EP3873844B1 - Kollisionsfreie wegführung einer an einem seil hängenden last - Google Patents

Kollisionsfreie wegführung einer an einem seil hängenden last Download PDF

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EP3873844B1
EP3873844B1 EP20704401.7A EP20704401A EP3873844B1 EP 3873844 B1 EP3873844 B1 EP 3873844B1 EP 20704401 A EP20704401 A EP 20704401A EP 3873844 B1 EP3873844 B1 EP 3873844B1
Authority
EP
European Patent Office
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suspension point
control facility
crane
load
upper load
Prior art date
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Application number
EP20704401.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3873844A1 (de
Inventor
Uwe Ladra
Alois Recktenwald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3873844A1 publication Critical patent/EP3873844A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3873844B1 publication Critical patent/EP3873844B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • 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 also based on a control program for a control device of a crane, the control program comprising machine code which 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 an operating method.
  • the present invention is also based on a control device of a crane, the control device being programmed with such a control program such 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.
  • a special case here is the manual operation of the crane.
  • manual operation the crane is operated by a crane driver or generally by an operator.
  • the operator has full responsibility for the crane and the load handled by the crane. In particular, the operator must ensure that the load does not collide with other objects (obstacles).
  • the operators of such cranes are generally well trained and are good at assessing situations that could lead to a collision.
  • the braking of the upper load suspension point acts on the load via the rope system. In some cases, this causes the load to move in an undesired pendulum motion that the operator cannot foresee. Due to the pendulum movement, a collision can occur despite or even precisely because of the emergency stop.
  • DE 10 2012 007940 A1 discloses an operating method for a crane, in particular a container crane, which has an upper load suspension point from which a load is suspended via a cable system, so that the load can swing about the upper load suspension point, with a control device of the crane controlling drives of the crane so that the upper load suspension point and with it the load are moved in accordance with the activation by the control device, with the control device using further information known to the control device checking whether an object other than the load enters the inner safety zone, and- with the control device as soon as a Object enters the internal safety zone, completes the top lifting point movement or gives a notification to an operator of the crane to stop the top lifting point movement, and otherwise keeps the top lifting point moving or does not give a notification to the end of the movement s of the upper load suspension point to the operator of the crane.
  • the object of the present invention is to reliably ensure collision protection even when the load can swing around the upper load suspension point.
  • This refinement makes it possible, in advance, before there is a risk of a collision, to carry out a corresponding reduction in the travel speed or to request that the travel speed be reduced.
  • the traversing movement can be carried out as such, but only at a reduced traversing speed. The movement is therefore not immediately aborted or such an abort is requested from the operator.
  • the extent to which the travel speed is reduced is determined in 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 nested outer safety zones can also be determined, with the traversing speed—in relation to the various outer safety zones—being reduced more and more from the outside inwards.
  • control device it is possible for the control device to work in an automatic mode, in which the control device independently determines which displacement movement the upper load suspension point should carry out in each case.
  • control device preferably works in 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 controls the drives at least when no object other than the load has entered the inner safety zone or the outer safety zone, in each case in accordance with the specified travel commands.
  • the control device preferably determines a braking distance of the upper load suspension point based on the instantaneous 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 as part of the determination of the inner safety zone. This procedure allows the inner security zone to be estimated as accurately as possible. Intervention in the actually desired travel movement of the upper load suspension point is thus reduced to those cases in which it is actually necessary.
  • 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 that are characteristic of the actual pendulum movement. This makes it possible for the control device to determine a maximum deflection of the pendulum movement for that point in time at which the upper load suspension point is stopped, and the determined maximum deflection of the pendulum movement is taken into account as part of the determination of the inner safety zone. As a result, the inner security zone can be determined very precisely according to 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 depends on the travel speed of the upper load suspension point and the effective pendulum length, and taking 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 scenario is therefore carried out. This enables the inner safety zone to be reliably determined even if the actual pendulum movement is not known.
  • the state variables 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 due to the wind as part of the determination of the inner safety zone. This can further reduce the probability of collisions.
  • the wind speed can be given as a direction-independent amount or in the form of a vector.
  • the control device determines the deflection of the load by the wind by taking a value from a wind table that is dependent on the wind speed, a mass of the load and an attack surface of the load for the wind, and using this value to determine the deflection of the load by the wind wind detected. This procedure turns out to be particularly efficient.
