure 1 shows a view of a mobile harbor crane 1 for handling bulk goods 14, such as ore, coal, grain, gravel or sand, between land and water or within handling terminals.
  • the mobile harbor crane 1 is equipped with a gripper 2 for handling bulk goods and essentially consists of a tubular base 3 and an upper carriage 4 with a tower 5 and a boom 6.
  • the base 3 is firmly mounted on a floating pontoon 7.
  • an undercarriage can also be provided, which rests on a quay for the handling process and can be moved on the quay via rubber tires or on rails.
  • the upper carriage 4 is rotatably mounted on the base 3 and can be pivoted about a vertical axis of rotation d via a slewing gear (not shown).
  • the upper carriage 4 also carries a lifting gear 8 in a rear area of the upper carriage 4, in which a counterweight 9 is also located.
  • the tower 5, which extends in the vertical direction, is also supported on the upper carriage 4, to the top of which a roller head 10 with cable pulleys is attached.
  • the boom 5 is articulated on the tower 5 approximately in the area of its half length and on the side facing away from the counterweight 9.
  • the boom 5 is connected to the tower 4 at one end so that it can pivot about a horizontal luffing axis W.
  • the boom 6 can be pivoted by a luffing angle w from its multitude of laterally projecting operating positions into an upright rest position via a luffing mechanism 11, which is articulated on the boom 6 and at the bottom of the upper carriage 4 and is usually designed as a hydraulic cylinder.
  • the boom 6 is also usually designed as a lattice mast. Further cable pulleys are rotatably mounted on the boom tip 6a of the boom 6 facing away from the tower 4, via which holding cables 12 and closing cables 13 are guided to the gripper 2, starting from the hoist h, via the roller head 10 and the boom tip 6a.
  • the luffing angle w is enclosed between a vertical V that runs through the luffing axis W and a straight line G that runs in the area of an upper chord of the boom 6 and through the luffing axis W.
  • a change in the luffing angle w is accompanied by a change in the outreach a of the crane 1, which is related to the maximum load of the crane 1.
  • the outreach a corresponds to a horizontal distance between the vertical V through the luffing axis W and a rope direction S that is also vertical.
  • the rope direction S coincides with the free holding and closing ropes 12, 13 that run from the boom tip 6a and swing out.
  • the rope length I indicates a dimension for the freely hanging section of the holding and closing ropes 12, 13 between the boom sprayer 6a and the grab 2.
  • FIG. 1 It can be seen that a ship 15 loaded with bulk goods 14, in particular a lighter, a barge or a skiff, can be loaded or unloaded by the crane 1.
  • FIG. 2 a so-called load curve of the port crane 1 is shown.
  • the load curve shows the maximum permitted load of the crane 1 in tons over the outreach a in meters.
  • two load ranges I and II can be roughly distinguished.
  • the first load range I due to the dimensioning of the crane 1 in the range of a outreach of 0m to about 38m, no reduction in the maximum permitted load capacity of around 63t. From a radius a of around 38m up to a maximum radius of around 51m, the maximum permitted load capacity decreases with increasing radius a. This area is defined as the second load capacity area II.
  • the second load capacity area II has been divided into a first load capacity sub-area II1, second load capacity sub-area II2, third load capacity sub-area II3 and fourth load capacity sub-area II4. Based on this load capacity curve, an overload is defined as exceeding the maximum permitted load capacity by around 10%.
  • FIG 3 is an enlarged view of the grab 2 for bulk material from Figure 1 shown.
  • the gripper 2 has two shells 2a and is designed as a four-rope gripper which is suspended from two holding ropes 12 and two closing ropes 13.
  • the holding and closing ropes 12, 13 can be wound up and unwound independently of one another from two rope drums arranged within the lifting mechanism 8, which are separate from one another and driven separately via holding and closing winches, in order to open, close, raise and lower the gripper 2.
  • the closing ropes 13 are relieved and the gripper 2 only hangs from the holding ropes 12.
  • the holding ropes 12 engage a lever mechanism 16 of the gripper 2 and, in conjunction with the weight of the gripper 2, cause the gripper 2 to open.
  • the opened gripper 2 with the closing rope 13 slack is placed onto the bulk material 14 via the holding ropes 12.
  • the holding cable 12 is then released.
  • the gripper 2 is closed by pulling the closing cables 13 in the lifting direction h.
  • the gripper fills with the bulk material 14 and can also dig into the bulk material 14.
  • a tension regulator 18 for the holding cables 12 which also serves as a slack cable regulator and is part of a control system 17 (see Figure 4 )
  • only the holding cables 12 are held under tension so that the gripper 2 can sink into the bulk material 14 under its own weight.
  • the holding cables 12 are only held under tension as long as the closing cables 13 are closing the gripper 2.
  • the gripper 2 also fills with bulk material 14 as a result of the closing process. After the gripper 2 has been closed, it is lifted by the closing cables 13. In parallel, the holding cables 12 are then tightened to prevent slack in the cable. In the area where the gripper 2 is lifted, the forces in the holding and closing cables 12, 13 are then adjusted to one another again using an appropriate control system so that the subsequent lifting takes place together with the holding and closing cables 12, 13.
  • the total load may be too high in relation to the maximum permissible load, taking into account the current radius a.
  • This total load is essentially made up of the weight of the bulk material 14 picked up, the weight of the gripper 2 and the weight of the free rope length I of the holding and closing ropes 12, 13.
  • a load moment limiter 20 (see Figure 4 ) further lifting of the load is stopped in order to protect the crane.
  • This total load can be determined, for example, in the form of a load force FLast via strain gauges on a cable drum of the hoist 8 and is available to the load moment limitation 20 as an input variable. This overload shutdown is logged in a crane database 21.
  • overload shutdowns can occur more frequently during crane operation if the load capacity of the crane 1, bulk material density, grab volume and grab weight are not coordinated with one another. This is often the case if grabs 2 with too large a grab volume are used in relation to the bulk material 14 to be conveyed. When the crane 1 is in operation, however, the choice of grab 2 used is not always optimal.
  • a payload and the total load when opening the gripper 2 at the target position are recorded in the crane database 21.
  • the payload in terms of the weight of the bulk material 14 picked up is calculated from the total load minus the dead weight of the gripper 2 and the weight of the free rope length I of the holding and closing ropes 12, 13.
  • a completed load cycle without an overload is then also recorded in the crane database 21.
  • the Figure 4 shows a schematic representation of a control 17, in particular a programmable logic controller, for optimizing the filling level of the gripper 2 for bulk material 14, based on which the function of the control 17 is explained in more detail.
  • the control 17 the goal is achieved of independently adjusting the filling level of the gripper 2 with bulk material 14 depending on the load curve of the crane 1.
  • the filling level of the gripper 2 is optimally utilized without overloading the crane 1 with regard to its load curve.
  • the controller 17 outputs a tensile force target value Fsoll for the holding cables 12 as a control variable, which serves as an input variable for the tensile force controller 18.
  • the tensile force controller 18 controls an electric motor 19, which drives a cable drum (not shown) for the holding cables 12.
  • the tensile force controller 18 is fed an ACTUAL tensile force value Fist, which corresponds to a measured tensile force in the holding cables 12.
  • the ACTUAL tensile force value Fist is determined from the current data of the electric motor 19, in particular the motor current.
  • the rope length module 22a the rope length I is determined which is present between the gripper 2 and the boom tip 6a shortly before the gripper 2 is placed on the bulk material 14. This can then be used to determine the dead weight of the holding and closing ropes 12, 13.
  • the control 17 receives data on the maximum permissible load (SWL, safe working load) as a function of the radius a via the load curve module 22b.
  • the radius a is determined in the usual way via the measured luffing angle w.
  • the start value module 22c serves as an additional input variable, via which a start value for the tensile force DESIRED value Fdesired can be entered manually. This is helpful after a gripper change in order to reach an optimal filling of the gripper 2 more quickly.
  • the trend module 22d in which trends are determined from determined utilizations in relation to the maximum permissible load, which lead to an increase or decrease in the nominal tensile force value Fsoll. The trends can be set on the basis of empirical values. In particular, the trend module 22d determines the number of overload shutdowns, which correspond approximately to a utilization of more than 110% of the maximum permissible load.
  • the control system 17 represents an iterative process in which the filling level of the gripper 2 adjusts to the load-bearing capacity curve. Starting with an overload shutdown due to an excessive load in the gripper 2, the outreach a and load-bearing capacity are saved. When the gripper 2 penetrates the bulk material 14 again, its holding cables 12 are subjected to a preselected tension load corresponding to the outreach a in order to achieve a less deep penetration of the gripper 2 into the bulk material 14 due to its own weight. In this way, the gripper 2 picks up less material and the crane 1 can be operated without an overload shutdown depending on the size of the preselected amount. Since the penetration of the gripper into the material depends on various factors, the preselected amount is recalculated for each gripping process.
  • the tensile force target value Fsoll is increased further. As a result, the tensile force target value Fsoll is incremented until the frequency of overload shutdowns or exceedances of the maximum permissible load, which no longer exceeds the preselected value in relation to the load cycles.
  • the traction force target value Fsoll is reduced in the control system. If this reduction is not sufficient because the frequency of overload shutdowns has not yet reached a preselected value in relation to the load cycles, the traction force target value Fsoll is further reduced. As a result, the traction force target value Fsoll is incremented downwards until the frequency of overload shutdowns reaches the preselected value in relation to the load cycles.
  • the extent to which the tensile force target value Ftarget is increased or decreased in the control system 17 and how quickly the system reacts to the change in trend can be parameterized in the control system 17. This allows the control system 17 to be adapted to the crane 1, the load curve of the crane 1, the bulk material density, the grab volume and the grab's own weight.
  • the tensile force target value Fsoll is also increased when the selected load curve is sufficiently utilized. This prevents the overload limit values from being exceeded. This is done via a corresponding fuzzy logic in the control system 17. This increase in the tensile force target value Fsoll also serves to sufficiently pre-tension the holding ropes 12 at the end of the closing process of the gripper 2 so that when the gripper 2 is almost closed, the load is distributed across all four ropes 12, 13 and thus no "dead time" occurs when the gripper 2 is raised.
  • the tensile force target values Fsoll are automatically adjusted to take into account the free rope length I of the holding and closing ropes 12, 13.
  • the tensile force target values Fsoll are increased proportionally depending on the rope length I as the rope length I increases and decreased as the rope length I decreases. This proportional adjustment of the tensile force target values Fsoll leads to a compensation of the tensile forces that arise due to the dead weight of the holding and closing ropes 12, 13.
  • a further automatic adjustment of the nominal pulling force values Fsoll occurs when the radius changes and thus the maximum permissible load changes.
  • the evaluation of the trends in the control system 17 which leads to a calculation of the nominal tensile force value Fsoll, it is intended that this takes place taking into account the load curve with the first load range I, the first load sub-range II1, the second load sub-range II2, the third load sub-range II3 and the fourth load sub-range II4.
  • the first load range I the maximum permissible load is not dependent on the outreach.
  • a correction of the nominal tensile force value Fsoll therefore does not take place.
  • the non-linear second load range II is divided into the load sub-ranges II1, II2, II3 and II4.
  • the determined trends are assigned to the various load or sub-ranges I, II1, II2, II3 and II4.
  • control unit 17 the individual increases or decreases in the desired traction force value Fsoll are added together and transmitted to the traction force controller 18.
  • tensile force target value Ftarget is set in % of the nominal torque of the electric motor 19 so that the gripper 2 no longer sinks into the bulk material 14. The electric motor 19 then applies such a high torque that the gripper weight is maintained.
  • the frequency of shutdowns must be reduced after approximately 3 consecutive shutdowns by changing the parameters or by manually specifying the tensile force target value Fsoll.
  • the parameters that influence the change in the tensile force target value Fsoll can be set within the control system 17. An adjustment is made when the crane is put into operation depending on the crane and the gripper used. Since the aim of the control system 17 according to the invention is to optimally fill the gripper 2 with bulk material 14, each optimized handling process will take place at approximately 100% of the permissible load, i.e. close to an overload, so that the incremental increase and decrease of the tensile force target value Fsoll still leads to overload shutdowns but with a significantly reduced frequency.
  • overload shutdowns are not disruptive in relation to the load cycles per hour and are considered a good control result within the context of the present control system 17. This means that with, for example, 50 to 60 load cycles per hour, 5 to 6 overload shutdowns can still occur. In this case, an overload shutdown is also counted as a load cycle. Without the control 17 according to the invention, overload shutdowns can occur up to over 50% of the load cycles per hour, especially if the crane is used for a heavy bulk material 14 with a gripper 2 that is too large in relation to the bulk material density.
  • the grab 2 is always completely full over time, even when work is being carried out on different load hatches, since the grab is always automatically loaded to capacity depending on the outreach a, without the crane driver having to intervene.
  • the invention described above includes not only a determination and control of tensile forces, but also of corresponding moments.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen eines Greifers für Schüttgut gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method for filling a gripper for bulk material according to the preamble of claim 1.

