EP3873844A1 - Kollisionsfreie wegführung einer an einem seil hängenden last - Google Patents

Kollisionsfreie wegführung einer an einem seil hängenden last

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EP3873844A1
EP3873844A1 EP20704401.7A EP20704401A EP3873844A1 EP 3873844 A1 EP3873844 A1 EP 3873844A1 EP 20704401 A EP20704401 A EP 20704401A EP 3873844 A1 EP3873844 A1 EP 3873844A1
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EP
European Patent Office
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control device
suspension point
crane
load
upper load
Prior art date
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EP20704401.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3873844B1 (de
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Uwe Ladra
Alois Recktenwald
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP3873844B1 publication Critical patent/EP3873844B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C15/00—Safety gear
    • B66C15/04—Safety gear for preventing collisions, e.g. between cranes or trolleys operating on the same track
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C2700/00—Cranes
    • B66C2700/08—Electrical assemblies or electrical control devices for cranes, winches, capstans or electrical hoists
    • B66C2700/084—Protection measures

Definitions

  • the present invention is based on an Radiofah ren for a crane, in particular a container crane, which has an upper load suspension point on which a load is suspended via a cable system, so that the load can swing around the upper load suspension point,
  • a control device of the crane controls drives of the crane so that the upper load suspension point and with it the load are moved in accordance with the control by the control device.
  • the present invention is further based on a control program for a control device of a crane, the control program comprising machine code that can be executed by the control device, the execution of the machine code by the control device causing the control device to operate the crane in accordance with such Operating procedures.
  • the present invention is also based on a control device of a crane, the control device being programmed with such a control program, so that the execution of the machine code by the control device causes the control device to operate the crane according to such an operating method.
  • the present invention is also based on a crane, in particular a container crane,
  • the crane has an upper load suspension point from which a load can be suspended via a cable system so that the load can swing around the upper load suspension point,
  • the crane has drives by means of which the upper load suspension point of the crane and with it the load can be moved, the crane has a control device which controls the crane's drives so that the upper load suspension point and with it the load are moved in accordance with the control by the control device.
  • the object of the present invention is to reliably ensure collision protection even when the load can swing around the upper load suspension point.
  • an operating method of the type mentioned is designed in that
  • control device dynamically repeatedly determines an inner safety zone around the load when moving the upper load suspension point, depending on the status variables of the crane,
  • control device uses further information known from the control device to check whether an object different from the load enters the inner safety zone
  • control device as soon as an object enters the inner safety zone, ends the process of the upper load suspension point or outputs a message to an operator of the crane to terminate the process of the upper load suspension point, and otherwise maintains the process of the upper load suspension point or none Outputs a message to the operator of the crane to end the process of the upper load suspension point. It is possible that the control device only determines the inner safety zone. However, it is preferably provided
  • control device dynamically determines at least one outer safety zone surrounding the inner safety zone as a function of the respective state variables
  • control device uses the further information to check whether an object different from the load enters the outer safety zone
  • control device as soon as an object enters the outer safety zone, reduces a travel speed of the upper load suspension point or outputs a message to reduce the travel speed of the upper load suspension point to an operator of the crane, and otherwise maintains the travel speed of the upper load suspension point or none Outputs message to reduce the travel speed of the upper load suspension point to the operator of the crane.
  • This configuration makes it possible to carry out a corresponding reduction in the travel speed or to request that the travel speed be reduced in advance, before the risk of a collision threatens.
  • the traversing movement can be carried out as such, but only at a reduced traversing speed.
  • the traversing movement is therefore not immediately aborted or such abortion is requested from the operator.
  • the extent of the reduction in the travel speed is determined by the fact that in the event that a safety stop occurs at the reduced travel speed, the upper load suspension point can be stopped without the risk of the load colliding with an obstacle. If necessary, several outer safety zones nested inside one another can also be determined, with the travel speed - with reference to the various outer safety zones - being reduced further and further from the outside to the inside.
  • control device it is possible for the control device to work in an automatic mode in which the control device independently determines which movement the upper load suspension point is to execute in each case.
  • control device preferably works in a manual mode in which the control device repeatedly receives travel commands for the upper load suspension point from the operator. In this case, the control device activates the drives at least when no object different from the load has entered the inner safety zone or the outer safety zone, in each case in accordance with the travel commands given before.
  • the control device preferably determines a braking distance of the upper load suspension point based on the current travel speed of the upper load suspension point and takes into account the braking distance of the upper load suspension point and a pendulum movement of the load around the upper load suspension point when determining the inner safety zone. This approach allows the inner safety zone to be estimated as well as possible. Intervention in the actually desired travel movement of the upper load suspension point is reduced to those cases in which it is actually required.
  • control device bases the determination of the braking distance of the upper load suspension point on a previously known, constant acceleration.
  • the state variables - in addition to the travel speed of the upper load suspension point and the effective pendulum length - include variables characteristic of the actual pendulum movement.
  • the control device uses the variables characteristic of the actual pendulum movement - i.e. the specific pendulum movement at the point in time at which the safety stop occurs - to determine a maximum deflection of the pendulum movement for the point in time at which the upper load is applied - suspension point is stopped, and the determined maximum deflection of the pendulum movement is taken into account in the determination of the in neren safety zone.
  • the inner safety zone can be determined very precisely based on the actual circumstances.
  • the state variables do not include the variables that are characteristic of the actual pendulum movement.
  • the control device can take the pendulum movement into account by taking a value from a pendulum table that is dependent on the travel speed of the upper load suspension point and the effective pendulum length and takes this value into account when determining the inner safety zone.
  • a value is stored in the pendulum table, which in practice corresponds to the worst possible case. A worst case analysis is therefore carried out. This enables reliable determination of the inner safety zone even if the actual pendulum movement is not known.
  • the state variables can additionally include a wind speed of a wind flowing around the load.
  • the control device can also take into account a deflection of the load by the wind when determining the inner safety zone. This can further reduce the likelihood of collisions.
  • the wind speed can be given as a direction-independent amount or in the form of a vector.
  • the control device preferably determines the deflection of the load by wind by taking a value from a wind table that is dependent on the wind speed, a mass of the load and an area of application of the load for the wind, and based on this value the deflection of the load determined the wind.
  • This approach turns out to be particularly efficient.
  • a control program of the type mentioned at the outset is configured such that the processing of the machine code by the control device causes the control device to operate the crane according to an operating method according to the invention.
  • a control device having the features of claim 12.
  • a control device of the type mentioned at the beginning is programmed with a control program according to the invention, so that the control device operates the crane according to an operating method according to the invention.
  • control device of the crane is designed as a control device according to the invention.
  • FIG 2 shows the crane of FIG 1 from above
  • FIG 3 shows a pendulum movement
  • Security zones, 7 shows a first pendulum table
  • a crane has an upper load suspension point 1.
  • a load 3 can be suspended from the upper load suspension point 1 via a cable system 2. Due to the fact that the load 3 is thus a hanging load, the load 3 can swing around the upper load suspension point 1 as shown in FIG.
  • the load 3 can be designed as a Contai ner, for example, as shown in Figures 1 and 2.
  • the crane is a container crane.
  • the pendulum movement can, provided the pendulum movement occurs in a vertical plane, be completely described by three variables. These three variables are the effective pendulum length 1, the current deflection angle cp1 and the current angular velocity w. As is well known, the instantaneous angular velocity w corresponds to the time derivative of the instantaneous deflection angle cpl.
  • the instantaneous deflection angle cpl has a value of 0 ° when - within the vertical plane - the load 3 is located exactly below the upper load suspension point 1. The present invention is explained below in connection with such a pendulum motion.
  • the crane has drives 4a, 4b.
  • the upper load suspension point 1 and with it the load 3 can be moved by means of the drives 4a, 4b.
  • the crane can have a basic frame 5 in accordance with the illustration in FIGS. 1 and 2, in the upper region of which a cross member 6 extends.
  • a trolley 7 can be arranged on the traverse 6, which trolley can be moved in an x-direction by means of the drive 4a by specifying a corresponding setpoint value x *.
  • the upper load suspension point 1 is arranged on the trolley 7 in this case.
  • the basic frame 5 can be moved as a whole by specifying a corresponding setpoint value y * in a y-direction.
  • the x-direction and the y-direction are orthogonal to one another and both run (exactly or at least substantially) horizontally.
  • the crane also has a wide Ren drive 4c which drives a hoist 8.
  • the load 3 can be raised and lowered by specifying a corresponding setpoint value 1 * and the effective pendulum length 1 can be set accordingly.
  • the crane can be designed, for example, as a portal crane or as a container bridge.
  • Container cranes in particular are often used to move containers to and from
  • the load 3 does not necessarily have to be a container, even if this is often the case.
  • the specification of the corresponding setpoints x *, y *, 1 * (or the specification of change directions and possibly also change speeds) is carried out by a control device 9 which controls the drives 4a, 4b, 4c of the crane.
  • the upper load suspension point 1 and with it the load 3 are moved, and the control of the drive 4c, the load 3 is raised or lowered.
  • the control device 9 is programmed with a control program 10.
  • the control program 10 comprises machine code 11 which can be executed by the control device 9.
  • the execution of the machine code 11 by the control device 9 has the effect that the control device 9 operates the crane in accordance with an operating method which is explained in more detail below.
  • the control device receives data from the load 3 in a step S1.
  • the data can in particular include the mass and dimensions of the load 3.
  • the control device 9 determines - if only provisionally - control commands C for the drives 4a, 4b, 4c. In an automatic mode, the control device 9 determines the control commands C independently using its control program 10. In a manual mode, the control device 9 determines the control commands C on the basis of travel commands F from an operator 12. The control commands C set in particular the setpoints x *, y * and 1 * for drives 4a, 4b, 4c fixed.
  • control device 9 preferably works in manual mode, however, in which the control device 9 repeatedly receives the drive commands F from the operator 12.
  • the travel commands F include, on the one hand, the travel commands for moving the upper load suspension point 1. On the other hand, they include the travel commands for lifting and lowering the load 3.