  • a control program of the type mentioned at the outset is designed in such a way that the processing of the machine code by the control device causes the control device to operate the crane in accordance with 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.
  • 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 be moved as shown in 3 swing around the upper load suspension point 1.
  • the load 3 can as shown in the 1 and 2 for example, be designed as a container. In this case the crane is a container crane.
  • the pendulum movement can be fully described by three variables. These three variables are the effective pendulum length l, the instantaneous deflection angle ⁇ 1 and the instantaneous angular velocity ⁇ . As is generally known, the instantaneous angular velocity ⁇ corresponds to the time derivative of the instantaneous deflection angle ⁇ 1.
  • the instantaneous deflection angle ⁇ 1 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 will be explained below in connection with such an oscillating movement.
  • the upper load suspension point 1 and with it the load 3 can be moved by means of the drives 4a, 4b.
  • the crane as shown in the 1 and 2 have a basic structure 5, in the upper part of which a cross member 6 runs.
  • a trolley 7 can be arranged on the traverse 6, which 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 framework 5 it is possible for the basic framework 5 to be moved as a whole in a y-direction by specifying a corresponding desired value y* by means of the drive 4b.
  • the x-direction and the y-direction are orthogonal to one another and are both (exactly or at least substantially) horizontal.
  • the crane also has a further drive 4c, which drives a hoist 8.
  • the load 3 can be raised and lowered by specifying a corresponding setpoint value l* and the effective pendulum length l can be set accordingly.
  • the crane can be designed, for example, as a gantry crane or as a gantry crane.
  • STS ship to shore
  • other configurations are also possible, for example as a gantry crane.
  • the load 3 does not necessarily have to be a container, even though this is often the case.
  • a control device 9 which controls the drives 4a, 4b, 4c of the crane. According to the control of the drives 4a, 4b, the upper load suspension point 1 and with it the load 3 are moved, according to 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 includes machine code 11 which can be executed by the control device 9 . Execution of the machine code 11 by the controller 9 causes the controller 9 to operate the crane according to an operating method which will be explained in more detail below.
  • control device accepts data from the load 3 in a step S1.
  • the data can in particular include the mass and the dimensions of the load 3 .
  • the control device 9 determines—even 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 particularly set the setpoint values x*, y* and l*. for the drives 4a, 4b, 4c.
  • control device 9 preferably works in manual mode, in which the control device 9 repeatedly receives the travel 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 a release for resuming the movement of the upper load suspension point 1 has been given to it again. The control device 9 repeats 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 6 ).
  • the inner safety zone 13 is determined in such a way that in the event of a sudden safety stop, the load 3 does not come into contact with objects 14 (see FIG 1 ) comes into contact if they are outside the inner security 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 indefinitely. Alternatively it is possible that it only extends upwards to a limited extent. Down the safety zone 13 is always limited, namely - based on the current height position of the load 3 - by the braking distance that is required to stop the hoist 8 when lowering the load 3.
  • 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 time when the safety stop is triggered.
  • the state variables include at least the position of the upper load suspension point 1, i.e. for example its x and y position, the travel speed v of the upper load suspension point 1 and the distance of the load 3 from the upper load suspension point 1, i.e. the result is the effective pendulum length l. It is assumed below that the corresponding actual values x, y, l are involved. Alternatively, however, it can also be the target values x*, y*, l*. The determination of the inner security 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, such as building structures. Such information only has to be specified once for the control device 9 .
  • It can also be information about temporarily fixed obstacles, for example about other loads that have already been handled or are still 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 communicated to the control device 9 in some other way, for example by specifying a sequence to be processed for handling loads.
  • It can also be information about moving obstacles, such as vehicles or people. Such information can be made known to the control device 9, for example, via images from a camera or multiple cameras.
  • control device 9 checks in a step S8 whether one of the Last 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 according to the desired control.
  • the control device 9 thus retains the movement of the upper load suspension point 1.
  • a special message M to the operator 12 does not occur.
  • the control device 9 controls the drives 4a, 4b, 4c in this case in accordance with the specified travel commands F.
  • control device 9 If, on the other hand, the control device 9 has recognized in step S8 that an object 14 other than 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 is also stopped in step S10 of the upper load suspension point 1 - as in step S4 - ended as quickly as possible. Alternatively or additionally, the control device 9 can output the mentioned special message M to the operator 12 in a step S11. The operator 12 is prompted by the special message M to end the process of the upper load suspension point 1 .