Es ist allgemein bekannt, dass für den Umschlag von Schüttgütern wie beispielsweise Erz, Kohle, Getreide, Kies oder Sand Greifer verwendet werden. Diese auch als Zwei- oder Mehrschalengreifer bezeichneten Greifer weisen eine Größe, Formgebung und Anzahl der Schalen auf, die jeweils in Hinblick auf das umzuschlagende Schüttgut optimiert ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Greifer gut in das Schüttgut eindringen, sich gut mit dem Schüttgut füllen und von diesem entleeren lassen. Üblicherweise werden die Greifer in einer Offenstellung auf dem Schüttgut abgesetzt, sinken über ihr Eigengewicht in das Schüttgut ein und während einer Schließbewegung erfassen die Greifer das Schüttgut und füllen sich hiermit. Das Schließen der Greifer erfolgt hydraulisch oder über Seiltriebe.It is common knowledge that grabs are used to handle bulk materials such as ore, coal, grain, gravel or sand. These grabs, also known as two- or multiple-shell grabs, have a size, shape and number of shells that are optimized for the bulk material to be handled. This ensures that the grabs penetrate the bulk material well, fill with the bulk material and can be easily emptied by it. The grabs are usually placed on the bulk material in an open position, sink into the bulk material under their own weight and during a closing movement the grabs grasp the bulk material and fill themselves with it. The grabs are closed hydraulically or via cable drives.

Aus dem deutschen Patent DE 199 55 750 B4 ist ein Kran mit einem Greifer für Schüttgut bekannt. Der Greifer ist als sogenannter Vierseil-Greifer ausgebildet. Demnach sind zwei Halteseile und zwei Schließseile vorhanden, die unabhängig voneinander bewegbar sind, um den Greifer zu öffnen, zu schließen, zu heben und zu senken. Die Halte- und Schließseile werden über zwei Seiltrommeln getrennt angetrieben. Um den Geifer zu öffnen, werden die Schließseile entlastet und der Greifer hängt nur noch an den Halteseilen. Die Halteseile greifen an einer Hebelmechanik des Greifers an und bewirken in Verbindung mit dem Eigengewicht des Greifers ein Öffnen des Greifers. Für ein Füllen wird der geöffnete Greifer mit schlaffem Schließseil über die Halteseile auf das Schüttgut aufgesetzt. Um den Greifer unter der Wirkung seines Eigengewichtes in das Schüttgut einsinken zu lassen, wird dann das Halteseil nachgelassen. Durch ein Anziehen der Schließseile wird dann der Greifer geschlossen, wobei dieser sich füllt und anschließend nach Schließen des Greifers von den Schließseilen angehoben. Hierbei müssen dann parallel die Halteseile gestrafft werden, um Schlaffseil zu vermeiden. Im Bereich des Anhebens des Greifers werden dann über entsprechende Steuerungen die Kräfte in den Halte- und Schließseilen wieder aneinander angeglichen, so dass das anschließende Heben gemeinsam mit den Halte- und Schließseilen erfolgt.From the German patent DE 199 55 750 B4 is a crane with a grab for bulk material. The grab is designed as a so-called four-rope grab. Accordingly, there are two holding ropes and two closing ropes that can be moved independently of one another in order to open, close, raise and lower the grab. The holding and closing ropes are driven separately via two rope drums. To open the grab, the closing ropes are relieved and the grab only hangs on the holding ropes. The holding ropes engage a lever mechanism on the grab and, in conjunction with the grab's own weight, cause the grab to open. To fill the grab, the open grab with the closing rope slack is placed on the bulk material over the holding ropes. The holding rope is then released in order to allow the grab to sink into the bulk material under the effect of its own weight. The holding rope is then released. The grab is then closed by tightening the closing ropes, which fills it and is then lifted by the closing ropes after the grab has closed. In parallel, the holding ropes must be tightened to avoid slack ropes. In the area where the gripper is being lifted, the forces in the holding and closing ropes are then adjusted to one another again using appropriate controls, so that the subsequent lifting takes place together with the holding and closing ropes.

Üblicherweise finden Daten über die Schüttgutdichte, das Greifervolumen und das Eigengewicht des Greifers keinen Eingang in eine Kransteuerung des Krans. Unter den rauen Einsatzbedingung des Greifers wird ein Füllstand des Greifers nur indirekt mittels Erfahrungswerten berücksichtigt.Usually, data on the bulk material density, the grab volume and the grab's own weight are not included in the crane control system. Under the rough operating conditions of the grab, the grab's fill level is only taken into account indirectly using empirical values.

Aus der DD 288 138 A5 ist bereits ein Verfahren zum Verhindern einer Greiferüberlastung eines an Halteseilen und Schließseilen aufgehängten Greifers bekannt. Hierbei wird während des Schließvorgangs eine in den Schließseilen sowie in den Halteseilen wirkende Zugkraft gemessen und deren Differenz mit einem Sollwert für die in den Schließseilen wirkende Zugkraft verglichen. Wenn die Differenz einen vorgegebenen Wert für die Soll-Schließkraft übersteigt, wird der Haltemotor aktiviert, wodurch der noch nicht vollständig geschlossene Greifer angehoben und hierbei weiter geschlossen wird. Auf diese Weise wird die Wirkung des Eigengewichts des Greifers, mit dem der Greifer während des Schließens und Füllens auf das Schüttgut einwirkt, verringert und ein Füllgrad des Greifers beeinflusst.From the DD288138A5 A method for preventing overloading of a gripper suspended from holding ropes and closing ropes is already known. During the closing process, a tensile force acting in the closing ropes and in the holding ropes is measured and the difference is compared with a target value for the tensile force acting in the closing ropes. If the difference exceeds a specified value for the target closing force, the holding motor is activated, which raises the gripper, which is not yet fully closed, and closes it further. In this way, the effect of the gripper's own weight, with which the gripper acts on the bulk material during closing and filling, is reduced and the fill level of the gripper is influenced.

Des Weiteren ist aus der EP 0 458 994 A1 eine Zugregelung für die Halteseile und Schließseile umfassenden Greiferseile eines Schüttgutumschlaggerätes bekannt. Um einen beim Schließen des Greifers durch schlaffe Halteseile verursachten Ruck zu vermeiden, wird der Haltezug entsprechend geregelt. Die Regelung des Haltezugs erfolgt jedoch derart, dass während des Schließvorgangs keine verringerte Wirkung des Eigengewichts auf das Schüttgut erreicht wird, da der Greifer erst angehoben wird, wenn er vollständig geschlossen ist. Die Zugregelung beeinflusst daher nicht den Füllgrad des Greifers.Furthermore, the EP 0 458 994 A1 A tension control for the gripper ropes of a bulk material handling device, which comprise holding ropes and closing ropes, is known. In order to avoid a jolt caused by slack holding ropes when closing the gripper, the holding tension is regulated accordingly. However, the holding tension is regulated in such a way that the effect of the dead weight on the bulk material is not reduced during the closing process, since the gripper is only raised when it is completely closed. The tension control therefore does not influence the level of filling of the gripper.

In der DD 244 962 A1 ist ein Verfahren zur Gutaufnahmesteuerung für einen automatisierten Greiferbetrieb beschrieben. Hierbei werden beim Schließvorgang des Greifers ein Greiferöffnungswinkel und eine Schließzeit des auf dem Schüttgut abgesetzten Greifers überwacht. Wenn der Greifer beim Schließvorgang nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit in einem vorgegebenen Maße geschlossen werden kann, wird der Schließvorgang unterbrochen und ein Hubwerk aktiviert, um den Greifer vom Schüttgut anzuheben. Anschließend wird der Schließvorgang erneut gestartet und überprüft, ob er wie vorgegeben durchgeführt werden kann.In the DD 244 962 A1 A method for controlling the material pick-up for an automated gripper operation is described. During the gripper closing process, a gripper opening angle and a closing time of the gripper placed on the bulk material are monitored. If the gripper cannot be closed to a specified extent within a specified time during the closing process, the closing process is interrupted and a lifting mechanism is activated to lift the gripper from the bulk material. The closing process is then started again and checked to see whether it can be carried out as specified.