  • step S3 the control device 9 checks whether a safety stop has been triggered. If this is the case, the control device 9 goes to a step S4 in which the control device 9 ends the movement of the upper load suspension point 1 and with it the load 3 as quickly as possible (emergency stop). In a subsequent step S5, the control device 9 then checks whether it is again given a release to resume the process of the upper load suspension point 1. The control device 9 carries out step S5 again and again until this occurs.
  • the control device 9 determines an inner safety zone 13 around the load 3 in a step S6 (see FIG. 6).
  • the inner safety zone 13 is determined in such a way that, in the event of a suddenly occurring safety stop, the load 3 does not come into contact with objects 14 (see FIG. 1) if these are located outside the inner safety zone 13.
  • the inner security zone 13 extends horizontally over certain dimensions. This will be explained later. In the vertical direction, the inner safety zone 13, starting from the current position of the load 3 below the upper load suspension point 1, can in principle extend upwards without limitation. Alternatively, it is possible that it extends upwards only to a limited extent.
  • the inner safety zone 13 is determined as a function of state variables of the crane. These are the state variables as they exist at the point in time at which the safety stop is triggered.
  • the state variables include at least the position of the upper load suspension point 1, for example its x and y position, the travel speed v of the upper load suspension point 1 and the distance between the load 3 and the upper load suspension point 1, i.e. the effective pendulum length 1. In the following it is assumed that these are the corresponding actual values x, y, 1. Alternatively, it can also be the target values x *, y *, 1 *. The determination of the inner safety zone 13 will be explained in more detail later.
  • the control device 9 receives information from the surroundings of the load 3.
  • the information can be made available to the control device 3 in various ways - possibly also in combination.
  • it can be information about stationary obstacles, for example structural structures. Such information only has to be given to the control device 9 once.
  • It can also be information about temporarily fixed obstacles, for example about loads that have already been handled or other loads that have yet to be handled.
  • Information about loads that have already been handled can be known to the control device 9 due to its operation in the past.
  • Information about loads still to be handled can be made known to the control device 9 in other ways, for example by specifying a sequence to be processed for the handling of loads.
  • It can also be information about moving obstacles, for example vehicles or people. Such information can be made known to the control device 9, for example via images from a camera or several cameras.
  • control device 9 checks in a step S8 whether one of the Load 3 different object 14 enters the inner security zone 13.
  • step S9 the control device 9 executes the control commands C determined in step S2. So it controls the drives 4a, 4b, 4c accordingly.
  • the upper load suspension point 1 and with it the load 3 are thus moved by the control device 9 in accordance with the desired control.
  • the control device 9 thus maintains the method of the upper load suspension point 1.
  • the control device 9 controls the drives 4a, 4b,
  • control device 9 If, on the other hand, the control device 9 has recognized in step S8 that an object 14 different from the load 3 has entered the inner safety zone 13, the control device 9 ends the process of the upper load suspension point 1 in a step S10 The process of the upper load suspension point 1 - analogously to step S4 - ended as quickly as possible.
  • the control device 9 can output the aforementioned special message M to the operator 12 in a step S 1. The operator 12 is requested by the special message M to end the movement of the upper load suspension point 1.
  • step S9 Both from step S9 and from step S10 or from
  • Step Sil from the control device 9 goes back to
  • Step S2 back.
  • the inner safety zone 13 is dynamically determined again and again when the upper load suspension point 1 is moved.
  • the acceleration a is - of course - the travel speed v in the opposite direction.
  • pendulum length 1 It is also possible to proceed in the same way for pendulum length 1.
  • the acceleration with which the lifting speed is reduced to 0 can alternatively be load-independent or load-dependent. In particular when lowering the load 3, the acceleration with which the lifting speed is reduced to 0 can be dependent on the mass m of the load and possibly also on the position of the trolley 7 on the traverse 6. If, however, the load 3 is being lifted, the lifting speed can be lowered to 0 Tar very quickly and regardless of the mass of the load 3 and the position of the trolley 7 on the traverse 6 in the Re gel.
  • the inner safety zone 13 Due to the current position s0 and the braking distance sl, the inner safety zone 13 is not yet fully defined. This is because the load 3 performs a pendulum movement at the point in time at which the safety stop is triggered. It is therefore necessary that the control device 9 in the frame the determination of the inner safety zone 13 not only takes into account the current position s0 and the braking distance sl of the upper load suspension point 1. Rather, the control device 9 must also take into account the pendulum movement of the load 3 around the upper load suspension point 1.
  • the pendulum movement can be described by the effective pendulum length 1, the current deflection angle cp1 and the current angular velocity w.
  • the pendulum length 1 is always known to the control device 9. It is possible that the instantaneous deflection angle cp1 and the instantaneous angular velocity w of the control device 9 are also known. However, it is also possible that they are not known to the control device 9.
  • the output variable cp2 of table 15 for the pendulum movement of the load 3 at the point in time at which the upper load suspension point 1 is stopped is the maximum - not the current - deflection cp2 of the current pendulum movement, hereinafter referred to as the maximum deflection cp2.
  • Table 15 is referred to below as the first pendulum table 15.
  • the four input variables v, 1, cp1 and w must be varied step by step.
  • the other parameters - for example the acceleration a - are constant and given before.
  • the respective maximum deflection cp2 can easily be determined.
  • the equations of motion of the upper load suspension point 1 and the load 3 are known and can - analytically or numerically - be solved without further information.
  • the limits for the input variables v, 1, cp1 and w of the first pendulum table 15 can easily be determined in a meaningful way.
  • the maximum possible value for the travel speed v is readily known.
  • the minimum travel speed v has the value 0.
  • pendulum length 1 is readily known.
  • a minimum value and a maximum value can be sensibly determined without further ado.
  • Sensible assumptions can be made for the pendulum movement of the load 3 at the point in time at which the safety stop is triggered.
  • it can be known on the basis of empirical values how strong the pendulum movement can be.
  • the empirical numerical value of 5 ° is of course only exemplary.
  • the empirical numerical value can depend in particular on the pendulum length 1 and possibly also on the travel speed v.
  • the different possible values for the travel speed v and the pendulum length 1 must be processed step by step (usually as the outer and next inner loop). Step sizes of these two loops can be determined as required. For each specific value of the travel speed v and the pendulum length 1, the associated empirically maximum possible pendulum angle - given the reference number below - is then determined. Now in a next inner loop possible values - given the reference symbol ⁇ below - are set between 0 and the empirically maximum possible pendulum angle and possible states are calculated in an innermost loop for the respective value ⁇ of the pendulum movement. The step sizes can also be determined for these two loops as required. In order to explain the procedure somewhat more specifically, a program-like code is reproduced below.
  • the variables vl, v2 and dn are used for the minimum value, the maximum value and the increment of the travel speed v.
  • the sizes 11, 12 and 51 are used in a similar manner for the minimum value, the maximum value and the increment of the pendulum length 1.
  • the size db is used for the step size when varying the maximum deflection ß.
  • the variable df is used for the step size when looking at the individual states of a specific pendulum movement.
  • a further table 16 can be determined on the basis of the first pendulum table 15.
  • the further table 16 is only two-dimensional as shown in FIG. It is referred to as the second pendulum table 16 below.
  • Input variables for the second pendulum table 16 are - in each case related to the point in time at which the safety stop is triggered - the travel speed v and the effective pendulum length 1.
  • Output variable cp3 of the second pendulum table 16 is the largest of the entries in the first pendulum table 15 for the respective travel speed v and the respective effective pendulum length is entered as the maximum deflection cp2.
  • the output variable cp3 of the second pendulum table 16 therefore gives for a given travel speed v and a given effective pendulum length 1 the maximum of the possible maximum deflections cp2.
  • cp3 maximum of all cp2 (cp1 and w are varied) end of do loop 1
  • Input variables possibly increased by one dimension (namely the lifting speed) or two dimensions (namely the lifting speed and the acceleration with which the lifting speed is reduced to 0).
  • the basic procedure however, remains the same.
  • the control device 9 receives the current values for the deflection angle cp1 and the angular velocity w in a step S21, as shown in FIG.
  • the corresponding values cp1, w are recorded using suitable measuring systems.
  • the Winkelge speed w can be determined by the control device 9, if necessary, by determining the time derivatives of a plurality of deflection angles cp1 recorded one after the other.
  • the measuring systems can in particular be designed as safe measuring systems.
  • the control device 9 can also receive other values which characterize the pendulum movement. In this case, the control device 9 can determine the deflection angle cp1 and the Winkelge speed w on the basis of the characteristic variables.
  • the state variables on the basis of which the control device 9 determines the inner safety zone 13, ie in addition to the travel speed v and the effective pendulum length 1 for the actual pendulum movement, are characteristic variables cp1, w.
  • the control device 9 is therefore not only able to determine the braking distance sl in a step S22. Rather, the control device 9 is also able, in a step S23, to specifically determine the maximum deflection cp2 on the basis of the four values, 1, cp1 and w now specifically given. It is possible here for the control device 9 to carry out an analytical determination. Preferably, however, the determination has already been made in advance and is made available to the control device 9 in accordance with the illustration in FIG.
  • the maximum deflection cp2 can be an angle.
  • the control device 9 determines the inner safety zone 13.
  • the inner safety zone 13 is thus obtained from the approach by taking into account the braking distance s1 and the longitudinal deflection s2.
  • position s results as the boundary of the inner safety zone 13 as follows:
  • control device 9 can also evaluate other variables as part of the determination of the inner safety zone 13. In contrast to the sizes mentioned, these sizes do not change when the upper load suspension point 1 is moved. Examples of such sizes are the dimensions of the load 3 or the maximum possible dimensions of the load 3. For example, if the load 3 is a container, it can be known that a maximum of 48-foot containers are handled. The associated length, width and height would correspond to maximum values for the dimensions of the load 3. If specifically, for example, a 40-foot container or a 20-foot container is handled, these values can also be used as an alternative.
  • control device 9 does not receive the current values for the deflection angle cp1 and the angular velocity w (or other values which characterize the actual pendulum movement). In this case, the control device 9 can only undertake a worst-case consideration.
  • a step S31 (FIG. 10) can correspond 1: 1 with the step S22.
  • the control device 9 can only determine the maximum cp3 of the possible maximum deflections cp2 in a step S32. Theoretically, it is again possible here for the control device 9 to carry out an analytical determination.
  • the determination was preferably made in advance and is made available to the control device 9 in accordance with the illustration in FIG.