  • step S9 Both from step S9 and from step S10 or from step S11, the control device 9 returns to step S2.
  • the inner safety zone 13 is determined dynamically again and again when the upper load suspension point 1 is moved.
  • the acceleration a is - of course - directed in the opposite direction to the travel speed v.
  • the change in the pendulum length l i.e. the lifting speed at which the load 3 is raised or lowered
  • the acceleration with which the lifting speed is reduced to 0 can alternatively be load-independent or load-dependent.
  • 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, on the other hand, the load 3 is just being lifted, the lifting speed can usually be lowered to 0 very quickly and independently of the mass of the load 3 and the position of the trolley 7 on the traverse 6 .
  • the inner safety zone 13 is not yet fully defined by the current position s0 and the braking distance s1. This is because the load 3 is oscillating when the safety stop is triggered. It is therefore necessary that the control device 9 in the context When determining the inner safety zone 13, not only the current position s0 and the braking distance s1 of the upper load suspension point 1 are taken into account. Rather, the control device 9 must also take into account the pendulum movement of the load 3 about the upper load suspension point 1 .
  • the pendulum movement can be described by the effective pendulum length l, the instantaneous deflection angle ⁇ 1 and the instantaneous angular velocity ⁇ .
  • the pendulum length l is always known to the control device 9 . It is possible that the instantaneous deflection angle ⁇ 1 and the instantaneous angular velocity ⁇ of the control device 9 are also known. However, it is also possible that the control device 9 does not know them.
  • Output variable ⁇ 2 of Table 15 is for the pendulum movement of the load 3 at the time when the upper load suspension point 1 is stopped, the maximum - not the instantaneous - deflection ⁇ 2 of the current pendulum movement, hereinafter referred to as maximum deflection ⁇ 2.
  • the table 15 is referred to as the first oscillation table 15 hereinafter.
  • the four input variables v, l, ⁇ 1 and ⁇ must be varied step by step.
  • the other parameters - for example the acceleration a - are constant and specified.
  • the respective maximum deflection ⁇ 2 be readily ascertained.
  • the equations of motion of the upper load suspension point 1 and the load 3 are known and can be easily solved—analytically or numerically.
  • the limits for the input variables v, l, ⁇ 1 and ⁇ of the first pendulum table 15 can be meaningfully determined without further ado.
  • the maximum possible value for the traversing speed v is known without further ado.
  • the travel speed v has a minimum value of 0.
  • a minimum value and a maximum value can be meaningfully determined without further ado.
  • Reasonable assumptions can be made for the pendulum motion of the load 3 at the time the safety stop is triggered. In particular, based on empirical empirical values, it can be known how strong the pendulum movement can be. For example, it can be empirically known that in actual operation there is a maximum oscillation of 5°. The empirical numerical value of 5° is, of course, purely exemplary. Furthermore, the empirical numerical value can depend in particular on the pendulum length l and possibly also on the travel speed v.
  • the various possible values for the travel speed v and the pendulum length l must be processed step by step (usually as an outer and next inner loop). Increments of these two loops can be determined as required. For each specific value of the displacement speed v and the pendulum length l, the associated empirically maximum possible pendulum angle—hereinafter provided with the reference symbol ⁇ —is then determined. Now, in a next inner loop, possible values—hereinafter provided with the reference symbol ⁇ —between 0 and the empirically maximum possible pendulum angle ⁇ are set and possible states are calculated in an innermost loop for the respective value ⁇ of the pendulum movement. The increments for these two loops can also be determined as required.
  • the variables v1, v2 and ⁇ v are used for the minimum value, the maximum value and the increment of the traversing speed v.
  • the quantities l1, l2 and ⁇ l are used for the minimum value, the maximum value and the increment of the pendulum length l.
  • the variable ⁇ is used for the increment when varying the maximum deflection ⁇ .
  • the variable ⁇ is used for the increment when considering the individual states of a specific pendulum motion.
  • a further table 16 can be determined on the basis of the first pendulum table 15 .
  • the rest of Table 16 is as shown in 8 only two-dimensional. It will be 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 l.
  • Output variable ⁇ 3 of the second pendulum table 16 is the largest of the entries entered in the first pendulum table 15 for the respective travel speed v and the respective effective pendulum length as maximum deflection ⁇ 2.
  • the output variable ⁇ 3 of the second pendulum table 16 therefore gives a given traversing speed v and given effective pendulum length l, the maximum of the possible maximum deflections ⁇ 2.