Aus der europäischen Patentschrift EP 2 226 287 B1 ist ein Verfahren zum Füllen eines an Halteseilen aufgehängten Greifers bekannt, dessen Greiferfüllvolumen beeinflusst wird, indem ein Haltemoment eines Haltewerks für den Greifer so geregelt wird, dass während des Schließvorgangs eine Greifkurve des Greifers angehoben wird.From the European patent specification EP 2 226 287 B1 A method is known for filling a gripper suspended from holding ropes, the gripper filling volume of which is influenced by regulating a holding torque of a holding mechanism for the gripper in such a way that a gripping curve of the gripper is raised during the closing process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum optimalen Füllen eines Greifers für Schüttgut, der von einem Kran über eine Steuerung angehoben und abgesenkt wird und der während des Schließens und Füllens mit seinem Eigengewicht auf das Schüttgut einwirkt, zu schaffen.The invention is based on the object of creating a method for the optimal filling of a gripper for bulk material, which is raised and lowered by a crane via a control system and which acts on the bulk material with its own weight during closing and filling.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Füllen eines Greifers für Schüttgut mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und eine Verwendung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method for filling a gripper for bulk material with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention and a use of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Füllen eines Greifers für Schüttgut, der an Halteseilen aufgehängt ist, von einem Kran über eine Steuerung angehoben und abgesenkt wird und der während des Schließens und Füllens mit seinem Eigengewicht auf das Schüttgut einwirkt, wobei über die Steuerung ein Füllgrad des Greifers mittels einer Verringerung der Wirkung des Eigengewichts des Greifers auf das Schüttgut beeinflusst wird, indem eine in den Halteseilen wirkende Zugkraft beeinflusst wird, ein optimierter Füllgrad des Greifers dadurch erreicht, dass über die Steuerung für die Halteseile ein Zugkraft-SOLL-Wert bestimmt wird, der Zugkraft-SOLL-Wert als Eingangsgröße an einen Zugkraftregler ausgegeben wird, von dem Zugkraftregler ein Elektromotor zum Heben und Senken des Greifers gesteuert wird und dem Zugkraftregler ein ermittelter Zugkraft-IST-Wert der Halteseile als Eingangsgröße zugeführt wird. Hierdurch werden auch Überlastabschaltungen vermieden.According to the invention, in a method for filling a gripper for bulk material, which is suspended on holding ropes, is raised and lowered by a crane via a control system and which acts on the bulk material with its own weight during closing and filling, wherein a filling level of the gripper is influenced by reducing the effect of the gripper's own weight on the bulk material by influencing a tensile force acting in the holding ropes, an optimized filling level of the gripper is achieved by determining a tensile force target value for the holding ropes via the control system, the tensile force target value is output as an input variable to a tensile force controller, the tensile force controller controls an electric motor for raising and lowering the gripper and a determined tensile force actual value of the holding ropes is fed to the tensile force controller as an input variable. This also avoids overload shutdowns.

Mit dieser Erfindung wird vorteilhafter Weise erreicht, dass der Füllgrad eines Schüttgut-Greifers gesteuert werden kann. Hieraus ergibt sich dann, dass im Betrieb eines Krans mit einem Schüttgut-Greifer eine übermäßige Anzahl von Überlastabschaltungen vermieden wird und somit die Umschlagleistung des Krans erhöht wird. Derartige Überlastabschaltungen treten auf, wenn im Greiferbetrieb der Greifer sehr tief in das anzuhebende Schüttgut eindringt und somit zu viel Schüttgut in den Greifer aufgenommen. Dies allein kann bereits zu einer Überlastabschaltung des Krans führen, wenn der Greifer mehr Schüttgut aufnimmt als der Kran heben kann. In Kombination mit einer großen Ausladung des Krans wird dieser Effekt verstärkt, da die zugelassene Traglast des Kran abnimmt und somit eine Überlast noch leichter erreicht wird und es wiederum zu einer Überlastabschaltung des Krans kommt. Sollte der Greifer in Bezug auf den Kran eher unterdimensioniert sein, kann es nur bei großer Ausladung des Krans zu derartigen Überlastabschaltungen des Krans kommen. Da die Umschlagleistung des Kran in wirtschaftlicher Hinsicht immer optimiert wird, wird ein Kran eher im Bereich seiner zugelassenen Traglast betrieben und somit mit einem Greifer, der über den gesamten Ausladungsbereich einen optimalen Füllgrad erreichen kann. Also der in Bezug auf die Traglast des Kran eher leicht überdimensioniert oder in Bezug auf geringe Ausladungen optimal dimensioniert ist. Hiermit geht einher, dass ein eingesetzter Greifer in Bezug auf den Kran eher zum Überfülltwerden neigt und somit das erfindungsgemäße Verfahren, dass auf eine gezielte Verringerung der Wirkung des Eigengewichts des Greifers abzielt, angreifen kann. Auch wird ermöglicht, in Bezug auf Traglast des Krans und die Schüttgutdichte des zu fördernden Schüttgutes zu große Greifer einzusetzen, da diese über die Erfindung nur teilweise gefüllt werden. Die Beeinflussung der in den Halteseilen wirkenden Zugkraft, die vorgenommen wird, um insbesondere während des Schließvorgangs des Greifers die Wirkung des Eigengewichts des Greifers auf das Schüttgut zu verringern, erfolgt hierbei also in einem solchen Ausmaß, dass der Greifer weniger weit in das Schüttgut eindringt, als er es allein durch sein Eigengewicht tun würde.This invention advantageously makes it possible to control the filling level of a bulk material grab. This means that an excessive number of overload shutdowns are avoided when a crane with a bulk material grab is in operation, thus increasing the crane's handling capacity. Such overload shutdowns occur when the grab penetrates very deeply into the bulk material to be lifted during grab operation, thus taking too much bulk material into the grab. This alone can lead to an overload shutdown of the crane if the grab takes in more bulk material than the crane can lift. In combination with a large crane radius, this effect is intensified because the crane's permitted load capacity decreases, making overload even easier to reach, and in turn leading to an overload shutdown of the crane. If the grab is undersized in relation to the crane, such overload shutdowns of the crane can only occur if the crane radius is large. Since the handling capacity of the crane is always optimized from an economic point of view, a crane is more likely to be operated within the range of its permitted load capacity and thus with a grab that can achieve an optimal filling level over the entire outreach range. In other words, one that is slightly oversized in relation to the load capacity of the crane or optimally dimensioned in relation to small outreaches. This means that a grab used is more likely to be overfilled in relation to the crane and thus the method according to the invention, which aims to specifically reduce the effect of the grab's own weight, can intervene. It is also possible to use grabs that are too large in relation to the load capacity of the crane and the bulk density of the bulk material to be conveyed, since these are only partially filled using the invention. The influence on the tensile force acting in the holding ropes, which is carried out in order to reduce the effect of the gripper's own weight on the bulk material, in particular during the closing process of the gripper, is therefore carried out to such an extent that the gripper penetrates less deeply into the bulk material than it would do under its own weight alone.

In der Praxis konnte durch die erfindungsgemäße Steuerung die Anzahl an Überlastabschaltungen um 90% herabgesetzt werden und dass bei erhöhter Umschlagsleistung.In practice, the control system according to the invention made it possible to reduce the number of overload shutdowns by 90%, while increasing handling capacity.

Eine Traglast im Sinne der Erfindung setzt sich aus dem Eigengewicht des Greifers, aufgenommenen Schüttgut und im Falle eines Seilgreifers aus dem Eigengewicht des Seils zwischen Auslegerspitze und Greifer zusammen.A load capacity within the meaning of the invention consists of the dead weight of the grab, the bulk material picked up and, in the case of a rope grab, the dead weight of the rope between the boom tip and the grab.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass in der Steuerung über ein Tendenzmodul an Hand von Verläufen von ermittelten Traglasten ein Zeitpunkt einer Änderung des Zugkraft-SOLL-Werts und eine Schrittweite einer Änderung des Zugkraft-SOLL-Werts zugeführt wird. Durch die Einbindung des Tendenzmoduls kann auf Grund von abgespeicherten Erfahrungswerten - wie beispielsweise Umschlagen eines vergleichbaren Schüttguts mit dem aktuellen Greifer - und während des Umschlagbetriebs des Krans aufgezeichneten erreichten Füllgraden schneller ein optimaler Füllgrad erreicht werden und sicherer Überlasten vermieden werden. Hierbei werden die Änderungen des Zugkraft-SOLL-Werts beim Schließvorgang dynamisch angepasst, so dass eine optimale Ausnutzung der Traglastkurve im gesamten Radiusbereich beziehungsweise Ausladungsbereich gegeben ist und Überlastungen vermieden oder zumindest minimiert werden.According to the invention, it is also provided that a point in time of a change in the tensile force target value and a step size of a change in the tensile force target value are fed into the control system via a trend module based on the progression of the determined loads. By integrating the trend module, Based on stored empirical values - such as handling a comparable bulk material with the current grab - and the filling levels recorded during the crane's handling operation, an optimal filling level can be achieved more quickly and overloads can be safely avoided. The changes in the target tensile force value are dynamically adjusted during the closing process so that the load curve is used optimally in the entire radius range or outreach range and overloads are avoided or at least minimized.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass über das Tendenzmodul der Zugkraft-SOLL-Wert erhöht wird, wenn die Häufigkeit von Überlastabschaltungen einen auf die Lastzyklen bezogenen vorgewählten Wert übersteigt und/oder wenn die Häufigkeit von Überschreitungen der maximal zulässigen Traglast einen auf die maximal zulässige Traglast für eine gegebene Ausladung vorgewählten Wert übersteigt.In an advantageous embodiment, it is provided that the tensile force target value is increased via the trend module if the frequency of overload shutdowns exceeds a preselected value related to the load cycles and/or if the frequency of exceedances of the maximum permissible load exceeds a preselected value related to the maximum permissible load for a given radius.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass über das Tendenzmodul der Zugkraft-SOLL-Wert erniedrigt wird, wenn die Häufigkeit von Überlastabschaltungen einen auf die Lastzyklen bezogenen vorgewählten Wert unterschreitet und/oder wenn die Häufigkeit von Überschreitungen der maximal zulässigen Traglast einen auf die maximal zulässige Traglast für eine gegebene Ausladung vorgewählten Wert unterschreitet.In an advantageous embodiment, it is provided that the tensile force target value is reduced via the trend module if the frequency of overload shutdowns falls below a preselected value related to the load cycles and/or if the frequency of exceedances of the maximum permissible load falls below a preselected value related to the maximum permissible load for a given radius.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass über den Kran mittels der Steuerung der Greifer während des Schließens und Füllens mit dem in einer Richtung Heben gerichteten Zugkraft-IST-Wert beaufschlagt wird.In a particularly advantageous embodiment, it is provided that the gripper is subjected to the actual tensile force value directed in a lifting direction via the crane by means of the control during closing and filling.