  • a step S33 the control device 9 then determines the inner safety zone 13.
  • the step S33 corresponds to the step S24 of FIG.
  • the procedure of FIG. 10 can be further developed.
  • the control device 9 does not receive the deflection angle cp1 and the angular velocity w in a step S41, but does receive a wind speed vW of a wind flowing around the load 3.
  • the wind speed vW can be specified as a pure amount. However, it can also be specified as a vector size.
  • the state variables on the basis of which the inner safety zone 13 is determined can thus additionally include the wind speed vW.
  • the control device 9 is able to determine an additional deflection s3 in a step S42.
  • the additional deflection s3 corresponds to the static deflection of the load 3 caused by the wind speed vW. It is dependent on the effective pendulum length 1, the force exerted by the wind on the load 3 and the mass m of the load 3. The force in turn depends on the wind speed vW. It is therefore possible, for example, to determine a further table 17 as shown in FIG.
  • Table 17 can have the wind speed vW, the mass m of the load 3, an effective surface A of the load 3 for the wind and the effective pendulum length 1 as input variables and provide the additional deflection s3 as the output variable.
  • vW wind speed
  • m mass of the load 3
  • a of the load 3 for the wind an effective surface of the load 3 for the wind
  • the effective pendulum length 1 as input variables and provide the additional deflection s3 as the output variable.
  • control device 9 determines the additional deflection s3
  • the control device 9 is, however, able in a step S43 within the scope of the determination of the inner safety zone 13 not only to determine the braking distance s1 and the longitudinal deflection s2, but also to take into account the additional deflection s3.
  • the present invention can also be embodied in other ways. This is explained in more detail below in connection with FIG. FIG. 13 is based on the procedure of FIG. 5. However, steps S51 to S54 are also present.
  • step S51 the control device 9 determines at least one outer security zone 18.
  • the outer security zone 18 surrounds the inner security zone 13 as shown in FIG. 6.
  • Step S51 is carried out dynamically again and again by the control device 9 - just like step S6 .
  • the outer safety zone 18 is also determined as a function of the same state variables as the inner safety zone 13.
  • step S52 the control device 9 checks whether the object 14 enters the outer security zone 18. If this is not the case, the control device 9 goes to step S9. In particular in manual operation, the control device 9 controls the drives 4a, 4b, 4c in this case in accordance with the given travel commands F. A possible message M 'to reduce the speed v Verfahrge is not output to the operator 12. If, on the other hand, this is the case, the control device 9 goes to step S8.
  • step S8 determines in step S8 that the object 14 has entered the outer security zone 18, but not the inner security zone 13, the control device 9 goes to a step S53.
  • step S53 the control device 9 determines modified control commands C.
  • the control device 9 reduces the travel speed v of the upper load suspension point 1. Alternatively or additionally, it can output a corresponding message M 'to the operator 12 that this is the Should reduce the travel speed v.
  • a crane has an upper load suspension point 1 from which a load 3 is suspended via a cable system 2 so that the load 3 can swing around the upper load suspension point 1.
  • a control device 9 of the crane controls drives 4a, 4b of the crane so that the upper load suspension point 1 and with it the load 3 are moved in accordance with the control by the control device 9.
  • the control device 9 dynamically determines an inner safety zone 13 around the load 3 as a function of state variables x, v, 1, cp1, w, vW of the crane.
  • the state variables x, v, 1, cp1, w, vW include at least one position x of the upper load suspension point 1, a travel speed v of the upper load suspension point 1 and an effective pendulum length 1 of the load 3 around the upper load suspension point 1.
  • the control device 9 checks further information known from the control device 9 as to whether an object 14 different from the load 3 is entering the inner safety zone 13. As soon as an object 14 enters the inner safety zone 13, the control device 9 ends the process of the upper load suspension point 1 or outputs a message M to an operator 12 of the crane to terminate the process of the upper load suspension point 1. Otherwise, the control device 9 maintains the process of the upper load suspension point 1 or does not issue a message M to the operator 12 of the crane to end the process of the upper load suspension point 1.
  • the present invention has many advantages. In particular, it can be ensured in a simple and efficient manner that the load 3, although it can swing, does not collide with an obstacle (object 14) that suddenly appears, even in the event of a sudden safety stop.
  • the present invention can also be used in cranes in which the effective pendulum length 1 can reach high values - in some cases over 50 m. In the case of such large pendulum lengths 1, inclined strandings, which effectively prevent the load 3 from swinging significantly in the case of small pendulum lengths 1, are almost ineffective.

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Abstract

Ein Kran weist einen oberen Lastaufhängepunkt (1) auf, an dem über ein Seilsystem (2) eine Last (3) aufgehängt ist, so dass die Last (3) um den oberen Lastaufhängepunkt (1) pendeln kann. Eine Steuereinrichtung (9) des Krans steuert Antriebe (4a, 4b) des Krans an, so dass der obere Lastaufhängepunkt (1) und mit ihm die Last (3) entsprechend der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung (9) verfahren werden. Die Steuereinrichtung (9) ermittelt beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts (1) in Abhängigkeit von Zustandsgroßen (x, v, 1, φ1, ω, vW) des Krans dynamisch immer wieder eine innere Sicherheitszone (13) um die Last (3) herum. Die Zustandsgroßen (x, v, 1, φ1, ω, vW) umfassen zumindest eine Lage (x) des oberen Lastaufhängepunkts (1), eine Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) und eine wirksame Pendellänge (1) der Last (3) um den oberen Lastaufhängepunkt (1). Die Steuereinrichtung (9) prüft anhand von der Steuereinrichtung (9) bekannten weiteren Informationen, ob ein von der Last (3) verschiedenes Objekt (14) in die innere Sicherheitszone (13) eintritt. Sobald ein Objekt (14) in die innere Sicherheitszone (13) eintritt, beendet die Steuereinrichtung (9) das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts (1) oder gibt eine Meldung (M) zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts (1) an eine Bedienperson (12) des Krans aus. Anderenfalls behält die Steuereinrichtung (9) das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts (1) bei oder gibt keine Meldung (M) zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts (1) an die Bedienperson (12) des Krans aus.

Description

Beschreibung
Kollisionsfreie Wegführung einer an einem Seil hängenden Last
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfah ren für einen Kran, insbesondere einen Containerkran, der ei nen oberen Lastaufhängepunkt aufweist, an dem über ein Seil system eine Last aufgehängt ist, so dass die Last um den obe ren Lastaufhängepunkt pendeln kann,
- wobei eine Steuereinrichtung des Krans Antriebe des Krans ansteuert, so dass der obere Lastaufhängepunkt und mit ihm die Last entsprechend der Ansteuerung durch die Steuerein richtung verfahren werden.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steu erprogramm für eine Steuereinrichtung eines Krans, wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst, der von der Steuerein richtung ausführbar ist, wobei die Ausführung des Maschinen codes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuer einrichtung den Kran gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt .
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steu ereinrichtung eines Krans, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass die Ausführung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung be wirkt, dass die Steuereinrichtung den Kran gemäß einem derar tigen Betriebsverfahren betreibt.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Kran, insbesondere einem Containerkran,
- wobei der Kran einen oberen Lastaufhängepunkt aufweist, an dem über ein Seilsystem eine Last aufhängbar ist, so dass die Last um den oberen Lastaufhängepunkt pendeln kann,
- wobei der Kran Antriebe aufweist, mittels derer der obere Lastaufhängepunkt des Krans und mit ihm die Last verfahrbar sind, - der Kran eine Steuereinrichtung aufweist, die Antriebe des Krans ansteuert, so dass der obere Lastaufhängepunkt und mit ihm die Last entsprechend der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung verfahren werden.
Beim Betrieb von Kranen kann es beim Umschlagen einer Last
- beispielsweise eines Containers - zu Kollisionen der umge schlagenen Last mit einem Hindernis kommen. Ein besonderer Fall ist hierbei der manuelle Betrieb des Krans. Beim manuel len Betrieb wird der Kran von einem Kranfahrer bzw. allgemein einer Bedienperson bedient. Die Bedienperson hat die volle Verantwortung für den Kran und die von dem Kran geführte Last. Die Bedienperson muss insbesondere sicherstellen, dass es nicht zu einer Kollision der Last mit anderen Objekten (Hindernissen) kommt. Die Bedienpersonen derartiger Krane sind in der Regel gut geschult und können Situationen, die zu einer Kollision führen könnten, gut einschätzen. Es kann je doch Vorkommen, dass - ohne direkten Einfluss der Bedienper son - die Steuereinrichtung des Krans plötzlich einen Nothalt (Sicherheitsstopp) auslöst. In diesem Fall wird die Bewegung des oberen Lastaufhängepunkts so schnell wie möglich beendet. Das Abbremsen des oberen Lastaufhängepunkts wirkt über das Seilsystem auf die Last. Die Last wird dadurch in manchen Fällen in eine unerwünschte, von der Bedienperson so nicht vorhersehbare Pendelbewegung versetzt. Durch die Pendelbewe gung kann es trotz und sogar gerade wegen des Nothalts zu ei ner Kollision kommen.
Ähnliche Problematiken können sich im Falle eines automati sierten Betriebs des Krans ergeben, wenn plötzlich ein Not halt bzw. Sicherheitsstopp ausgelöst wird.
Im Stand der Technik sind an sich zwar Lösungen für den Kol lisionsschutz bekannt. Diese Lösungen setzen jedoch voraus, dass die Last mit dem oberen Lastaufhängepunkt starr verbun den ist. Bei den Lösungen des Standes der Technik wird also vorausgesetzt, dass die Last nicht um den oberen Lastaufhän gepunkt pendeln kann. Für Situationen, in denen ein Pendeln der Last möglich ist, sind Lösungen im Stand der Technik nicht bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kollisionsschutz zuverlässig auch dann zu gewährleisten, wenn ein Pendeln der Last um den oberen Lastaufhängepunkt möglich ist .