  • the two pendulum tables 15, 16 are increased in terms of their input variables by one dimension (namely the lifting speed) or by two dimensions (namely the lifting speed and the acceleration with which the lifting speed is reduced to 0).
  • the basic procedure remains the same.
  • the control device 9 as shown in 9 receives the current values for the deflection angle ⁇ 1 and the angular velocity ⁇ in a step S21.
  • the corresponding values ⁇ 1, ⁇ are recorded using suitable measuring systems.
  • the angular velocity ⁇ can be determined by the control device 9 itself, if necessary by determining the time derivations of a plurality of deflection angles ⁇ 1 recorded one after the other.
  • the measuring systems can in particular be designed as safe measuring systems.
  • control device 9 can also receive other values which characterize the pendulum movement. In this case, the control device 9 can use the characteristic variables to determine the deflection angle ⁇ 1 and the angular velocity ⁇ .
  • 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 l, also include variables ⁇ 1, ⁇ that are characteristic of the actual pendulum movement.
  • the control device 9 is therefore not only able to determine the braking distance s1 in a step S22. Rather, the control device 9 is also able, in a step S23, to specifically determine the maximum deflection ⁇ 2 on the basis of the four values v, l, ⁇ 1 and ⁇ that are now specifically given. It is possible here for the control device 9 to carry out an analytical determination.
  • the determination has already been made in advance and is transmitted to the control device 9 in accordance with the illustration in FIG 4 provided in the form of the first pendulum table 15.
  • the maximum deflection ⁇ 2 can be an angle.
  • the control device 9 determines the inner safety zone 13.
  • the inner safety zone 13 thus results from the approach by taking into account the braking distance s1 and the longitudinal deflection s2.
  • control device 9 can also use other variables as part of the determination of the inner security zone 13 . In contrast to the variables mentioned, however, these variables do not change when the upper load suspension point 1 is moved. Examples of such quantities are the dimensions of the load 3 or 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, for example, a 40-foot container or a 20-foot container is being handled, these values can also be used as an alternative.
  • control device 9 does not accept the current values for the deflection angle ⁇ 1 and the angular velocity ⁇ (or other values which characterize the actual pendulum movement). In this case, the control device 9 can only carry out a worst-case analysis.
  • a step S31 ( 10 ) can correspond 1:1 to step S22.
  • the control device 9 can, however, according to the illustration in 10 in a step S32 only determine the maximum ⁇ 3 of the possible maximum deflections ⁇ 2.
  • the control device 9 it is again possible here for the control device 9 to carry out an analytical determination.
  • the determination has preferably already been made in advance and is transmitted to the control device 9 in accordance with the illustration in FIG 4 provided in the form of the second pendulum table 16.
  • Analogous to the maximum deflection ⁇ 2, the maximum ⁇ 3 can be an angle.
  • step S33 the control device 9 then determines the inner security zone 13.
  • the step S33 corresponds to the step S24 of FIG 8 .
  • the procedure of 10 can be further developed. In particular, it is as shown in the FIG 4 and 11 It is possible that the control device 9 in a step S41 does not receive the deflection angle ⁇ 1 and the angular velocity ⁇ , 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 quantity.
  • the state variables, based on which the inner safety zone 13 is determined can also 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 depends on the effective pendulum length l, 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, as shown in 12 another table 17 to determine.
  • Table 17 can have the wind speed vW, the mass m of the load 3, an effective area A of the load 3 for the wind and the effective pendulum length l as input variables and supply the additional deflection s3 as the output variable.
  • an analytical determination is possible.
  • control device 9 determines the additional deflection s3
  • the control device 9 is able, in a step S43 when determining the inner safety zone 13, not only to determine the braking distance s1 and the longitudinal deflection s2, but also the additional deflection s3 must also be taken into account.
  • the present invention can also be configured in other ways. This is discussed below in connection with 13 explained in more detail.
  • step S51 the control device 9 determines at least one outer safety zone 18.
  • the outer safety zone 18 surrounds as shown in FIG 6 the inner security zone 13.
  • Step S51 is dynamically executed 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 manual operation in particular, the control device 9 controls the drives 4a, 4b, 4c in this case in accordance with the specified travel commands F. Any message M′ to reduce the displacement speed v 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 If the control device 9 establishes 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 in step S53.