Um etwaige Überlastungen des Krans zu vermeiden, ist vorgesehen, dass in der Steuerung der Füllgrad des Greifers aus einer unmittelbar nach dem Anheben des gefüllten Greifers ermittelten Traglast und dem bekannten Eigengewicht des Greifers bestimmt wird.In order to avoid any overloading of the crane, the control system determines the filling level of the grab from a load determined immediately after the filled grab is lifted and the known dead weight of the grab.

Die Bestimmung des Füllgrades wird dadurch genauer, dass der Steuerung über ein Seillängenmodul als Eingangsgröße eine Länge eines freien Seils ausgehend von dem Greifer und in der Richtung Heben zugeführt wird, in der Steuerung bei der Berechnung des Füllgrads des Greifers dem Eigengewicht des Greifers auch ein Eigengewicht des freien Seils zugerechnet wird.The determination of the filling level is made more precise by the fact that a length of a free rope starting from the gripper and in the lifting direction is fed to the control system via a rope length module as an input variable, in the control system when calculating the filling level of the gripper, the gripper's own weight is also taken into account. a dead weight of the free rope is added.

Üblicher Weise weisen Krane für den Schüttgutumschlag einen wippbaren Ausleger aus, so dass während des Umschlagens und entsprechendes Wippen des Auslegers sich die Ausladung des Kran verändert. Um dies zu berücksichtigen, ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Steuerung über ein Traglastkurvenmodul als Eingangsgröße für den Kran eine maximal zulässige Traglast in Abhängigkeit von einer Ausladung des Greifers zugeführt wird. Somit verfügt die Steuerung über die maximal zulässige Traglast, um Überlastfälle festzustellen und den Füllgrad des Greifers zu bestimmen.Cranes for handling bulk materials usually have a luffing boom, so that the crane's reach changes during handling and the corresponding luffing of the boom. To take this into account, it is advantageous to provide the control system with a maximum permissible load dependent on the reach of the grab via a load curve module as an input variable for the crane. The control system therefore has the maximum permissible load in order to detect overload cases and determine the level of filling of the grab.

Auch ist von Vorteil, dass in die Steuerung über ein Startwertmodul als Eingangsgröße manuell ein Zugkraft-SOLL-Wert als Startgröße eingegeben wird. Insbesondere nach einem erfolgten Greiferwechsel oder bei Beginn einer neuen Umschlagaufgabe mit einem Schüttgut mit anderer Dichte kann auf Grund von Erfahrungswerten die Startgröße eingegeben werden. Hierdurch kann die Steuerung schneller einen optimalen Füllgrad des Greifers erreichen.It is also advantageous that a nominal tensile force value is manually entered into the control system as an input value via a start value module. In particular, after a gripper has been changed or when starting a new handling task with bulk material of a different density, the start value can be entered based on experience. This allows the control system to reach an optimal filling level of the gripper more quickly.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird in der Steuerung iterativ der Zugkraft-SOLL-Wert anhand der Eingangsgrößen aus dem Traglastkurvenmodul, dem Seillängenmodul und der ermittelten Traglast erniedrigt beziehungsweise erhöht, bis der Füllgrad des Greifers im Bereich von 100% liegt.In a preferred embodiment, the tensile force target value is iteratively reduced or increased in the control system based on the input variables from the load curve module, the rope length module and the determined load until the filling level of the gripper is in the range of 100%.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens für einen als Kran mit einem Greifer, der über Halteseile und Schließseile angehoben, abgesenkt, geöffnet und geschlossen wird.The use of the above-described method according to the invention is particularly advantageous for a crane with a gripper that is raised, lowered, opened and closed via holding ropes and locking ropes.

Die dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Grunde liegende Steuerung wird auch als eigenständig erfinderisch angesehen und deren Einsatz geht einher mit den zu dem Verfahren vorbeschriebenen Vorteilen.The control underlying the method according to the invention is also considered to be independently inventive and its use is accompanied by the advantages described above for the method.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • Figur 1 eine Ansicht eines Hafenkrans mit einem Greifer für Schüttgut,
  • Figur 2 eine Traglastkurve eines Hafenkrans gemäß Figur 1,
  • Figur 3 eine vergrößerte Ansicht des Greifers für Schüttgut von Figur 1 und
  • Figur 4 eine schematische Darstellung einer Steuerung zur Optimierung des Füllgrads des Greifers für Schüttgut.
The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in a drawing.
  • Figure 1 a view of a harbor crane with a grab for bulk goods,
  • Figure 2 a load curve of a harbour crane according to Figure 1 ,
  • Figure 3 an enlarged view of the bulk material grab from Figure 1 and
  • Figure 4 a schematic representation of a control system for optimizing the filling level of the grab for bulk material.

Die Figur 1 zeigt eine Ansicht eines Hafenmobilkrans 1 für den Umschlag von Schüttgütern 14, wie beispielsweise Erz, Kohle, Getreide, Kies oder Sand, zwischen Land und Wasser beziehungsweise innerhalb von Umschlag-Terminals. Der Hafenmobilkran 1 ist mit einem Greifer 2 zum Umschlag von Schüttgütern ausgerüstet und besteht im Wesentlichen aus einem rohrförmigen Standsockel 3 und einem Oberwagen 4 mit einem Turm 5 und einem Ausleger 6. Der Standsockel 3 ist fest auf einem Schwimmponton 7 montiert. Anstatt des Standsockels 3 kann auch ein Unterwagen vorgesehen sein, der auf einem Kai für den Umschlagvorgang ruht und auf dem Kai über Gummireifen oder auf Schienen verfahrbar ist. Auf dem Standsockel 3 ist der Oberwagen 4 drehbar gelagert und über ein nicht dargestelltes Drehwerk um eine vertikale Drehachse d schwenkbar. Der Oberwagen 4 trägt auch ein Hubwerk 8 in einem rückwärtigen Bereich des Oberwagens 4, in dem sich auch ein Gegengewicht 9 befindet. Auch ist auf dem Oberwagen 4 der sich in Vertikalrichtung erstreckende Turm 5 abgestützt, an dessen Spitze ein Rollenkopf 10 mit Seilscheiben befestigt ist. Des Weiteren ist an dem Turm 5 etwa im Bereich seiner halben Länge und auf der dem Gegengewicht 9 abgewandten Seite der Ausleger 5 angelenkt. Der Ausleger 5 ist an einem Ende um eine horizontale Wippachse W schwenkbar mit dem Turm 4 verbunden. Über ein an dem Ausleger 6 und unten an dem Oberwagen 4 angelenktes Wippwerk 11, das üblicher Weise als Hydraulikzylinder ausgebildet ist, ist der Ausleger 6 um einen Wippwinkel w aus seiner Vielzahl von seitlich auskragenden Betriebsstellungen in eine aufrechte Ruhestellung verschwenkbar. Außerdem ist der Ausleger 6 in üblicher Weise als Gittermast ausgebildet. An der dem Turm 4 abgewandten Auslegerspitze 6a des Auslegers 6 sind weitere Seilscheiben drehbar gelagert, über die ausgehend von dem Hubwerk h über den Rollenkopf 10 und die Auslegerspitze 6a Halteseile 12 und Schließseile 13 zu dem Greifer 2 geführt sind.The Figure 1 shows a view of a mobile harbor crane 1 for handling bulk goods 14, such as ore, coal, grain, gravel or sand, between land and water or within handling terminals. The mobile harbor crane 1 is equipped with a gripper 2 for handling bulk goods and essentially consists of a tubular base 3 and an upper carriage 4 with a tower 5 and a boom 6. The base 3 is firmly mounted on a floating pontoon 7. Instead of the base 3, an undercarriage can also be provided, which rests on a quay for the handling process and can be moved on the quay via rubber tires or on rails. The upper carriage 4 is rotatably mounted on the base 3 and can be pivoted about a vertical axis of rotation d via a slewing gear (not shown). The upper carriage 4 also carries a lifting gear 8 in a rear area of the upper carriage 4, in which a counterweight 9 is also located. The tower 5, which extends in the vertical direction, is also supported on the upper carriage 4, to the top of which a roller head 10 with cable pulleys is attached. Furthermore, the boom 5 is articulated on the tower 5 approximately in the area of its half length and on the side facing away from the counterweight 9. The boom 5 is connected to the tower 4 at one end so that it can pivot about a horizontal luffing axis W. The boom 6 can be pivoted by a luffing angle w from its multitude of laterally projecting operating positions into an upright rest position via a luffing mechanism 11, which is articulated on the boom 6 and at the bottom of the upper carriage 4 and is usually designed as a hydraulic cylinder. The boom 6 is also usually designed as a lattice mast. Further cable pulleys are rotatably mounted on the boom tip 6a of the boom 6 facing away from the tower 4, via which holding cables 12 and closing cables 13 are guided to the gripper 2, starting from the hoist h, via the roller head 10 and the boom tip 6a.