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet,
- dass die Steuereinrichtung beim Verfahren des oberen Last- aufhängepunkts in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Krans dynamisch immer wieder eine innere Sicherheitszone um die Last herum ermittelt,
- dass die Zustandsgrößen zumindest eine Lage des oberen
Lastaufhängepunkts , eine Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts und eine wirksame Pendellänge der Last um den oberen Lastaufhängepunkt umfassen,
- dass die Steuereinrichtung anhand von der Steuereinrichtung bekannten weiteren Informationen prüft, ob ein von der Last verschiedenes Objekt in die innere Sicherheitszone ein- tritt, und
- dass die Steuereinrichtung, sobald ein Objekt in die innere Sicherheitszone eintritt, das Verfahren des oberen Lastauf hängepunkts beendet oder eine Meldung zum Beenden des Ver fahrens des oberen Lastaufhängepunkts an eine Bedienperson des Krans ausgibt, und anderenfalls das Verfahren des obe ren Lastaufhängepunkts beibehält oder keine Meldung zum Be enden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts an die Bedienperson des Krans ausgibt. Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung ausschließlich die innere Sicherheitszone ermittelt. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen,
- dass die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den jeweili gen Zustandsgrößen dynamisch mindestens eine die innere Si cherheitszone umgebende äußere Sicherheitszone ermittelt,
- dass die Steuereinrichtung anhand der weiteren Informatio nen prüft, ob ein von der Last verschiedenes Objekt in die äußere Sicherheitszone eintritt, und
- dass die Steuereinrichtung, sobald ein Objekt in die äußere Sicherheitszone eintritt, eine Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts reduziert oder eine Meldung zum Reduzieren der Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastauf hängepunkts an eine Bedienperson des Krans ausgibt, und an derenfalls die Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastauf hängepunkts beibehält oder keine Meldung zum Reduzieren der Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts an die Bedienperson des Krans ausgibt.
Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, bereits im Vorfeld, bevor die Gefahr einer Kollision droht, eine entsprechende Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit vorzunehmen oder anzu fordern, dass die Verfahrgeschwindigkeit reduziert. Dadurch kann die Verfahrbewegung als solche zwar durchgeführt werden, aber nur mit einer reduzierten Verfahrgeschwindigkeit. Es wird also nicht sofort die Verfahrbewegung abgebrochen bzw. bei der Bedienperson ein derartiger Abbruch angefordert. Das Ausmaß der Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit ist dadurch bestimmt, dass in dem Falle, dass bei der reduzierten Ver fahrgeschwindigkeit ein Sicherheitsstopp auftritt, der obere Lastaufhängepunkt ohne Gefahr einer Kollision der Last mit einem Hindernis angehalten werden kann. Gegebenenfalls können auch mehrere ineinander verschachtelte äußere Sicherheitszo nen ermittelt werden, wobei die Verfahrgeschwindigkeit - be zogen auf die verschiedenen äußeren Sicherheitszonen - von außen nach innen immer weiter reduziert wird. Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung in einem automati schen Betrieb arbeitet, in dem die Steuereinrichtung eigen ständig ermittelt, welche Verfahrbewegung der obere Lastauf- hängepunkt jeweils ausführen soll. Vorzugsweise arbeitet die Steuereinrichtung jedoch in einem manuellen Betrieb, in dem die Steuereinrichtung von der Bedienperson immer wieder Fahr befehle für den oberen Lastaufhängepunkt entgegennimmt. In diesem Fall nimmt die Steuereinrichtung die Ansteuerung der Antriebe zumindest dann, wenn kein von der Last verschiedenes Objekt in die innere Sicherheitszone bzw. in die äußere Si cherheitszone eingetreten ist, jeweils entsprechend den vor gegebenen Fahrbefehlen vor.
Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung anhand der mo mentanen Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts einen Bremsweg des oberen Lastaufhängepunkts und berücksich tigt im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone den Bremsweg des oberen Lastaufhängepunkts und eine Pendelbewe gung der Last um den oberen Lastaufhängepunkt. Durch diese Vorgehensweise lässt sich die innere Sicherheitszone mög lichst gut abschätzen. Ein Eingreifen in die eigentlich ge wünschte Fahrbewegung des oberen Lastaufhängepunkts wird dadurch auf diejenigen Fälle reduziert, in denen sie tatsäch lich erforderlich ist.
In der Regel legt die Steuereinrichtung der Ermittlung des Bremsweges des oberen Lastaufhängepunkts eine vorbekannte, konstante Beschleunigung zu Grunde.
Im optimalen Fall umfassen die Zustandsgrößen - zusätzlich zur Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts und der wirksamen Pendellänge - für die tatsächliche Pendelbewe gung charakteristische Größen. Dadurch ist es möglich, dass die Steuereinrichtung anhand der für die tatsächliche Pendel bewegung charakteristischen Größen - also der konkret gegebe nen Pendelbewegung zu dem Zeitpunkt, zu dem der Sicherheits stopp auftritt - eine maximale Auslenkung der Pendelbewegung für denjenigen Zeitpunkt ermittelt, zu dem der obere Lastauf- hängepunkt gestoppt ist, und im Rahmen der Ermittlung der in neren Sicherheitszone die ermittelte maximale Auslenkung der Pendelbewegung berücksichtigt. Dadurch kann die innere Si cherheitszone sehr genau entsprechend der tatsächlichen Gege benheiten ermittelt werden.
Alternativ ist es möglich, dass die Zustandsgrößen, die für die tatsächliche Pendelbewegung charakteristischen Größen nicht umfassen. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung die Pendelbewegung dadurch berücksichtigen, dass sie einer Pen deltabelle einen von der Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts und der wirksamen Pendellänge abhängigen Wert entnimmt und diesen Wert im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone berücksichtigt. In der Pendeltabelle ist hierbei ein Wert hinterlegt, der in der Praxis dem schlimmstmöglichen Fall entspricht. Es wird also eine worst case Betrachtung vorgenommen. Dadurch ist eine zuverlässige Ermittlung der inneren Sicherheitszone auch dann möglich, wenn die tatsächliche Pendelbewegung nicht bekannt ist.
Es ist weiterhin möglich, dass die Zustandsgrößen zusätzlich eine Windgeschwindigkeit eines die Last umströmenden Windes umfassen. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone zusätzlich auch eine Auslenkung der Last durch den Wind mitberücksichtigen. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen noch wei ter reduziert werden. Die Windgeschwindigkeit kann als rich tungsunabhängiger Betrag oder in Form eines Vektors gegeben sein .
Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung die Auslenkung der Last durch Wind dadurch, dass sie einer Windtabelle einen Wert entnimmt, der von der Windgeschwindigkeit, einer Masse der Last und einer Angriffsfläche der Last für den Wind ab hängig ist, und anhand dieses Wertes die Auslenkung der Last durch den Wind ermittelt. Diese Vorgehensweise gestaltet sich als besonders effizient. Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Steuerprogramm der eingangs genannten Art derart ausgestal tet, dass die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steu ereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung den Kran gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Erfindungsgemäß wird eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art mit einem erfindungsgemäßen Steuerprogramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung den Kran gemäß einem erfindungsgemäßen Be triebsverfahren betreibt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Kran mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuerein richtung des Krans als erfindungsgemäße Steuereinrichtung ausgebildet .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
FIG 1 eine Seitenansicht eines Krans,
FIG 2 den Kran von FIG 1 von oben,
FIG 3 eine Pendelbewegung,
FIG 4 ein Steuerungsdiagramm,
FIG 5 ein Ablaufdiagramm,
FIG 6 einen oberen Lastaufhängepunkt, eine Last und
Sicherheitszonen, FIG 7 eine erste Pendeltabelle
FIG 8 eine zweite Pendeltabelle
FIG 9 ein Ablaufdiagramm
FIG 10 ein Ablaufdiagramm
FIG 11 ein Ablaufdiagramm
FIG 12 eine Windtabelle und
FIG 13 ein Ablaufdiagramm.
Gemäß den FIG 1 und 2 weist ein Kran einen oberen Lastaufhän- gepunkt 1 auf. An dem oberen Lastaufhängepunkt 1 kann über ein Seilsystem 2 eine Last 3 aufgehängt werden. Aufgrund des Umstands, dass die Last 3 somit eine hängende Last ist, kann die Last 3 entsprechend der Darstellung in FIG 3 um den obe ren Lastaufhängepunkt 1 pendeln. Die Last 3 kann entsprechend der Darstellung in den FIG 1 und 2 beispielsweise als Contai ner ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Kran ein Contai nerkran .
Die Pendelbewegung kann, sofern die Pendelbewegung in einer vertikalen Ebene erfolgt, durch drei Größen vollständig be schrieben werden. Diese drei Größen sind die wirksame Pendel länge 1, der momentane Auslenkungswinkel cp1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit w. Die momentane Winkelgeschwindigkeit w entspricht, wie allgemein bekannt ist, der zeitlichen Ab leitung des momentanen Auslenkungswinkels cpl . Der momentane Auslenkungswinkel cpl weist einen Wert von 0° auf, wenn - in nerhalb der vertikalen Ebene - die Last 3 sich exakt unter dem oberen Lastaufhängepunkt 1 befindet. Die vorliegende Er findung wird nachstehend in Verbindung mit einer derartigen Pendelbewegung erläutert. Im Falle einer zusätzlichen Pendel bewegung in einer zu der genannten vertikalen Ebene orthogo nalen Ebene müssen ein weiterer momentaner Auslenkungswinkel und eine weitere momentane Winkelgeschwindigkeit und gegebe nenfalls ein Phasenversatz der beiden Pendelbewegungen rela tiv zueinander berücksichtigt werden. Dies ist jedoch ohne weiteres möglich, da die beiden zueinander orthogonalen Ebe nen unabhängig voneinander betrachtet werden können. Die Sys tematik bleibt also dieselbe.