  • it can output a corresponding message M' to the operator 12 that he 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 about 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 repeatedly determines an inner safety zone 13 around the load 3 as a function of state variables x, v, l, ⁇ 1, ⁇ , vW of the crane.
  • the state variables x, v, l, ⁇ 1, ⁇ , vW include at least a 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 l of the load 3 around the upper load suspension point 1.
  • the control device 9 checks using further information known to the control device 9 as to whether an object 14 different from the load 3 is entering the inner security zone 13 . As soon as an object 14 enters the inner safety zone 13, the control device 9 ends the movement of the upper load suspension point 1 or issues a message M to end the movement of the upper load suspension point 1 to an operator 12 of the crane. Otherwise, the control device 9 continues to move the upper load suspension point 1 or does not issue a message M to end the movement of the upper load suspension point 1 to the operator 12 of the crane.
  • the present invention has many advantages. In particular, it can be ensured in a simple and efficient manner that the load 3 does not collide with a sudden obstacle (object 14) even in the event of a sudden safety stop, although it can swing. This applies equally to manual operation and automated operation of the crane. This danger otherwise exists, although in normal operation a so-called sway control is often effective. Because when a safety stop is triggered, such a sway control loses its function, since the safety stop has priority. Furthermore can the present invention can also be used in cranes in which the effective pendulum length l can reach high values--sometimes over 50 m.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für einen Kran, insbesondere einen Containerkran, der einen oberen Lastaufhängepunkt aufweist, an dem über ein Seilsystem eine Last aufgehängt ist, so dass die Last um den oberen 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 Steuereinrichtung verfahren werden.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steuerprogramm für eine Steuereinrichtung eines Krans, wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst, der von der Steuereinrichtung ausführbar ist, wobei die Ausführung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung den Kran gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung eines Krans, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass die Ausführung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung den Kran gemäß einem derartigen 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 umgeschlagenen Last mit einem Hindernis kommen. Ein besonderer Fall ist hierbei der manuelle Betrieb des Krans. Beim manuellen 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 jedoch vorkommen, dass - ohne direkten Einfluss der Bedienperson - 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 Pendelbewegung kann es trotz und sogar gerade wegen des Nothalts zu einer Kollision kommen.
  • Ähnliche Problematiken können sich im Falle eines automatisierten Betriebs des Krans ergeben, wenn plötzlich ein Nothalt bzw. Sicherheitsstopp ausgelöst wird.
  • Im Stand der Technik sind an sich zwar Lösungen für den Kollisionsschutz bekannt. Diese Lösungen setzen jedoch voraus, dass die Last mit dem oberen Lastaufhängepunkt starr verbunden ist. Bei den Lösungen des Standes der Technik wird also vorausgesetzt, dass die Last nicht um den oberen Lastaufhängepunkt pendeln kann. Für Situationen, in denen ein Pendeln der Last möglich ist, sind Lösungen im Stand der Technik nicht bekannt. DE 10 2012 007940 A1 offenbart ein Betriebsverfahren für einen Kran, insbesondere einen Containerkran, der einen oberen Lastaufhängepunkt aufweist, an dem über ein Seilsystem eine Last aufgehängt ist, so dass die Last um den oberen 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 Steuereinrichtung verfahren werden, wobei die Steuereinrichtung anhand von der Steuereinrichtung bekannten weiteren Informationen prüft, ob ein von der Last verschiedenes Objekt in die innere Sicherheitszone eintritt, und- wobei die Steuereinrichtung, sobald ein Objekt in die innere Sicherheitszone eintritt, das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts beendet oder eine Meldung zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts an eine Bedienperson des Krans ausgibt, und anderenfalls das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts beibehält oder keine Meldung zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts an die Bedienperson des Krans ausgibt.
  • 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 Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
  • Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
    • dass die Steuereinrichtung beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 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 eintritt, und
    • dass die Steuereinrichtung, sobald ein Objekt in die innere Sicherheitszone eintritt, das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts beendet oder eine Meldung zum Beenden des Verfahrens des oberen Lastaufhängepunkts an eine Bedienperson des Krans ausgibt, und anderenfalls das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts beibehält oder keine Meldung zum Beenden 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 jeweiligen Zustandsgrößen dynamisch mindestens eine die innere Sicherheitszone umgebende äußere Sicherheitszone ermittelt,
    • dass die Steuereinrichtung anhand der weiteren Informationen 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 Lastaufhängepunkts an eine Bedienperson des Krans ausgibt, und anderenfalls die Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts 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 anzufordern, 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 Verfahrgeschwindigkeit 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 Sicherheitszonen ermittelt werden, wobei die Verfahrgeschwindigkeit - bezogen auf die verschiedenen äußeren Sicherheitszonen - von außen nach innen immer weiter reduziert wird.
  • Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung in einem automatischen Betrieb arbeitet, in dem die Steuereinrichtung eigenständig ermittelt, welche Verfahrbewegung der obere Lastaufhängepunkt jeweils ausführen soll. Vorzugsweise arbeitet die Steuereinrichtung jedoch in einem manuellen Betrieb, in dem die Steuereinrichtung von der Bedienperson immer wieder Fahrbefehle 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 Sicherheitszone eingetreten ist, jeweils entsprechend den vorgegebenen Fahrbefehlen vor.
  • Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung anhand der momentanen Verfahrgeschwindigkeit des oberen Lastaufhängepunkts einen Bremsweg des oberen Lastaufhängepunkts und berücksichtigt im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone den Bremsweg des oberen Lastaufhängepunkts und eine Pendelbewegung der Last um den oberen Lastaufhängepunkt. Durch diese Vorgehensweise lässt sich die innere Sicherheitszone möglichst gut abschätzen. Ein Eingreifen in die eigentlich gewünschte Fahrbewegung des oberen Lastaufhängepunkts wird dadurch auf diejenigen Fälle reduziert, in denen sie tatsächlich 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 Pendelbewegung charakteristische Größen. Dadurch ist es möglich, dass die Steuereinrichtung anhand der für die tatsächliche Pendelbewegung charakteristischen Größen - also der konkret gegebenen Pendelbewegung zu dem Zeitpunkt, zu dem der Sicherheitsstopp auftritt - eine maximale Auslenkung der Pendelbewegung für denjenigen Zeitpunkt ermittelt, zu dem der obere Lastaufhängepunkt gestoppt ist, und im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone die ermittelte maximale Auslenkung der Pendelbewegung berücksichtigt. Dadurch kann die innere Sicherheitszone sehr genau entsprechend der tatsächlichen Gegebenheiten 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 Pendeltabelle 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 weiter reduziert werden. Die Windgeschwindigkeit kann als richtungsunabhängiger 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 abhängig 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 ausgestaltet, dass die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung 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 Betriebsverfahren betreibt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Kran mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung 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 Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, 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 Lastaufhängepunkt 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 oberen Lastaufhängepunkt 1 pendeln. Die Last 3 kann entsprechend der Darstellung in den FIG 1 und 2 beispielsweise als Container ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Kran ein Containerkran.
  • Die Pendelbewegung kann, sofern die Pendelbewegung in einer vertikalen Ebene erfolgt, durch drei Größen vollständig beschrieben werden. Diese drei Größen sind die wirksame Pendellänge l, der momentane Auslenkungswinkel ϕ1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit ω. Die momentane Winkelgeschwindigkeit ω entspricht, wie allgemein bekannt ist, der zeitlichen Ableitung des momentanen Auslenkungswinkels ϕ1. Der momentane Auslenkungswinkel ϕ1 weist einen Wert von 0° auf, wenn - innerhalb der vertikalen Ebene - die Last 3 sich exakt unter dem oberen Lastaufhängepunkt 1 befindet. Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit einer derartigen Pendelbewegung erläutert. Im Falle einer zusätzlichen Pendelbewegung in einer zu der genannten vertikalen Ebene orthogonalen Ebene müssen ein weiterer momentaner Auslenkungswinkel und eine weitere momentane Winkelgeschwindigkeit und gegebenenfalls ein Phasenversatz der beiden Pendelbewegungen relativ zueinander berücksichtigt werden. Dies ist jedoch ohne weiteres möglich, da die beiden zueinander orthogonalen Ebenen unabhängig voneinander betrachtet werden können. Die Systematik 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 entsprechend 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 Antriebs 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 orthogonal zueinander und verlaufen beide (exakt oder zumindest im Wesentlichen) horizontal. Der Kran weist ferner einen weiteren Antrieb 4c auf, der ein Hubwerk 8 antreibt. Mittels des Weiteren Antriebs 4c und des Hubwerks 8 kann durch Vorgabe eines entsprechenden Sollwertes l* die Last 3 angehoben und abgesenkt werden und hiermit korrespondierend die wirksame Pendellänge l 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 Containerbrücke 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 Portalkran. Auch muss die Last 3 nicht notwendigerweise ein Container sein, auch wenn dies oftmals der Fall ist.