Der Wippwinkel w ist eingeschlossen zwischen einer Vertikalen V, die durch die Wippachse W verläuft, und einer Geraden G, die im Bereich eines Obergurtes des Auslegers 6 und durch die Wippachse W verläuft. In üblicher Weise geht eine Veränderung des Wippwinkels w mit einer Veränderung der Ausladung a des Krans 1 einher, die im Zusammenhang mit der maximalen Traglast des Krans 1 steht. Die Ausladung a entspricht einem horizontalem Abstand zwischen der Vertikalen V durch die Wippachse W und einer ebenfalls vertikalen Seilrichtung S. Die Seilrichtung S fällt mit den freien von der Auslegerspitze 6a ablaufenden und ausgependelten Halte- und Schließseilen 12, 13 zusammen. Außerdem wird mit der Seillänge I ein Maß für frei hängenden Abschnitt der Halte- und Schließseile 12, 13 zwischen der Auslegerspritze 6a und dem Greifer 2 angegeben.The luffing angle w is enclosed between a vertical V that runs through the luffing axis W and a straight line G that runs in the area of an upper chord of the boom 6 and through the luffing axis W. Typically, a change in the luffing angle w is accompanied by a change in the outreach a of the crane 1, which is related to the maximum load of the crane 1. The outreach a corresponds to a horizontal distance between the vertical V through the luffing axis W and a rope direction S that is also vertical. The rope direction S coincides with the free holding and closing ropes 12, 13 that run from the boom tip 6a and swing out. In addition, the rope length I indicates a dimension for the freely hanging section of the holding and closing ropes 12, 13 between the boom sprayer 6a and the grab 2.

Außerdem ist aus der Figur 1 ersichtlich, dass von dem Kran 1 ein mit Schüttgut 14 beladenes Schiff 15, insbesondere ein Leichter, eine Schute oder eine Barge, be- oder entladen werden kann.In addition, the Figure 1 It can be seen that a ship 15 loaded with bulk goods 14, in particular a lighter, a barge or a skiff, can be loaded or unloaded by the crane 1.

In der Figur 2 ist eine sogenannte Traglastkurve des Hafenkrans 1 dargestellt. Die Traglastkurve zeigt die maximal zugelassene Traglast des Krans 1 in Tonnen über der Ausladung a in Metern. Hierbei können grob zwei Traglastbereiche I und II unterschieden werden. In dem ersten Traglastbereich I ist auf Grund der Dimensionierung der Krans 1 im Bereich einer Ausladung von 0m bis etwa 38m keine Abnahme der maximal zugelassenen Traglast von etwa 63t zu verzeichnen. Ab einer Ausladung a von etwa 38m bis zu einer maximalen Ausladung von etwa 51m nimmt die maximal zugelassene Traglast mit zunehmender Ausladung a ab. Dieser Bereich wird als zweiter Traglastbereich II definiert. Im Zusammenhang mit der erfindungsmäßen Steuerung ist der zweite Traglastbereich II in einen ersten Traglastunterbereich II1, zweiten Traglastunterbereich II2, dritten Traglastunterbereich II3 und vierten Traglastunterbereich II4 aufgeteilt worden. Ausgehend von dieser Traglastkurve ergibt sich per Definition eine Überlast als Überschreiten der maximal zulässigen Traglast um etwa 10%.In the Figure 2 a so-called load curve of the port crane 1 is shown. The load curve shows the maximum permitted load of the crane 1 in tons over the outreach a in meters. Here, two load ranges I and II can be roughly distinguished. In the first load range I, due to the dimensioning of the crane 1 in the range of a outreach of 0m to about 38m, no reduction in the maximum permitted load capacity of around 63t. From a radius a of around 38m up to a maximum radius of around 51m, the maximum permitted load capacity decreases with increasing radius a. This area is defined as the second load capacity area II. In connection with the control system according to the invention, the second load capacity area II has been divided into a first load capacity sub-area II1, second load capacity sub-area II2, third load capacity sub-area II3 and fourth load capacity sub-area II4. Based on this load capacity curve, an overload is defined as exceeding the maximum permitted load capacity by around 10%.

In der Figur 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Greifers 2 für Schüttgut von Figur 1 dargestellt. Der Greifer 2 weist zwei Schalen 2a auf und ist als Vierseil-Greifer ausgebildet, der an zwei Halteseilen 12 und zwei Schließseilen 13 aufgehängt ist. Die Halte- und Schließseile 12, 13 sind unabhängig voneinander von zwei innerhalb des Hubwerks 8 angeordneter, voneinander getrennter und getrennt über Halte- und Schließwinden angetriebener Seiltrommeln auf- und abrollbar, um den Greifer 2 zu öffnen, zu schließen, zu heben und zu senken. Um den Geifer 2 zu öffnen, werden die Schließseile 13 entlastet und der Greifer 2 hängt nur noch an den Halteseilen 12. Die Halteseile 12 greifen an einer Hebelmechanik 16 des Greifers 2 an und bewirken in Verbindung mit dem Eigengewicht des Greifers 2 ein Öffnen des Greifers 2. Für ein Füllen wird der geöffnete Greifer 2 mit schlaffem Schließseil 13 über die Halteseile 12 auf das Schüttgut 14 aufgesetzt. Um den Greifer 2 unter der Wirkung seines Eigengewichtes in das Schüttgut 14 einsinken zu lassen, wird dann das Halteseil 12 nachgelassen. Durch ein Anziehen der Schließseile 13 in Richtung Heben h wird der Greifer 2 geschlossen. Durch das Schließen der Schalen 2a des Greifers 2 füllt dieser sich mit dem Schüttgut 14 und kann sich auch in das Schüttgut 14 eingraben. Beim Eingraben werden über einen auch als Schlaffseilregler dienenden Zugkraftregler 18 für die Halteseile 12, der Bestandteil einer Steuerung 17 ist (siehe Figur 4), nur die Halteseile 12 auf Zug gehalten, so dass der Greifer 2 durch sein Eigengewicht in das Schüttgut 14 einsinken kann. Die Halteseile 12 werden nur solange auf Zug gehalten, wie die Schließseile 13 den Greifer 2 schließen. Auch füllt sich der Greifer 2 durch den Schließvorgang mit Schüttgut 14. Anschließend nach dem Schließen des Greifers 2 wird dieser von den Schließseilen 13 angehoben. Parallel werden dann die Halteseile 12 gestrafft, um Schlaffseil zu vermeiden. Im Bereich des Anhebens des Greifers 2 werden dann über eine entsprechende Steuerung die Kräfte in den Halte- und Schließseilen 12, 13 wieder aneinander angeglichen, so dass das anschließende Heben gemeinsam mit den Halte- und Schließseilen 12, 13 erfolgt.In the Figure 3 is an enlarged view of the grab 2 for bulk material from Figure 1 shown. The gripper 2 has two shells 2a and is designed as a four-rope gripper which is suspended from two holding ropes 12 and two closing ropes 13. The holding and closing ropes 12, 13 can be wound up and unwound independently of one another from two rope drums arranged within the lifting mechanism 8, which are separate from one another and driven separately via holding and closing winches, in order to open, close, raise and lower the gripper 2. In order to open the gripper 2, the closing ropes 13 are relieved and the gripper 2 only hangs from the holding ropes 12. The holding ropes 12 engage a lever mechanism 16 of the gripper 2 and, in conjunction with the weight of the gripper 2, cause the gripper 2 to open. For filling, the opened gripper 2 with the closing rope 13 slack is placed onto the bulk material 14 via the holding ropes 12. In order to allow the gripper 2 to sink into the bulk material 14 under the effect of its own weight, the holding cable 12 is then released. The gripper 2 is closed by pulling the closing cables 13 in the lifting direction h. By closing the shells 2a of the gripper 2, the gripper fills with the bulk material 14 and can also dig into the bulk material 14. When digging in, a tension regulator 18 for the holding cables 12, which also serves as a slack cable regulator and is part of a control system 17 (see Figure 4 ), only the holding cables 12 are held under tension so that the gripper 2 can sink into the bulk material 14 under its own weight. The holding cables 12 are only held under tension as long as the closing cables 13 are closing the gripper 2. The gripper 2 also fills with bulk material 14 as a result of the closing process. After the gripper 2 has been closed, it is lifted by the closing cables 13. In parallel, the holding cables 12 are then tightened to prevent slack in the cable. In the area where the gripper 2 is lifted, the forces in the holding and closing cables 12, 13 are then adjusted to one another again using an appropriate control system so that the subsequent lifting takes place together with the holding and closing cables 12, 13.

Wird bei dem Greifvorgang zu viel Schüttgut 14 aufgenommen, kann eine zu hohe Gesamtlast in Bezug auf die maximal zulässige Traglast unter Berücksichtigung der aktuellen Ausladung a entstehen. Diese Gesamtlast setzt sich im Wesentlichen aus dem Gewicht des aufgenommenen Schüttgutes 14, dem Eigengewicht des Greifers 2 und dem Gewicht der freien Seillänge I der Halte- und Schließseile 12, 13 zusammen. Wird eine zu hohe Gesamtlast festgestellt, wird über eine Lastmomentbegrenzung 20 (siehe Figur 4) ein weiteres Heben der Last gestoppt, um den Kran zu schützen. Diese Gesamtlast kann beispielsweise in Form einer Lastkraft FLast über Dehnungsmessstreifen an einer Seiltrommel des Hubwerks 8 bestimmt werden und steht der Lastmomentbegrenzung 20 als Eingangsgröße zur Verfügung. In einer Krandatenbank 21 wird diese Überlastabschaltung protokolliert. Wie eingangs beschrieben kann es verstärkt zu Überlastabschaltungen im Kranbetrieb kommen, wenn die Traglast des Krans 1, Schüttgutdichte, Greifervolumen und Greifereigengewicht nicht aufeinander abgestimmt sind. Dies ist häufig der Fall, wenn in Bezug auf das zu fördernde Schüttgut 14 Greifer 2 mit zu großem Greifervolumen eingesetzt werden. Im Betrieb des Krans 1 ist aber die Wahl des eingesetzten Greifers 2 nicht immer optimal.If too much bulk material 14 is picked up during the gripping process, the total load may be too high in relation to the maximum permissible load, taking into account the current radius a. This total load is essentially made up of the weight of the bulk material 14 picked up, the weight of the gripper 2 and the weight of the free rope length I of the holding and closing ropes 12, 13. If the total load is too high, a load moment limiter 20 (see Figure 4 ) further lifting of the load is stopped in order to protect the crane. This total load can be determined, for example, in the form of a load force FLast via strain gauges on a cable drum of the hoist 8 and is available to the load moment limitation 20 as an input variable. This overload shutdown is logged in a crane database 21. As described at the beginning, overload shutdowns can occur more frequently during crane operation if the load capacity of the crane 1, bulk material density, grab volume and grab weight are not coordinated with one another. This is often the case if grabs 2 with too large a grab volume are used in relation to the bulk material 14 to be conveyed. When the crane 1 is in operation, however, the choice of grab 2 used is not always optimal.