Der Kran weist gemäß FIG 4 Antriebe 4a, 4b auf. Mittels der Antriebe 4a, 4b ist der obere Lastaufhängepunkt 1 und mit ihm die Last 3 verfahrbar. Beispielsweise kann der Kran entspre chend der Darstellung in den FIG 1 und 2 ein Grundgerüst 5 aufweisen, in dessen oberem Bereich eine Traverse 6 verläuft. Auf der Traverse 6 kann eine Laufkatze 7 angeordnet sein, die mittels des Antriebs 4a durch Vorgabe eines entsprechenden Sollwertes x* in einer x-Richtung verfahren werden kann. Der obere Lastaufhängepunkt 1 ist in diesem Fall an der Laufkatze 7 angeordnet. Zusätzlich ist es möglich, dass mittels des An triebs 4b das Grundgerüst 5 als Ganzes durch Vorgabe eines entsprechenden Sollwertes y* in einer y-Richtung verfahren werden kann. Die x-Richtung und die y-Richtung sind orthogo nal zueinander und verlaufen beide (exakt oder zumindest im Wesentlichen) horizontal. Der Kran weist ferner einen weite ren Antrieb 4c auf, der ein Hubwerk 8 antreibt. Mittels des Weiteren Antriebs 4c und des Hubwerks 8 kann durch Vorgabe eines entsprechenden Sollwertes 1* die Last 3 angehoben und abgesenkt werden und hiermit korrespondierend die wirksame Pendellänge 1 eingestellt werden.
Im Falle einer derartigen Ausgestaltung - also als Kran mit einem Grundgerüst 5, einer Traverse 6 und einer Laufkatze 7 - kann der Kran beispielsweise als Portalkran oder als Contai nerbrücke ausgebildet sein. Insbesondere Containerbrücken werden oftmals zum Umschlagen von Containern zu und von
Schiffen eingesetzt (STS = ship to shore) . Es sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich, beispielsweise als Portal kran. Auch muss die Last 3 nicht notwendigerweise ein Contai ner sein, auch wenn dies oftmals der Fall ist. Die Vorgabe der entsprechenden Sollwerte x*, y* , 1* (oder die Vorgabe von Änderungsrichtungen und gegebenenfalls auch Ände rungsgeschwindigkeiten) erfolgt durch eine Steuereinrichtung 9, welche die Antriebe 4a, 4b, 4c des Krans ansteuert. Ent sprechend der Ansteuerung der Antriebe 4a, 4b werden der obe re Lastaufhängepunkt 1 und mit ihm die Last 3 verfahren, ent sprechend der Ansteuerung des Antriebs 4c wird die Last 3 an gehoben oder abgesenkt.
Die Steuereinrichtung 9 ist mit einem Steuerprogramm 10 pro grammiert. Das Steuerprogramm 10 umfasst Maschinencode 11, der von der Steuereinrichtung 9 ausführbar ist. Die Ausfüh rung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 9 be wirkt, dass die Steuereinrichtung 9 den Kran gemäß einem Be triebsverfahren betreibt, das nachstehend näher erläutert wird .
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass der Kran eine Verfahrbewegung in der x-Richtung ausführt. Für eine Verfahrbewegung in der y-Richtung oder eine kombinierte Verfahrbewegung sowohl in der x-Richtung als auch in der y- Richtung gelten gegebenenfalls völlig analoge Ausführungen.
Gemäß FIG 5 nimmt die Steuereinrichtung in einem Schritt S1 Daten der Last 3 entgegen. Die Daten können insbesondere die Masse und die Abmessungen der Last 3 umfassen.
In einem Schritt S2 bestimmt die Steuereinrichtung 9 - wenn auch nur vorläufig - Steuerbefehle C für die Antriebe 4a, 4b, 4c. In einem Automatikbetrieb bestimmt die Steuereinrichtung 9 die Steuerbefehle C eigenständig anhand ihres Steuerpro gramms 10. In einem manuellen Betrieb bestimmt die Steuerein richtung 9 die Steuerbefehle C aufgrund von Fahrbefehlen F einer Bedienperson 12. Die Steuerbefehle C legen insbesondere die Sollwerte x*, y* und 1* für die Antriebe 4a, 4b, 4c fest.
Auf welche Art und Weise die Steuerbefehle C bestimmt werden, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Vorzugsweise arbeitet die Steuereinrichtung 9 je doch im manuellen Betrieb, in dem die Steuereinrichtung 9 von der Bedienperson 12 immer wieder die Fahrbefehle F entgegen nimmt. Die Fahrbefehle F umfassen in diesem Fall zum einen die Fahrbefehle für das Verfahren des oberen Lastaufhänge- punkts 1. Zum anderen umfassen sie die Fahrbefehle für das Heben und Senken der Last 3.
In einem Schritt S3 prüft die Steuereinrichtung 9, ob ein Si cherheitsstopp ausgelöst wurde. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S4 über, in dem die Steuereinrichtung 9 das Verfahren des oberen Lastaufhänge- punkts 1 und mit ihm der Last 3 so schnell wie möglich been det (Nothalt) . In einem nachfolgenden Schritt S5 prüft die Steuereinrichtung 9 sodann, ob ihr wieder eine Freigabe zur Wiederaufnahme des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts 1 vorgegeben wird. Die Steuereinrichtung 9 führt den Schritt S5 immer wieder erneut aus, bis dies erfolgt.
Wenn kein Sicherheitsstopp ausgelöst wurde, ermittelt die Steuereinrichtung 9 in einem Schritt S6 eine innere Sicher heitszone 13 um die Last 3 herum (siehe FIG 6) . Die innere Sicherheitszone 13 ist derart bestimmt, dass im Falle eines plötzlich auftretenden Sicherheitsstopps die Last 3 nicht mit Objekten 14 (siehe FIG 1) in Kontakt kommt, sofern diese sich außerhalb der inneren Sicherheitszone 13 befinden. Die innere Sicherheitszone 13 erstreckt sich horizontal über bestimmte Abmessungen. Dies wird später erläutert werden. In Vertikal richtung kann sich die innere Sicherheitszone 13, ausgehend von der momentanen Position der Last 3 unter dem oberen Last- aufhängepunkt 1, nach oben prinzipiell unbegrenzt erstrecken. Alternativ ist es möglich, dass sie sich nach oben nur in be grenztem Umfang erstreckt. Nach unten ist die Sicherheitszone 13 stets begrenzt, und zwar - ausgehend von der momentanen Höhenposition der Last 3 - durch den Bremsweg, der beim Ab senken der Last 3 zum Anhalten des Hubwerks 8 erforderlich ist . Die Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 erfolgt in Ab hängigkeit von Zustandsgrößen des Krans . Hierbei handelt es sich um die Zustandsgrößen, wie sie zu dem Zeitpunkt vorlie gen, zu dem der Sicherheitsstopp ausgelöst wird. Die Zu standsgrößen umfassen zumindest die Lage des oberen Lastauf- hängepunkts 1, also beispielsweise dessen x- und y-Position, die Verfahrgeschwindigkeit v des oberen Lastaufhängepunkts 1 und den Abstand der Last 3 vom oberen Lastaufhängepunkt 1, also im Ergebnis die wirksame Pendellänge 1. Nachfolgend wird angenommen, dass es sich um die entsprechenden Istwerte x, y, 1 handelt. Alternativ kann es sich aber ebenso um die Soll werte x*, y* , 1* handeln. Die Ermittlung der inneren Sicher heitszone 13 wird später noch näher erläutert werden.
In einem Schritt S7 nimmt die Steuereinrichtung 9 Informatio nen aus der Umgebung der Last 3 entgegen. Die Informationen können der Steuereinrichtung 3 auf verschiedene Art und Weise - gegebenenfalls auch in Kombination - zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann es sich um Informationen über ortsfeste Hindernisse handeln, beispielsweise bauliche Struk turen. Derartige Informationen müssen der Steuereinrichtung 9 nur einmalig vorgegeben werden. Auch kann es sich um Informa tionen über temporär ortsfeste Hindernisse handeln, bei spielsweise über bereits umgeschlagene oder noch umzuschla gende andere Lasten. Informationen über bereits umgeschlagene Lasten können der Steuereinrichtung 9 aufgrund ihres Betriebs in der Vergangenheit bekannt sein. Informationen über noch umzuschlagende Lasten können der Steuereinrichtung 9 ander weitig bekannt gegeben werden, beispielsweise durch Vorgabe einer abzuarbeitenden Sequenz zum Umschlag von Lasten. Auch kann es sich um Informationen über bewegliche Hindernisse handeln, beispielsweise Fahrzeuge oder Personen. Derartige Informationen können der Steuereinrichtung 9 beispielsweise über Bilder einer Kamera oder mehrerer Kameras bekannt gege ben werden.
Durch Auswerten der entgegengenommenen Informationen prüft die Steuereinrichtung 9 in einem Schritt S8, ob ein von der Last 3 verschiedenes Objekt 14 in die innere Sicherheitszone 13 eintritt.
Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S9 über. Im Schritt S9 führt die Steuereinrich tung 9 die im Schritt S2 ermittelten Steuerbefehle C aus. Sie steuert also die Antriebe 4a, 4b, 4c entsprechend an. Der obere Lastaufhängepunkt 1 und mit ihm die Last 3 werden somit durch die Steuereinrichtung 9 entsprechend der gewünschten Ansteuerung verfahren. Im Ergebnis behält die Steuereinrich tung 9 somit das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 bei. Eine besondere Meldung M an die Bedienperson 12 erfolgt nicht. Insbesondere nimmt die Steuereinrichtung 9 im Falle des manuellen Betriebs die Ansteuerung der Antriebe 4a, 4b,
4c in diesem Fall jeweils entsprechend den vorgegebenen Fahr befehlen F vor.
Wenn die Steuereinrichtung 9 hingegen im Schritt S8 erkannt hat, dass ein von der Last 3 verschiedenes Objekt 14 in die innere Sicherheitszone 13 eingetreten ist, beendet die Steu ereinrichtung 9 in einem Schritt S10 das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1. Auch im Schritt S10 wird das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 - analog zum Schritt S4 - so schnell wie möglich beendet. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 9 in einem Schritt Sil die erwähnte be sondere Meldung M an die Bedienperson 12 ausgeben. Durch die besondere Meldung M wird die Bedienperson 12 aufgefordert, das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 zu beenden.
Sowohl vom Schritt S9 als auch vom Schritt S10 bzw. vom
Schritt Sil aus geht die Steuereinrichtung 9 wieder zum
Schritt S2 zurück. Im Ergebnis wird dadurch - unter anderem - die innere Sicherheitszone 13 beim Verfahren des oberen Last aufhängepunkts 1 dynamisch immer wieder neu ermittelt.