  • Die Vorgabe der entsprechenden Sollwerte x*, y*, l* (oder die Vorgabe von Änderungsrichtungen und gegebenenfalls auch Änderungsgeschwindigkeiten) erfolgt durch eine Steuereinrichtung 9, welche die Antriebe 4a, 4b, 4c des Krans ansteuert. Entsprechend der Ansteuerung der Antriebe 4a, 4b werden der obere Lastaufhängepunkt 1 und mit ihm die Last 3 verfahren, entsprechend der Ansteuerung des Antriebs 4c wird die Last 3 angehoben oder abgesenkt.
  • Die Steuereinrichtung 9 ist mit einem Steuerprogramm 10 programmiert. Das Steuerprogramm 10 umfasst Maschinencode 11, der von der Steuereinrichtung 9 ausführbar ist. Die Ausführung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 9 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 9 den Kran gemäß einem Betriebsverfahren 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 Steuerprogramms 10. In einem manuellen Betrieb bestimmt die Steuereinrichtung 9 die Steuerbefehle C aufgrund von Fahrbefehlen F einer Bedienperson 12. Die Steuerbefehle C legen insbesondere die Sollwerte x*, y* und l* 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 jedoch im manuellen Betrieb, in dem die Steuereinrichtung 9 von der Bedienperson 12 immer wieder die Fahrbefehle F entgegennimmt. Die Fahrbefehle F umfassen in diesem Fall zum einen die Fahrbefehle für das Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 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 Sicherheitsstopp 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 Lastaufhängepunkts 1 und mit ihm der Last 3 so schnell wie möglich beendet (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 Sicherheitszone 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 Vertikalrichtung kann sich die innere Sicherheitszone 13, ausgehend von der momentanen Position der Last 3 unter dem oberen Lastaufhängepunkt 1, nach oben prinzipiell unbegrenzt erstrecken. Alternativ ist es möglich, dass sie sich nach oben nur in begrenztem 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 Absenken der Last 3 zum Anhalten des Hubwerks 8 erforderlich ist.
  • Die Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 erfolgt in Abhängigkeit von Zustandsgrößen des Krans. Hierbei handelt es sich um die Zustandsgrößen, wie sie zu dem Zeitpunkt vorliegen, zu dem der Sicherheitsstopp ausgelöst wird. Die Zustandsgrößen umfassen zumindest die Lage des oberen Lastaufhängepunkts 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 l. Nachfolgend wird angenommen, dass es sich um die entsprechenden Istwerte x, y, l handelt. Alternativ kann es sich aber ebenso um die Sollwerte x*, y*, l* handeln. Die Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 wird später noch näher erläutert werden.
  • In einem Schritt S7 nimmt die Steuereinrichtung 9 Informationen 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 Strukturen. Derartige Informationen müssen der Steuereinrichtung 9 nur einmalig vorgegeben werden. Auch kann es sich um Informationen über temporär ortsfeste Hindernisse handeln, beispielsweise über bereits umgeschlagene oder noch umzuschlagende 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 anderweitig 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 gegeben 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 Steuereinrichtung 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 Steuereinrichtung 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 Fahrbefehlen 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 Steuereinrichtung 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 S11 die erwähnte besondere 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 S11 aus geht die Steuereinrichtung 9 wieder zum Schritt S2 zurück. Im Ergebnis wird dadurch - unter anderem - die innere Sicherheitszone 13 beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 dynamisch immer wieder neu ermittelt.
  • Nachfolgend werden verschiedene Möglichkeiten zum Ermitteln der inneren Sicherheitszone 13 in Horizontalrichtung erläutert. Die Ermittlung in Vertikalrichtung ist einfach und unkritisch.
  • 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 ausgelöst wird, bei einer momentanen Position s0 befindet und sich mit einer Verfahrgeschwindigkeit v bewegt. Unter der Annahme, dass das Abbremsen des oberen Lastaufhängepunkts 1 mit einer konstanten Beschleunigung a erfolgt, gilt somit für den Bremsweg s1 des oberen Lastaufhängepunkts 1 die Bedingung s 1 = ν 2 / 2 a
    Figure imgb0001
  • Die Beschleunigung a ist - selbstverständlich - der Verfahrgeschwindigkeit v entgegen gerichtet.