Wird bei dem Greifvorgang so viel Schüttgut 14 von dem Greifer 2 aufgenommen, dass die gemessene Gesamtlast unter der maximal zulässigen Traglast liegt, wird in der Krandatenbank 21 eine Nutzlast und die Gesamtlast beim Öffnen des Greifers 2 an der Zielposition protokolliert. Die Nutzlast im Sinne des Gewichts des aufgenommenen Schüttgutes 14 errechnet sich aus der Gesamtlast unter Abzug des Eigengewichts des Greifers 2 und des Gewichts der freien Seillänge I der Halte- und Schließseile 12, 13. Auch wird dann in der Krandatenbank 21 ein erfolgter Lastzyklus ohne Überlastfall protokolliert.If so much bulk material 14 is picked up by the gripper 2 during the gripping process that the measured total load is below the maximum permissible load, a payload and the total load when opening the gripper 2 at the target position are recorded in the crane database 21. The payload in terms of the weight of the bulk material 14 picked up is calculated from the total load minus the dead weight of the gripper 2 and the weight of the free rope length I of the holding and closing ropes 12, 13. A completed load cycle without an overload is then also recorded in the crane database 21.

Die Figur 4 zeigt schematisch eine Darstellung einer Steuerung 17, insbesondere einer speicherprogrammierbaren Steuerung, zur Optimierung des Füllgrads des Greifers 2 für Schüttgut 14, anhand derer die Funktion der Steuerung 17 näher erläutert wird. Mit Hilfe der Steuerung 17 wird das Ziel erreicht, einen Füllgrad des Greifers 2 mit Schüttgut 14 selbständig anzupassen in Abhängigkeit der Traglastkurve des Krans 1. Hierbei wird der Füllgrad des Greifers 2 optimal ausgenutzt, ohne den Kran 1 in Hinblick auf seine Traglastkurve zu überlasten.The Figure 4 shows a schematic representation of a control 17, in particular a programmable logic controller, for optimizing the filling level of the gripper 2 for bulk material 14, based on which the function of the control 17 is explained in more detail. With the help of the control 17, the goal is achieved of independently adjusting the filling level of the gripper 2 with bulk material 14 depending on the load curve of the crane 1. The filling level of the gripper 2 is optimally utilized without overloading the crane 1 with regard to its load curve.

Die Steuerung 17 gibt als Steuergröße einen Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll für die Halteseile 12 aus, der als Eingangsgröße für den Zugkraftregler 18 dient. Anhand dieses Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll steuert der Zugkraftregler 18 einen Elektromotor 19, der eine nicht dargestellte Seiltrommel für die Halteseile 12 antreibt. Als weitere Eingangsgröße wird dem Zugkraftregler 18 ein Zugkraft-IST-Wert Fist zugeführt, der einer gemessenen Zugkraft in den Halteseilen 12 entspricht. Der Zugkraft-IST-Wert Fist wird aus den aktuellen Daten des Elektromotors 19, insbesondere des Motorstroms, ermittelt.The controller 17 outputs a tensile force target value Fsoll for the holding cables 12 as a control variable, which serves as an input variable for the tensile force controller 18. Using this tensile force target value Fsoll, the tensile force controller 18 controls an electric motor 19, which drives a cable drum (not shown) for the holding cables 12. As a further input variable, the tensile force controller 18 is fed an ACTUAL tensile force value Fist, which corresponds to a measured tensile force in the holding cables 12. The ACTUAL tensile force value Fist is determined from the current data of the electric motor 19, in particular the motor current.

Als Eingangsgrößen sind der Steuerung 17, die als Additionsbaustein dargestellt ist und arbeitet, neben einer Krandatenbank 21, ein Seillängenmodul 22a, ein Traglastkurvenmodul 22b, ein Startwertmodul 22c und ein 22d Tendenzmodul 22d zugeordnet. Innerhalb des Seillängenmoduls 22a wird die Seillänge I bestimmt, die kurz vor dem Aufsetzen des Greifers 2 auf das Schüttgut 14 zwischen dem Greifer 2 und der Auslegerspitze 6a vorhanden ist. Hierüber kann dann das Eigengewicht der Halte- und Schließseile 12, 13 ermittelt werden. Über das Traglastkurvenmodul 22b erhält die Steuerung 17, Daten über die maximal zulässige Traglast (SWL, safe working load) in Abhängigkeit von der Ausladung a. Die Ausladung a wird in üblicher Weise über den gemessenen Wippwinkel w bestimmt. Als zusätzliche Eingangsgröße dient das Startwertmodul 22c, über den manuell eine Startgröße für den Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll eingegeben werden kann. Dies ist hilfreich nach einem Greiferwechsel, um schneller zu einer optimalen Füllung des Geifers 2 zu gelangen. Auch gibt es noch das Tendenzmodul 22d, in dem aus ermittelten Auslastungen bezogen auf die maximal zulässige Traglast Tendenzen ermittelt werden, die zu einer Erhöhung oder einer Erniedrigung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll führen. Die Tendenzen können auf der Basis von Erfahrungswerten eingestellt werden. Insbesondere werden in dem Tendenzmodul 22d die Anzahl der Überlastabschaltungen ermittelt, die in etwa einer mehr als 110%-igen Auslastung der maximal zulässigen Traglast entsprechen.The input variables of the control 17, which is represented as an addition module and works, are a crane database 21, a rope length module 22a, a load curve module 22b, a start value module 22c and a 22d tendency module 22d is assigned. Within the rope length module 22a, the rope length I is determined which is present between the gripper 2 and the boom tip 6a shortly before the gripper 2 is placed on the bulk material 14. This can then be used to determine the dead weight of the holding and closing ropes 12, 13. The control 17 receives data on the maximum permissible load (SWL, safe working load) as a function of the radius a via the load curve module 22b. The radius a is determined in the usual way via the measured luffing angle w. The start value module 22c serves as an additional input variable, via which a start value for the tensile force DESIRED value Fdesired can be entered manually. This is helpful after a gripper change in order to reach an optimal filling of the gripper 2 more quickly. There is also the trend module 22d, in which trends are determined from determined utilizations in relation to the maximum permissible load, which lead to an increase or decrease in the nominal tensile force value Fsoll. The trends can be set on the basis of empirical values. In particular, the trend module 22d determines the number of overload shutdowns, which correspond approximately to a utilization of more than 110% of the maximum permissible load.

Die Steuerung 17 bildet einen iterativen Prozess ab, bei dem sich der Füllgrad des Greifers 2 an die Traglastkurve angleicht. Beginnend mit einer Überlastabschaltung aufgrund einer zu hohen Last im Greifer 2, werden Ausladung a und Traglast gespeichert. Bei erneutem Eindringen des Greifers 2 in das Schüttgut 14 werden dessen Halteseile 12 entsprechend der Ausladung a mit einem vorgewählten Betrag auf Zug belastet, um ein weniger tiefes Eindringen des Greifers 2 in das Schüttgut 14 aufgrund des Eigengewichts zu erreichen. Auf diese Weise nimmt der Greifer 2 weniger Material auf und der Kran 1 kann je nach Größe des vorgewählten Betrages ohne Überlastabschaltung betrieben werden. Da das Eindringen des Greifers in das Material von verschiedenen Faktoren abhängig ist, erfolgt bei jedem Greifvorgang eine erneute Berechnung des vorgewählten Betrags.The control system 17 represents an iterative process in which the filling level of the gripper 2 adjusts to the load-bearing capacity curve. Starting with an overload shutdown due to an excessive load in the gripper 2, the outreach a and load-bearing capacity are saved. When the gripper 2 penetrates the bulk material 14 again, its holding cables 12 are subjected to a preselected tension load corresponding to the outreach a in order to achieve a less deep penetration of the gripper 2 into the bulk material 14 due to its own weight. In this way, the gripper 2 picks up less material and the crane 1 can be operated without an overload shutdown depending on the size of the preselected amount. Since the penetration of the gripper into the material depends on various factors, the preselected amount is recalculated for each gripping process.

Während des Umschlagbetriebes werden in der Steuerung 17 an Hand der in der Krandatenbank 21 protokollierten Daten zu dem aktuellen Umschlagbetrieb über Anzahl der Überlastabschaltungen und die Anzahl der Lastzyklen Tendenzen gebildet. Ergeben diese Tendenzen eine Häufigkeit von Überlastabschaltungen, die einen vorgewählten Wert bezogen auf die Lastzyklen übersteigt, wird in der Steuerung 17 der Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll erhöht. Diese Tendenzen können auf eine Überschreitung der maximal zulässigen Traglast für die gegebene Ausladung a bezogen sein, so dass eine Erhöhung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll bereits bei einer oder mehreren Überschreitungen der maximal zulässigen Traglast innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Lastspielen erfolgen kann, ohne dass es bereits zu Überlastabschaltungen gekommen ist. Sollte diese Erhöhung nicht ausreichen, da die Häufigkeit von Überlastabschaltungen beziehungsweise der Überschreitungen der maximal zulässigen Traglast, die einen vorgewählten Wert bezogen auf die Lastzyklen übersteigt, immer noch gegeben ist, erfolgt eine weitere Erhöhung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll. Im Ergebnis wird somit der Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll hoch inkrementiert, bis die Häufigkeit von Überlastabschaltungen beziehungsweise der Überschreitungen der maximal zulässigen Traglast, den vorgewählten Wert bezogen auf die Lastzyklen nicht mehr übersteigt.During handling operations, trends are formed in the control system 17 on the basis of the data recorded in the crane database 21 on the current handling operation regarding the number of overload shutdowns and the number of load cycles. If these trends result in a frequency of overload shutdowns that exceeds a preselected value in relation to the load cycles, the tensile force target value Fsoll is increased in the control system 17. These trends can be related to an exceedance of the maximum permissible load for the given radius a, so that an increase in the tensile force target value Fsoll can occur even if the maximum permissible load is exceeded one or more times within a predefined number of load cycles, without overload shutdowns having already occurred. If this increase is not sufficient because the frequency of overload shutdowns or exceedances of the maximum permissible load, which exceeds a preselected value in relation to the load cycles, still exists, the tensile force target value Fsoll is increased further. As a result, the tensile force target value Fsoll is incremented until the frequency of overload shutdowns or exceedances of the maximum permissible load, which no longer exceeds the preselected value in relation to the load cycles.