Nachfolgend werden verschiedene Möglichkeiten zum Ermitteln der inneren Sicherheitszone 13 in Horizontalrichtung erläu- tert. Die Ermittlung in Vertikalrichtung ist einfach und un kritisch .
Die Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 beginnt mit der Überlegung, dass der obere Lastaufhängepunkt 1 sich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Sicherheitsstopp des Schrittes S10 aus gelöst wird, bei einer momentanen Position sO befindet und sich mit einer Verfahrgeschwindigkeit v bewegt. Unter der An nahme, dass das Abbremsen des oberen Lastaufhängepunkts 1 mit einer konstanten Beschleunigung a erfolgt, gilt somit für den Bremsweg sl des oberen Lastaufhängepunkts 1 die Bedingung s\ = v2/2a (1)
Die Beschleunigung a ist - selbstverständlich - der Verfahr geschwindigkeit v entgegen gerichtet.
Es ist weiterhin möglich, eine analoge Vorgehensweise auch für die Pendellänge 1 vorzunehmen. Die Änderung der Pendel länge 1, also die Hubgeschwindigkeit, mit der die Last 3 an gehoben oder abgesenkt wird, wird in diesem Fall über eine Geschwindigkeitsrampe auf 0 reduziert. Die Beschleunigung, mit der die Hubgeschwindigkeit auf 0 reduziert wird, kann al ternativ lastunabhängig oder lastabhängig sein. Insbesondere beim Absenken der Last 3 kann die Beschleunigung, mit der die Hubgeschwindigkeit auf 0 reduziert wird, von der Masse m der Last und gegebenenfalls auch von der Position der Laufkatze 7 auf der Traverse 6 abhängig sein. Wenn die Last 3 hingegen gerade angehoben wird, kann die Hubgeschwindigkeit in der Re gel sehr schnell und unabhängig von der Masse der Last 3 und der Position der Laufkatze 7 auf der Traverse 6 auf 0 abge senkt werden.
Durch die momentane Position sO und den Bremsweg sl ist die innere Sicherheitszone 13 aber noch nicht vollständig defi niert. Denn die Last 3 führt zu dem Zeitpunkt, zu dem der Si cherheitsstopp ausgelöst wird, eine Pendelbewegung aus. Es ist also erforderlich, dass die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 nicht nur die momentane Position sO und den Bremsweg sl des oberen Lastauf- hängepunkts 1 berücksichtigt. Vielmehr muss die Steuerein richtung 9 zusätzlich auch die Pendelbewegung der Last 3 um den oberen Lastaufhängepunkt 1 berücksichtigen.
Die Pendelbewegung kann, wie bereits erwähnt, durch die wirk same Pendellänge 1, den momentanen Auslenkungswinkel cp1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit w beschrieben werden. Die Pendellänge 1 ist der Steuereinrichtung 9 stets bekannt. Es ist möglich, dass der momentane Auslenkungswinkel cp1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit w der Steuereinrichtung 9 ebenfalls bekannt sind. Es ist aber ebenso möglich, dass sie der Steuereinrichtung 9 nicht bekannt sind.
Nachfolgend wird zwischen diesen beiden Fällen - der momenta ne Auslenkungswinkel cp1 und die momentane Winkelgeschwindig keit w sind der Steuereinrichtung 9 bekannt oder nicht be kannt - zunächst nicht unterschieden. Stattdessen wird erläu tert, wie eine vierdimensionale Tabelle 15 (siehe FIG 7) mit Einträgen gefüllt werden kann. Eingangsgrößen für die Tabelle 15 sind - jeweils auf den Zeitpunkt bezogen, zu dem der Si cherheitsstopp ausgelöst wird - die Verfahrgeschwindigkeit v, die wirksame Pendellänge 1, der momentane Auslenkungswinkel cp1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit w. Ausgangsgröße cp2 der Tabelle 15 ist für die Pendelbewegung der Last 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem der obere Lastaufhängepunkt 1 gestoppt ist, die maximale - nicht die momentane - Auslenkung cp2 der nunmehrigen Pendelbewegung, nachfolgend als Maximalauslenkung cp2 bezeichnet. Die Tabelle 15 wird nachfolgend als erste Pen deltabelle 15 bezeichnet.
Um die einzelnen Einträge für die erste Pendeltabelle 15 er mitteln zu können, müssen die vier Eingangsgrößen v, 1, cp1 und w schrittweise variiert werden. Die anderen Parameter - beispielsweise die Beschleunigung a - sind konstant und vor gegeben. Für jede konkrete Kombination der vier Eingangsgrö ßen v, 1, cp1 und w kann die jeweilige Maximalauslenkung cp2 ohne weiteres ermittelt werden. Insbesondere sind die Bewe gungsgleichungen des oberen Lastaufhängepunkts 1 und der Last 3 bekannt und können - analytisch oder numerisch - ohne wei teres gelöst werden.
Die Grenzen für die Eingangsgrößen v, 1, cp1 und w der ersten Pendeltabelle 15 können ohne weiteres sinnvoll bestimmt wer den. Für die Verfahrgeschwindigkeit v ist ohne weiteres be kannt, welcher Wert maximal möglich ist. Minimal weist die Verfahrgeschwindigkeit v den Wert 0 auf. Gleiches gilt für die Pendellänge 1. Auch hier können ohne weiteres ein Mini malwert und ein Maximalwert sinnvoll bestimmt werden. Für die Pendelbewegung der Last 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Si cherheitsstopp ausgelöst wird, können vernünftige Annahmen getroffen werden. Insbesondere kann aufgrund von empirischen Erfahrungswerten bekannt sein, wie stark die Pendelbewegung sein kann. Beispielsweise kann empirisch bekannt sein, dass im tatsächlichen Betrieb maximal ein Pendeln um 5° erfolgt. Der empirische Zahlenwert von 5° ist selbstverständlich nur rein beispielhaft. Weiterhin kann der empirische Zahlenwert insbesondere von der Pendellänge 1 und gegebenenfalls auch von der Verfahrgeschwindigkeit v abhängen.
Zum Füllen der ersten Pendeltabelle 15 müssen also die ver schiedenen möglichen Werte für die Verfahrgeschwindigkeit v und die Pendellänge 1 schrittweise abgearbeitet werden (in der Regel als äußerte und nächstinnere Schleife) . Schrittwei ten dieser beiden Schleifen können nach Bedarf bestimmt wer den. Für jeden konkreten Wert der Verfahrgeschwindigkeit v und der Pendellänge 1 wird sodann jeweils der zugehörige em pirisch maximal mögliche Pendelwinkel - nachfolgend mit dem Bezugszeichen versehen - bestimmt. Nun werden in einer nächstinneren Schleife mögliche Werte - nachfolgend mit dem Bezugszeichen ß versehen - zwischen 0 und dem empirisch maxi mal möglichen Pendelwinkel angesetzt und in einer innersten Schleife für den jeweiligen Wert ß der Pendelbewegung mögli che Zustände durchgerechnet. Auch für diese beiden Schleifen können die Schrittweiten nach Bedarf bestimmt werden. Um die Vorgehensweise etwas konkreter zu erläutern, wird nachstehend ein programmähnlicher Code wiedergegeben. Hierbei werden die Größen vl, v2 und dn für den Minimalwert, den Ma ximalwert und die Schrittweite der Verfahrgeschwindigkeit v verwendet. In analoger Weise werden die Größen 11, 12 und 51 für den Minimalwert, den Maximalwert und die Schrittweite der Pendellänge 1 verwendet. Die Größe db wird für die Schritt weite beim Variieren der Maximalauslenkung ß verwendet. Die Größe df wird für die Schrittweite beim Betrachten der ein zelnen Zustände einer konkreten Pendelbewegung verwendet.
Anfang do-Schleife v von vl bis v2 mit dn
Anfang do-Schleife 1 von 11 bis 12 mit öl
(optional: bestimme )
Anfang do-Schleife ß von 0 bis mit db
Anfang do-Schleife cp1 von -ß bis +ß mit df bestimme w
ermittle cp2
invertiere w
ermittle nochmals cp2
Ende do-Schleife cp1
Ende do-Schleife ß
Ende do-Schleife 1
Ende do-Schleife v
Anhand der ersten Pendeltabelle 15 kann eine weitere Tabelle 16 ermittelt werden. Die weitere Tabelle 16 ist entsprechend der Darstellung in FIG 8 nur zweidimensional. Sie wird nach folgend als zweite Pendeltabelle 16 bezeichnet. Eingangsgrö ßen für die zweite Pendeltabelle 16 sind - jeweils auf den Zeitpunkt bezogen, zu dem der Sicherheitsstopp ausgelöst wird, - die Verfahrgeschwindigkeit v und die wirksame Pendel länge 1. Ausgangsgröße cp3 der zweiten Pendeltabelle 16 ist der größte der Einträge, der in ersten Pendeltabelle 15 für die jeweilige Verfahrgeschwindigkeit v und die jeweilige wirksame Pendellänge als Maximalauslenkung cp2 eingetragen ist. Die Ausgangsgröße cp3 der zweiten Pendeltabelle 16 gibt also bei gegebener Verfahrgeschwindigkeit v und gegebener wirksamer Pendellänge 1 das Maximum der möglichen Maximalaus- lenkungen cp2 an.
Um die Vorgehensweise etwas konkreter zu erläutern, wird nachstehend ein programmähnlicher Code wiedergegeben. Hierbei wird die gleiche Nomenklatur verwendet wie zuvor für die ers te Pendeltabelle 15. Weiterhin wird angenommen, dass die Ein träge für die erste Pendeltabelle 15 bereits ermittelt sind.