Ergibt sich während des Umschlagbetriebes aus den in der Steuerung 17 gebildeten Tendenzen eine Häufigkeit von Überlastabschaltungen beziehungsweise von Überschreitungen, die einen vorgewählten Wert bezogen auf die Lastzyklen nicht erreicht, also mit anderen Worten entsprechende Unterschreitungen, wird in der Steuerung der Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll erniedrigt. Sollte diese Erniedrigung nicht ausreichen, da die Häufigkeit von Überlastabschaltungen einen vorgewählten Wert bezogen auf die Lastzyklen noch nicht erreicht, erfolgt eine weitere Erniedrigung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll. Im Ergebnis wird somit der Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll runter inkrementiert, bis die Häufigkeit von Überlastabschaltungen, den vorgewählten Wert bezogen auf die Lastzyklen erreicht.If, during the handling operation, the trends formed in the control system 17 result in a frequency of overload shutdowns or exceedances that does not reach a preselected value in relation to the load cycles, i.e. in other words, corresponding undershoots, the traction force target value Fsoll is reduced in the control system. If this reduction is not sufficient because the frequency of overload shutdowns has not yet reached a preselected value in relation to the load cycles, the traction force target value Fsoll is further reduced. As a result, the traction force target value Fsoll is incremented downwards until the frequency of overload shutdowns reaches the preselected value in relation to the load cycles.

Wie hoch die Erhöhung oder die Erniedrigung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll in der Steuerung 17 erfolgt und wie schnell auf die Tendenzänderung reagiert wird, ist in der Steuerung 17 parametrierbar. Hierdurch wird die Steuerung 17 auf den Kran 1, die Traglastkurve des Krans 1, die Schüttgutdichte, das Greifervolumen und das Greifereigengewicht angepasst.The extent to which the tensile force target value Ftarget is increased or decreased in the control system 17 and how quickly the system reacts to the change in trend can be parameterized in the control system 17. This allows the control system 17 to be adapted to the crane 1, the load curve of the crane 1, the bulk material density, the grab volume and the grab's own weight.

Der Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll wird auch erhöht, wenn die angewählte Traglastkurve ausreichend ausgenutzt ist. Hierdurch wird verhindert, dass die Überlastgrenzwerte überschritten werden. Die erfolgt über eine entsprechende Fuzzy logic in der Steuerung 17. Diese Erhöhung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll dient zusätzlich dazu, die Halteseile 12 ausreichend am Ende des Schließvorgangs des Greifers 2 vorzuspannen, damit bei nahezu geschlossenem Greifer 2 die Last auf alle vier Seile 12, 13 aufgeteilt ist und somit keine "Tot-Zeit" beim Anheben des Greifers 2 entsteht.The tensile force target value Fsoll is also increased when the selected load curve is sufficiently utilized. This prevents the overload limit values from being exceeded. This is done via a corresponding fuzzy logic in the control system 17. This increase in the tensile force target value Fsoll also serves to sufficiently pre-tension the holding ropes 12 at the end of the closing process of the gripper 2 so that when the gripper 2 is almost closed, the load is distributed across all four ropes 12, 13 and thus no "dead time" occurs when the gripper 2 is raised.

Außerdem erfolgt eine automatische Anpassung der Zugkraft-SOLL-Werte Fsoll zur Berücksichtigung der freien Seillänge I der Halte- und Schließseile 12, 13. Die Zugkraft-SOLL-Werte Fsoll werden proportional in Abhängigkeit der Seillänge I bei größer werdender Seillänge I erhöht und bei kleiner werdender Seillänge I erniedrigt. Diese proportionale Anpassung der Zugkraft-SOLL-Werte Fsoll führt zu einem Ausgleich der Zugkräfte, die durch das Eigengewicht der Halte- und Schließseile 12, 13 zustande kommt.In addition, the tensile force target values Fsoll are automatically adjusted to take into account the free rope length I of the holding and closing ropes 12, 13. The tensile force target values Fsoll are increased proportionally depending on the rope length I as the rope length I increases and decreased as the rope length I decreases. This proportional adjustment of the tensile force target values Fsoll leads to a compensation of the tensile forces that arise due to the dead weight of the holding and closing ropes 12, 13.

Eine weitere automatische Anpassung der Zugkraft-SOLL-Werte Fsoll erfolgt bei Änderung der Ausladung und somit einer Veränderung der maximal zulässigen Traglast.A further automatic adjustment of the nominal pulling force values Fsoll occurs when the radius changes and thus the maximum permissible load changes.

Auch ist die Möglichkeit vorgesehen, dass der Kranfahrer manuell einen Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll in die Steuerung 17 eingibt, der dann als Startwert für die Steuerung 17 gespeichert und verwendet wird. Dieser manuelle Wert unterstützt den Kranfahrer, wenn schwere Lasten umgeschlagen werden sollen, indem der Zugkraft-SOLL-Wert Fsoll vorab auf ein Wert vorgesteuert wird, ohne vorher die Überlast-Tendenz beziehungsweise von Überschreitungs-Tendenz zu bestimmen.It is also possible for the crane driver to manually enter a nominal pulling force value Fsoll into the control 17, which is then saved and used as a starting value for the control 17. This manual value supports the crane driver when heavy loads are to be handled by pre-setting the nominal pulling force value Fsoll to a value without first determining the overload tendency or the tendency to exceed the limit.

In Bezug auf die Auswertung der Tendenzen in der Steuerung 17, die zu einer Berechnung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll führt, ist vorgesehen, dass diese unter Berücksichtigung der Traglastkurve mit dem ersten Traglastbereich I, dem ersten Traglastunterbereich II1, dem zweiten Traglastunterbereich II2, dem dritten Traglastunterbereich II3 und dem vierten Traglastunterbereich II4 erfolgt. In dem ersten Traglastbereich I ist die maximal zulässige Last nicht abhängig von der Ausladung. Eine Korrektur des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll erfolgt somit nicht. Der nicht lineare zweite Traglastbereich II ist in die Traglastunterbereich II1, II2, II3 und II4 aufgeteilt. In der Steuerung 17 werden die ermittelten Tendenzen den verschiedenen Traglast- bzw. -unterbereichen I, II1, II2, II3 und II4 zugeordnet. Somit kann eine optimalen Füllung des Greifers 2 in Abhängigkeit von der Ausladung schneller erreicht werden. Die ist nützlich, wenn beispielsweise der Kran 1 zwischen verschiedenen Schiffsluken eines Schiffes 15 wechselt. Der Kran 1 arbeitet somit immer bereits beim ersten Lastzyklus mit der maximalen zulässigen Last ohne ungewollteWith regard to the evaluation of the trends in the control system 17, which leads to a calculation of the nominal tensile force value Fsoll, it is intended that this takes place taking into account the load curve with the first load range I, the first load sub-range II1, the second load sub-range II2, the third load sub-range II3 and the fourth load sub-range II4. In the first load range I, the maximum permissible load is not dependent on the outreach. A correction of the nominal tensile force value Fsoll therefore does not take place. The non-linear second load range II is divided into the load sub-ranges II1, II2, II3 and II4. In the control system 17, the determined trends are assigned to the various load or sub-ranges I, II1, II2, II3 and II4. In this way, optimal filling of the grab 2 can be achieved more quickly depending on the outreach. This is useful when, for example, the crane 1 switches between different ship hatches on a ship 15. Crane 1 therefore always operates with the maximum permissible load during the first load cycle without unwanted

Überlastabschaltungen.Overload shutdowns.

In der Steuerung 17 werden die einzelnen Erhöhungen beziehungsweise Erniedrigungen des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll zusammen addiert und an den Zugkraftregler 18 übermittelt.In the control unit 17, the individual increases or decreases in the desired traction force value Fsoll are added together and transmitted to the traction force controller 18.

Um die Steuerung 17 an den Kran 1, die Traglastkurve des Krans 1, die Schüttgutdichte, das Greifervolumen und das Greifereigengewicht anzupassen, kann die Steuerung 17 mit den folgenden Werten parametriert werden:

  • Anzahl an Lastzyklen bis eine Erhöhung des Zugsollwertes durchgeführt wird (Default = 1,0) Beispiel: Ist 1,0 vorgegeben, wird der Sollwert erhöht, wenn eine Überlastabschaltung erfolgt.
  • Wert für die prozentuale Erhöhung des Zugsollwertes (Default = 5,0)
  • Anzahl an Lastzyklen bis eine Reduzierung des Zugsollwertes durchgeführt wird (Default = 2,0), Beispiel: Ist 2,0 vorgegeben wird der Zugsollwert reduziert, wenn ein zweiter Lastzyklus mit einem Füllgrad kleiner 80% erfolgt.
  • Wert für die prozentuale Reduzierung des Zugsollwertes (Default = 3,0)
In order to adapt the control 17 to the crane 1, the load curve of the crane 1, the bulk material density, the grab volume and the grab weight, the control 17 can be parameterized with the following values:
  • Number of load cycles until the tension setpoint is increased (default = 1.0) Example: If 1.0 is specified, the setpoint is increased when an overload shutdown occurs.
  • Value for the percentage increase of the tension setpoint (default = 5.0)
  • Number of load cycles until a reduction of the tension setpoint is carried out (default = 2.0). Example: If 2.0 is specified, the tension setpoint is reduced if a second load cycle occurs with a filling level of less than 80%.
  • Value for the percentage reduction of the tension setpoint (default = 3.0)

Diese Werte werden im Rahmen einer Inbetriebnahme des Krans 1 mit verschiedenen Greifern 2 eingeben. Auch werden im Rahmen der Inbetriebnahme des Krans 1 für verschiedene Greifer 2 oder zumindest für den leichtesten Greifer 2 jeweils ein Grund-Zugkraft-SOLL-Wert ermittelt, der bei einem Wechsel auf einen Greifer manuell als Anfangswert in die Steuerung 17 eingeben werden. Während der Inbetriebnahme erfolgt eine Optimierung der Parameter, um schnell ein optimales Füllverhalten des Greifers 2 zu erreichen. Werden beispielsweise sehr große und sehr schwere Greifer eingesetzt, wird der Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll in % des Nennmoments des Elektromotors 19 so eingestellt, dass der Greifer 2 gar nicht mehr in das Schüttgut 14 einsackt. Der Elektromotor 19 bringt dann ein so hohes Drehmoment auf, dass das Greifergewicht gehalten wird.These values are entered when commissioning the crane 1 with different grippers 2. When commissioning the crane 1, a basic tensile force target value is also determined for different grippers 2 or at least for the lightest gripper 2, which is manually entered into the control system 17 as an initial value when changing to a gripper. During commissioning, the parameters are optimized in order to quickly achieve optimal filling behavior of the gripper 2. If, for example, very large and very heavy grippers are used, the tensile force target value Ftarget is set in % of the nominal torque of the electric motor 19 so that the gripper 2 no longer sinks into the bulk material 14. The electric motor 19 then applies such a high torque that the gripper weight is maintained.

Nach der Inbetriebnahme wird geprüft, ob sich die Einstellungen in der Praxis bewähren und gegebenenfalls angepasst.After commissioning, it is checked whether the settings have proven themselves in practice and adjusted if necessary.

Für den Fall, dass Überlastabschaltungen auftreten, muss nach ca. 3 aufeinander folgenden Abschaltungen die Häufigkeit der Abschaltung durch Veränderung der Parameter oder durch manuelle Vorgabe des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll reduziert werden. Innerhalb der Steuerung 17 sind die Parameter, die Einfluss auf die Veränderung des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll haben, einstellbar. Eine Einstellung erfolgt im Rahmen einer Inbetriebnahme des Krans in Abhängigkeit von dem Kran und der eingesetzten Greifer. Da das Ziel der erfindungsgemäßen Steuerung 17 ein optimale Füllung des Greifers 2 mit Schüttgut 14 ist, wird jeder optimierte Umschlagvorgang bei etwa 100% der zulässigen Traglast also in der Nähe einer Überlast erfolgen, so dass es durch das inkrementale Erhöhen und Erniedrigen des Zugkraft-SOLL-Werts Fsoll zwar immer noch zu Überlastabschaltungen aber mit einer signifikant verminderten Häufigkeit kommt. Im Rahmen des Umschlagbetriebs werden bezogen auf die Lastspiele pro Stunde 10% Überlastabschaltungen als nicht störend und im Rahmen der vorliegenden Steuerung 17 als gutes Steuerungsergebnis angesehen. Dies bedeutet bei beispielsweise 50 bis 60 Lastspielen pro Stunde, dass 5 bis 6 Überlastabschaltungen weiterhin auftreten können. Hierbei wird eine Überlastabschaltung auch als Lastspiel gezählt. Ohne die erfindungsmäße Steuerung 17 können Überlastabschaltungen bis zu über 50% der Lastspiele pro Stunde auftreten, insbesondere wenn der Kran in Bezug auf ein schweres Schüttgut 14 mit einem in Bezug auf die Schüttgutdichte zu großen Greifer 2 eingesetzt wird.In the event that overload shutdowns occur, the frequency of shutdowns must be reduced after approximately 3 consecutive shutdowns by changing the parameters or by manually specifying the tensile force target value Fsoll. The parameters that influence the change in the tensile force target value Fsoll can be set within the control system 17. An adjustment is made when the crane is put into operation depending on the crane and the gripper used. Since the aim of the control system 17 according to the invention is to optimally fill the gripper 2 with bulk material 14, each optimized handling process will take place at approximately 100% of the permissible load, i.e. close to an overload, so that the incremental increase and decrease of the tensile force target value Fsoll still leads to overload shutdowns but with a significantly reduced frequency. In the context of handling operations, 10% overload shutdowns are not disruptive in relation to the load cycles per hour and are considered a good control result within the context of the present control system 17. This means that with, for example, 50 to 60 load cycles per hour, 5 to 6 overload shutdowns can still occur. In this case, an overload shutdown is also counted as a load cycle. Without the control 17 according to the invention, overload shutdowns can occur up to over 50% of the load cycles per hour, especially if the crane is used for a heavy bulk material 14 with a gripper 2 that is too large in relation to the bulk material density.

Jede Überlastabschaltung verursacht eine längere Zykluszeit im Betrieb, welche sich negativ auf die Umschlagleistung auswirkt. Durch die erfindungsgemäße Steuerung 17 wird mit der Zeit auch der Greifer 2 immer ganz voll, auch wenn an verschiedenen Lastluken gearbeitet wird, da der Greifer immer in Abhängigkeit der Ausladung a automatisch ausgelastet wird und das ohne Eingriff des Kranfahrers.Every overload shutdown causes a longer cycle time during operation, which has a negative effect on the handling performance. Thanks to the control system 17 according to the invention, the grab 2 is always completely full over time, even when work is being carried out on different load hatches, since the grab is always automatically loaded to capacity depending on the outreach a, without the crane driver having to intervene.

Da die in den Halteseilen 12 wirkenden Zugkräfte proportional zu einem an der Seiltrommel für die Halteseile 12 anliegenden Moment sind, das der Elektromotor 19 aufbringt, umfasst die vorstehend beschriebene Erfindung nicht nur eine Ermittlung und Regelung von Zugkräften, sondern auch von entsprechenden Momenten.Since the tensile forces acting in the holding ropes 12 are proportional to a force applied to the rope drum for the Holding cables 12 are the torque applied by the electric motor 19, the invention described above includes not only a determination and control of tensile forces, but also of corresponding moments.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
HafenmobilkranMobile harbour crane
22
GreiferGripper
2a2a
SchalePeel
33
StandsockelStand base
44
OberwagenUppercarriage
55
TurmTower
66
Auslegerboom
6a6a
AuslegerspitzeBoom tip
77
SchwimmpontonFloating pontoon
88th
HubwerkHoist
99
GegengewichtCounterweight
1010
RollenkopfRoller head
1111
Wippwerkluffing gear
1212
HalteseileHolding ropes
1313
SchließseileLocking ropes
1414
SchüttgutBulk goods
1515
SchiffShip
1616
HebelmechanikLever mechanism
1717
Steuerungsteering
1818
ZugkraftreglerTraction controller
1919
ElektromotorElectric motor
2020
LastmomentbegrenzungLoad torque limitation
2121
KrandatenbankCrane database
22a22a
SeillängenmodulRope length module
22b22b
TraglastkurvenmodulLoad curve module
22c22c
StartwertmodulStart value module
22d22d
TendenzmodulTrend module
aa
AusladungDischarge
dd
DrehachseRotation axis
hH
Richtung HebenDirection lifting
ll
freie Seillängefree rope length
ss
Richtung SenkenDirection lowering
ww
WippwinkelRocking angle
FistFist
Zugkraft-IST-WertActual traction force value
FLastFLast
LastkraftLoad capacity
FsollFtarget
Zugkraft-SOLL-WertTensile force target value
GG
GeradeStraight
II
erster Traglastbereichfirst load range
IIII
zweiter Traglastbereichsecond load range
II1II1
erster Traglastunterbereichfirst load sub-range
II2II2
zweiter Traglastunterbereichsecond load sub-range
II3II3
dritter Traglastunterbereichthird load sub-range
II4II4
vierter Traglastunterbereichfourth load sub-range
SS
SeilrichtungRope direction
VV
Vertikalevertical
WW
WippachseRocker axle

Claims (10)

  1. Method for filling a gripper (2) for bulk material (14), said gripper being suspended on holding cables (12), raised and lowered by a crane (1) via a controller (17) and acting on the bulk material (14) with its own weight during the closing and filling procedure, wherein by reducing the effect of the weight of the gripper (2) on the bulk material (14), a fill degree of the gripper (2) is influenced via the controller (17) in that a tensile force acting on the holding cables (12) is influenced, characterised in that a tensile force TARGET value (Fsoll) is determined for the holding cables (12) via the controller (17), the tensile force TARGET value (Fsoll) is output to a tensile force controller (18) as an input variable, an electric motor (19) for lifting and lowering the gripper (2) is controlled by the tensile force controller (18) and an ascertained tensile force ACTUAL value (Fist) of the holding cables (12) is supplied to the tensile force controller (18) as an input variable, wherein a time of a change in the tensile force TARGET value (Fsoll) and an increment of a change in the tensile force TARGET value (Fsoll) is supplied in the controller (17) via a tendency module (22d) with reference to progressions of ascertained working loads.
  2. Method as claimed in claim 1, characterised in that the tensile force TARGET value (Fsoll) is increased via the tendency module (22d) if the frequency of overload cut-offs exceeds a preselected value related to the load cycles and/or if the frequency at which the maximum permissible working load is exceeded exceeds a value preselected in relation to the maximum permissible working load for a given working radius (a).
  3. Method as claimed in claim 1 or 2, characterised in that the tensile force TARGET value (Fsoll) is decreased via the tendency module (22d) if the frequency of overload cut-offs is less than a preselected value related to the load cycles and/or if the frequency at which the maximum permissible working load is exceeded is less than a value preselected in relation to the maximum permissible working load for a given working radius (a).
  4. Method as claimed in any one of claims 1 to 3, characterised in that during the closing and filling procedure the gripper (2) is influenced with the tensile force ACTUAL value (Fist), which is directed in a direction of lifting (h), via the crane (1) by means of the controller (17).
  5. Method as claimed in any one of claims 1 to 4, characterised in that in the controller (17) the fill degree of the gripper (2) is determined from a working load (TL), which is ascertained after the filled gripper is raised, and the known weight of the gripper (2).
  6. Method as claimed in claim 5, characterised in that that a length (l) of a free cable (12, 13) starting from the gripper (2) and in the direction of lifting (h) is supplied as an input variable to the controller (17) via a cable length module (22a), and in the controller (17) a weight of the free cable (12, 13) is also assigned to the weight of the gripper (2) during the calculation of the fill degree of the gripper (2).
  7. Method as claimed in any one of claims 1 to 6, characterised in that in dependence upon a working radius of the gripper (2) a maximum permissible working load is supplied to the controller (17) via a working load curve module (22b) as an input variable for the crane (1).
  8. Method as claimed in claims 5 to 7, characterised in that in the controller (17) the tensile force TARGET value (Fsoll) is iteratively decreased or increased using the input variables from the working load curve module (22b), the cable length module (22a) and the ascertained working load (TL), until the fill degree of the gripper (2) is in the region of 100%.
  9. Method as claimed in any one of claims 1 to 8, characterised in that a tensile force TARGET value (Fsoll) as a start variable is manually input into the controller (17) via a start value module (22c) as an input variable.
  10. Use of a method as claimed in any one of claims 1 to 9 for a crane (1) comprising a gripper (2) which is raised, lowered, opened and closed by means of holding cables (12) and closing cables (13).
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