Anfang do-Schleife v von vl bis v2 mit dn
Anfang do-Schleife 1 von 11 bis 12 mit 51
cp3 = Maximum aller cp2 (variiert werden cp1 und w) Ende do-Schleife 1
Ende do-Schleife v
Es ist sogar möglich, auch im Rahmen der obenstehend erläu terten Ermittlung der beiden Pendeltabellen 15, 16 die Hubge schwindigkeit und gegebenenfalls auch die zugehörige Be schleunigung mit zu berücksichtigen. Durch diese Vorgehens weise werden die beiden Pendeltabellen 15, 16 bezüglich ihrer
Eingangsgrößen gegebenenfalls um eine Dimension (nämlich die Hubgeschwindigkeit) oder um zwei Dimensionen (nämlich die Hubgeschwindigkeit und die Beschleunigung, mit der die Hubge schwindigkeit auf 0 reduziert wird) vergrößert. Die prinzipi elle Vorgehensweise bleibt jedoch die gleiche.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 9 in einem Schritt S21 die aktuellen Werte für den Auslenkungswinkel cp1 und die Winkelgeschwindigkeit w entgegennimmt. In diesem Fall werden die entsprechenden Werte cp1 , w mittels geeigneter Messsysteme erfasst. Die Winkelge schwindigkeit w kann von der Steuereinrichtung 9 gegebenen falls durch Ermitteln der zeitlichen Ableitungen mehrerer zeitlich nacheinander erfasster Auslenkungswinkel cp1 selbst ermittelt werden. Die Messsysteme können insbesondere als si chere Messsysteme ausgebildet sein. Ebenso kann die Steuereinrichtung 9 auch andere Werte entge gennehmen, welche die Pendelbewegung charakterisieren. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 9 anhand der charakte ristischen Größen den Auslenkungswinkel cp1 und die Winkelge schwindigkeit w ermitteln.
Somit umfassen die Zustandsgrößen, anhand derer die Steuer einrichtung 9 die innere Sicherheitszone 13 bestimmt, also zusätzlich zur Verfahrgeschwindigkeit v und zur wirksamen Pendellänge 1 für die tatsächliche Pendelbewegung charakte ristische Größen cp1 , w. Die Steuereinrichtung 9 ist daher nicht nur in der Lage, in einem Schritt S22 den Bremsweg sl zu ermitteln. Vielmehr ist die Steuereinrichtung 9 auch in der Lage, in einem Schritt S23 anhand der nunmehr konkret ge gebenen vier Werte , 1, cp1 und w konkret die Maximalauslen- kung cp2 zu ermitteln. Hierbei ist es möglich, dass die Steu ereinrichtung 9 eine analytische Ermittlung vornimmt. Vor zugsweise wurde die Ermittlung jedoch bereits vorab vorgenom men und wird der Steuereinrichtung 9 entsprechend der Dar stellung in FIG 4 in Form der ersten Pendeltabelle 15 zur Verfügung gestellt. Die Maximalauslenkung cp2 kann ein Winkel sein. In diesem Fall muss zur Ermittlung der zugehörigen Längsauslenkung s2 noch die Pendellänge 1 mit berücksichtigt werden : s2 = l sin(</?2) ( 2 )
In einem Schritt S24 ermittelt die Steuereinrichtung 9 sodann die innere Sicherheitszone 13. Die innere Sicherheitszone 13 ergibt sich somit vom Ansatz her durch Berücksichtigung des Bremsweges sl und der Längsauslenkung s2. Im einfachsten Fall ergibt sich in die momentane Verfahrrichtung gesehen als Grenze der inneren Sicherheitszone 13 die Position s wie folgt :
5 = s0 + 5l + s2 (3) Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Ermitt lung der inneren Sicherheitszone 13 auch andere Größen ver werten. Im Gegensatz zu den genannten Größen ändern sich die se Größen beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 aber nicht. Beispiele derartiger Größen sind die Abmessungen der Last 3 oder maximal mögliche Abmessungen der Last 3. Bei spielsweise kann, falls die Last 3 ein Container ist, bekannt sein, dass maximal 48-Fuß-Container umgeschlagen werden. Die zugehörige Länge, Breite und Höhe würde Maximalwerten für die Abmessungen der Last 3 entsprechend. Wenn konkret beispiels weise ein 4 O-Fuß-Container oder ein 2 O-Fuß-Container umge schlagen wird, können alternativ aber auch diese Werte mit verwertet werden.
Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 die aktuellen Werte für den Auslenkungswinkel cp1 und die Winkel geschwindigkeit w (oder andere Werte, welche die tatsächliche Pendelbewegung charakterisieren) nicht entgegennimmt. In die sem Fall kann die Steuereinrichtung 9 nur eine worst case Be trachtung vornehmen. Ein Schritt S31 (FIG 10) kann zwar 1:1 mit dem Schritt S22 korrespondieren. Die Steuereinrichtung 9 kann aber entsprechend der Darstellung in FIG 10 in einem Schritt S32 lediglich das Maximum cp3 der möglichen Maximal- auslenkungen cp2 ermitteln. Theoretisch ist auch hier wieder möglich, dass die Steuereinrichtung 9 eine analytische Er mittlung vornimmt. Auch hier wurde die Ermittlung jedoch vor zugsweise bereits vorab vorgenommen und wird der Steuerein richtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 4 in Form der zweiten Pendeltabelle 16 zur Verfügung gestellt. Analog zur Maximalauslenkung cp2 kann das Maximum cp3 ein Winkel sein. In diesem Fall muss zur Ermittlung der zugehörigen Längsauslen kung s2 noch die Pendellänge 1 mit berücksichtigt werden: s2 = l sin(</?3) ( 4 )
In einem Schritt S33 ermittelt die Steuereinrichtung 9 sodann die innere Sicherheitszone 13. Der Schritt S33 korrespondiert mit dem Schritt S24 von FIG 8. Die Vorgehensweise von FIG 10 kann weiter ausgestaltet wer den. Insbesondere ist es entsprechend der Darstellung in den FIG 4 und 11 möglich, dass die Steuereinrichtung 9 in einem Schritt S41 zwar nicht den Auslenkungswinkel cp1 und die Win kelgeschwindigkeit w entgegennimmt, wohl aber eine Windge schwindigkeit vW eines die Last 3 umströmenden Windes. Die Windgeschwindigkeit vW kann als reiner Betrag vorgegeben sein. Sie kann aber auch als Vektorgröße vorgegeben sein.
Aufgrund der Entgegennahme der Windgeschwindigkeit vW können die Zustandsgrößen, anhand derer die innere Sicherheitszone 13 ermittelt wird, also zusätzlich die Windgeschwindigkeit vW umfassen. Dadurch ist die Steuereinrichtung 9 in der Lage, in einem Schritt S42 eine Zusatzauslenkung s3 zu ermitteln. Die Zusatzauslenkung s3 entspricht der durch die Windgeschwindig keit vW bewirkten statischen Auslenkung der Last 3. Sie ist abhängig von der wirksamen Pendellänge 1, der von dem Wind auf die Last 3 ausgeübten Kraft und der Masse m der Last 3. Die Kraft wiederum ist abhängig von der Windgeschwindigkeit vW. Es ist daher beispielsweise möglich, entsprechend der Darstellung in FIG 12 eine weitere Tabelle 17 zu ermitteln. Die Tabelle 17 kann als Eingangsgrößen die Windgeschwindig keit vW, die Masse m der Last 3, eine wirksame Angriffsfläche A der Last 3 für den Wind und die wirksame Pendellänge 1 auf weisen und als Ausgangsgröße die Zusatzauslenkung s3 liefern. Auch hier ist jedoch wieder eine analytische Ermittlung mög lich.
Unabhängig von der Art und Weise, auf welche die Steuerein richtung 9 die Zusatzauslenkung s3 ermittelt, ist die Steuer einrichtung 9 jedoch in der Lage, in einem Schritt S43 im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 nicht nur den Bremsweg sl und die Längsauslenkung s2, sondern zu sätzlich auch die Zusatzauslenkung s3 zu berücksichtigen.
Die vorliegende Erfindung kann weiterhin auch auf andere Art und Weise ausgestaltet werden. Dies wird nachstehend in Ver bindung mit FIG 13 näher erläutert. FIG 13 geht aus von der Vorgehensweise von FIG 5. Zusätzlich sind jedoch Schritte S51 bis S54 vorhanden.
Im Schritt S51 ermittelt die Steuereinrichtung 9 mindestens eine äußere Sicherheitszone 18. Die äußere Sicherheitszone 18 umgibt entsprechend der Darstellung in FIG 6 die innere Si cherheitszone 13. Der Schritt S51 wird von der Steuereinrich tung 9 - ebenso wie der Schritt S6 - dynamisch immer wieder ausgeführt. Auch wird die äußere Sicherheitszone 18 in Abhän gigkeit von den gleichen Zustandsgrößen ermittelt wie die in nere Sicherheitszone 13.
Im Schritt S52 prüft die Steuereinrichtung 9, ob das Objekt 14 in die äußere Sicherheitszone 18 eintritt. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S9 über. Insbesondere im manuellen Betrieb nimmt die Steuerein richtung 9 die Ansteuerung der Antriebe 4a, 4b, 4c in diesem Fall jeweils entsprechend den vorgegebenen Fahrbefehlen F vor. Eine etwaige Meldung M' zum Reduzieren der Verfahrge schwindigkeit v wird nicht an die Bedienperson 12 ausgegeben. Wenn dies hingegen der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S8 über.
Wenn die Steuereinrichtung 9 im Schritt S8 feststellt, dass das Objekt 14 zwar in die äußere Sicherheitszone 18, nicht aber in die innere Sicherheitszone 13 eingetreten ist, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S53 über. Im Schritt S53 ermittelt die Steuereinrichtung 9 modifizierte Steuerbe fehle C. Insbesondere reduziert die Steuereinrichtung 9 im Schritt S53 die Verfahrgeschwindigkeit v des oberen Lastauf- hängepunkts 1. Alternativ oder zusätzlich kann sie eine ent sprechende Meldung M' an die Bedienperson 12 ausgeben, dass diese die Verfahrgeschwindigkeit v reduzieren soll.
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit fol genden Sachverhalt: Ein Kran weist einen oberen Lastaufhängepunkt 1 auf, an dem über ein Seilsystem 2 eine Last 3 aufgehängt ist, so dass die Last 3 um den oberen Lastaufhängepunkt 1 pendeln kann. Eine Steuereinrichtung 9 des Krans steuert Antriebe 4a, 4b des Krans an, so dass der obere Lastaufhängepunkt 1 und mit ihm die Last 3 entsprechend der Ansteuerung durch die Steuerein richtung 9 verfahren werden. Die Steuereinrichtung 9 ermit telt beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 in Abhän gigkeit von Zustandsgrößen x, v, 1, cp1 , w, vW des Krans dyna misch immer wieder eine innere Sicherheitszone 13 um die Last 3 herum. Die Zustandsgrößen x, v, 1, cp1 , w, vW umfassen zu mindest eine Lage x des oberen Lastaufhängepunkts 1, eine Verfahrgeschwindigkeit v des oberen Lastaufhängepunkts 1 und eine wirksame Pendellänge 1 der Last 3 um den oberen Lastauf hängepunkt 1. Die Steuereinrichtung 9 prüft anhand von der Steuereinrichtung 9 bekannten weiteren Informationen, ob ein von der Last 3 verschiedenes Objekt 14 in die innere Sicher heitszone 13 eintritt. Sobald ein Objekt 14 in die innere Si cherheitszone 13 eintritt, beendet die Steuereinrichtung 9 das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 oder gibt eine Meldung M zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhänge punkts 1 an eine Bedienperson 12 des Krans aus. Anderenfalls behält die Steuereinrichtung 9 das Verfahren des oberen Last aufhängepunkts 1 bei oder gibt keine Meldung M zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts 1 an die Bedien person 12 des Krans aus.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere kann auf einfache und effiziente Weise gewährleistet werden, dass die Last 3, obwohl sie pendeln kann, auch im Falle eines plötzlichen Sicherheitsstopps nicht mit einem plötzlich auftauchenden Hindernis (Objekt 14) kollidiert.
Dies gilt gleichermaßen im manuellen Betrieb und im automati sierten Betrieb des Krans. Diese Gefahr besteht anderenfalls, obwohl im Normalbetrieb oftmals oftmals eine so genannte sway control (Pendelkontrolle) wirkt. Denn mit dem Auslösen eines Sicherheitsstopps verliert eine derartige sway control ihre Funktion, da der Sicherheitsstopp Vorrang hat. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auch bei Kranen eingesetzt werden, bei denen die wirksame Pendellänge 1 hohe Werte - teilweise über 50 m - erreichen kann. Bei derart großen Pendellängen 1 sind Schrägverseilungen, die bei kleinen Pendellängen 1 ein nennenswertes Pendeln der Last 3 wirksam verhindern, nahezu wirkungslos. Weiterhin ist zum einen eine einfache Realisie rung möglich, bei welcher nur Größen verwendet werden, die im Rahmen des Betriebs des Krans ohne weiteres zur Verfügung stehen, nämlich die Pendellänge 1 und die Verfahrgeschwindig- keit v. Diese Lösung ist sehr kosteneffizient. Alternativ ist es möglich, auch die aktuelle Pendelbewegung mit zu erfassen. Dadurch können die innere und gegebenenfalls auch die äußere Sicherheitszone 13, 18 situationsbezogen so klein wie gefahr los gerade noch möglich bestimmt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für einen Kran, insbesondere einen Con tainerkran, der einen oberen Lastaufhängepunkt (1) aufweist, an dem über ein Seilsystem (2) eine Last (3) aufgehängt ist, so dass die Last (3) um den oberen Lastaufhängepunkt (1) pen deln kann,
- wobei eine Steuereinrichtung (9) des Krans Antriebe (4a,
4b) des Krans ansteuert, so dass der obere Lastaufhänge punkt (1) und mit ihm die Last (3) entsprechend der An steuerung durch die Steuereinrichtung (9) verfahren werden,
- wobei die Steuereinrichtung (9) beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts (1) in Abhängigkeit von Zustandsgrößen (x, v, 1, cp1 , w, vW) des Krans dynamisch immer wieder eine innere Sicherheitszone (13) um die Last (3) herum ermit telt,
- wobei die Zustandsgrößen (x, v, 1, cp1 , w, vW) zumindest ei ne Lage (x) des oberen Lastaufhängepunkts (1), eine Ver fahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) und eine wirksame Pendellänge (1) der Last (3) um den obe ren Lastaufhängepunkt (1) umfassen,
- wobei die Steuereinrichtung (9) anhand von der Steuerein richtung (9) bekannten weiteren Informationen prüft, ob ein von der Last (3) verschiedenes Objekt (14) in die innere Sicherheitszone (13) eintritt, und
- wobei die Steuereinrichtung (9), sobald ein Objekt (14) in die innere Sicherheitszone (13) eintritt, das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts (1) beendet oder eine Meldung (M) zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts (1) an eine Bedienperson (12) des Krans ausgibt, und ande renfalls das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts (1) beibehält oder keine Meldung (M) zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts (1) an die Bedienperson (12) des Krans ausgibt.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass die Steuereinrichtung (9) in Abhängigkeit von den je weiligen Zustandsgrößen (x, , 1, cpl, w, vW) dynamisch min destens eine die innere Sicherheitszone (13) umgebende äu ßere Sicherheitszone (18) ermittelt,
- dass die Steuereinrichtung (9) anhand der weiteren Informa tionen prüft, ob ein von der Last (3) verschiedenes Objekt (14) in die äußere Sicherheitszone (18) eintritt, und
- dass die Steuereinrichtung (9), sobald ein Objekt (14) in die äußere Sicherheitszone (18) eintritt, eine Verfahrge schwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) redu ziert oder eine Meldung (M' ) zum Reduzieren der Verfahrge schwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) an eine Bedienperson (12) des Krans ausgibt, und anderenfalls die Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts
(1) beibehält oder keine Meldung (M' ) zum Reduzieren der Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) an die Bedienperson (12) des Krans ausgibt.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (9) in einem manuellen Betrieb ar beitet, in dem die Steuereinrichtung (9) von der Bedienperson (12) immer wieder Fahrbefehle (F) für den oberen Lastaufhän- gepunkt (1) entgegennimmt und dass die Steuereinrichtung (9) die Ansteuerung der Antriebe (4a, 4b) zumindest dann, wenn kein von der Last (3) verschiedenes Objekt (14) in die äußere Sicherheitszone (18) eingetreten ist, jeweils entsprechend den vorgegebenen Fahrbefehlen (F) vornimmt.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (9) in einem manuellen Betrieb ar beitet, in dem die Steuereinrichtung (9) von der Bedienperson (12) immer wieder Fahrbefehle (F) für den oberen Lastaufhän- gepunkt (1) entgegennimmt und dass die Steuereinrichtung (9) die Ansteuerung der Antriebe (4a, 4b) zumindest dann, wenn kein von der Last (3) verschiedenes Objekt (14) in die innere Sicherheitszone (13) eingetreten ist, jeweils entsprechend den vorgegebenen Fahrbefehlen (F) vornimmt.
5. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (9) anhand der momentanen Verfahr geschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) einen Bremsweg (sl) des oberen Lastaufhängepunkts (1) ermittelt und dass die Steuereinrichtung (9) im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone (13) den Bremsweg (sl) des oberen Lastaufhängepunkts (1) und eine Pendelbewegung der Last (3) um den oberen Lastaufhängepunkt (1) berücksichtigt.
6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (9) der Ermittlung des Bremsweges (sl) des oberen Lastaufhängepunkts (1) eine vorbekannte, kon¬ stante Beschleunigung (a) zu Grunde legt.
7. Betriebsverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Zustandsgrößen (x, v, 1, cp1 , w, vW) zusätzlich für die tatsächliche Pendelbewegung charakteristische Größen ( cp1 , w) umfassen, dass die Steuereinrichtung (9) anhand der für die tatsächliche Pendelbewegung charakteristischen Größen ( cp1 , w) eine maximale Auslenkung (s2) der Pendelbewegung er mittelt und dass die Steuereinrichtung (9) im Rahmen der Er mittlung der inneren Sicherheitszone (13) die ermittelte ma¬ ximale Auslenkung (s2) der Pendelbewegung berücksichtigt.
8. Betriebsverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (9) die Pendelbewegung dadurch be rücksichtigt, dass sie einer Pendeltabelle (15, 16) einen von der Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) und der wirksamen Pendellänge (1) abhängigen Wert (cp2, cp3) entnimmt und diesen Wert (cp2, cp3) im Rahmen der Ermitt lung der inneren Sicherheitszone (13) berücksichtigt.
9. Betriebsverfahren nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Zustandsgrößen (x, , 1, cpl, w, vW) zusätzlich eine Windgeschwindigkeit (vW) eines die Last (3) umströmenden Win des umfassen und dass die Steuereinrichtung (9) im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone (13) zusätzlich auch eine Auslenkung (s3) der Last (3) durch den Wind mit berück sichtigt .
10. Betriebsverfahren nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (9) die Auslenkung der Last (3) durch Wind dadurch ermittelt, dass sie einer Windtabelle (17) einen Wert entnimmt, der von der Windgeschwindigkeit (vW) , einer Masse (m) der Last (3) und einer Angriffsfläche (A) der Last (3) für den Wind abhängig ist, und anhand dieses Wertes (s3) die Auslenkung (s3) der Last (3) durch den Wind ermit telt.
11. Steuerprogramm für eine Steuereinrichtung (9) eines
Krans, wobei das Steuerprogramm Maschinencode (11) umfasst, der von der Steuereinrichtung (9) ausführbar ist, wobei die Ausführung des Maschinencodes (11) durch die Steuereinrich tung (9) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (9) den Kran ge mäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche betreibt .
12. Steuereinrichtung eines Krans, wobei die Steuereinrich tung mit einem Steuerprogramm (10) nach Anspruch 11 program miert ist, so dass die Ausführung des Maschinencodes (11) durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrich tung den Kran gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 betreibt.
13. Kran, insbesondere Containerkran,
- wobei der Kran einen oberen Lastaufhängepunkt (1) aufweist, an dem über ein Seilsystem (2) eine Last (3) aufhängbar ist, so dass die Last (3) um den oberen Lastaufhängepunkt (1) pendeln kann,
- wobei der Kran Antriebe (4a, 4b) aufweist, mittels derer der obere Lastaufhängepunkt (1) des Krans und mit ihm die Last (3) verfahrbar sind,
- der Kran eine Steuereinrichtung (9) aufweist, die Antriebe (4a, 4b) des Krans ansteuert, so dass der obere Lastaufhän gepunkt (1) und mit ihm die Last (3) entsprechend der An steuerung durch die Steuereinrichtung (9) verfahren werden, - wobei die Steuereinrichtung (9) gemäß Anspruch 12 ausgebil det ist.
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