  • Es ist weiterhin möglich, eine analoge Vorgehensweise auch für die Pendellänge l vorzunehmen. Die Änderung der Pendellänge l, also die Hubgeschwindigkeit, mit der die Last 3 angehoben oder abgesenkt wird, wird in diesem Fall über eine Geschwindigkeitsrampe auf 0 reduziert. Die Beschleunigung, mit der die Hubgeschwindigkeit auf 0 reduziert wird, kann alternativ 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 Regel sehr schnell und unabhängig von der Masse der Last 3 und der Position der Laufkatze 7 auf der Traverse 6 auf 0 abgesenkt werden.
  • Durch die momentane Position s0 und den Bremsweg s1 ist die innere Sicherheitszone 13 aber noch nicht vollständig definiert. Denn die Last 3 führt zu dem Zeitpunkt, zu dem der Sicherheitsstopp 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 s0 und den Bremsweg s1 des oberen Lastaufhängepunkts 1 berücksichtigt. Vielmehr muss die Steuereinrichtung 9 zusätzlich auch die Pendelbewegung der Last 3 um den oberen Lastaufhängepunkt 1 berücksichtigen.
  • Die Pendelbewegung kann, wie bereits erwähnt, durch die wirksame Pendellänge l, den momentanen Auslenkungswinkel ϕ1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit ω beschrieben werden. Die Pendellänge l ist der Steuereinrichtung 9 stets bekannt. Es ist möglich, dass der momentane Auslenkungswinkel ϕ1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit ω 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 momentane Auslenkungswinkel ϕ1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit ω sind der Steuereinrichtung 9 bekannt oder nicht bekannt - zunächst nicht unterschieden. Stattdessen wird erläutert, 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 Sicherheitsstopp ausgelöst wird - die Verfahrgeschwindigkeit v, die wirksame Pendellänge l, der momentane Auslenkungswinkel ϕ1 und die momentane Winkelgeschwindigkeit ω. Ausgangsgröße ϕ2 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 ϕ2 der nunmehrigen Pendelbewegung, nachfolgend als Maximalauslenkung ϕ2 bezeichnet. Die Tabelle 15 wird nachfolgend als erste Pendeltabelle 15 bezeichnet.
  • Um die einzelnen Einträge für die erste Pendeltabelle 15 ermitteln zu können, müssen die vier Eingangsgrößen v, l, ϕ1 und ω schrittweise variiert werden. Die anderen Parameter - beispielsweise die Beschleunigung a - sind konstant und vorgegeben. Für jede konkrete Kombination der vier Eingangsgrößen v, l, ϕ1 und ω kann die jeweilige Maximalauslenkung ϕ2 ohne weiteres ermittelt werden. Insbesondere sind die Bewegungsgleichungen des oberen Lastaufhängepunkts 1 und der Last 3 bekannt und können - analytisch oder numerisch - ohne weiteres gelöst werden.
  • Die Grenzen für die Eingangsgrößen v, l, ϕ1 und ω der ersten Pendeltabelle 15 können ohne weiteres sinnvoll bestimmt werden. Für die Verfahrgeschwindigkeit v ist ohne weiteres bekannt, welcher Wert maximal möglich ist. Minimal weist die Verfahrgeschwindigkeit v den Wert 0 auf. Gleiches gilt für die Pendellänge l. Auch hier können ohne weiteres ein Minimalwert und ein Maximalwert sinnvoll bestimmt werden. Für die Pendelbewegung der Last 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Sicherheitsstopp 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 l und gegebenenfalls auch von der Verfahrgeschwindigkeit v abhängen.
  • Zum Füllen der ersten Pendeltabelle 15 müssen also die verschiedenen möglichen Werte für die Verfahrgeschwindigkeit v und die Pendellänge l schrittweise abgearbeitet werden (in der Regel als äußerte und nächstinnere Schleife). Schrittweiten dieser beiden Schleifen können nach Bedarf bestimmt werden. Für jeden konkreten Wert der Verfahrgeschwindigkeit v und der Pendellänge l wird sodann jeweils der zugehörige empirisch maximal mögliche Pendelwinkel - nachfolgend mit dem Bezugszeichen α versehen - bestimmt. Nun werden in einer nächstinneren Schleife mögliche Werte - nachfolgend mit dem Bezugszeichen β versehen - zwischen 0 und dem empirisch maximal möglichen Pendelwinkel α angesetzt und in einer innersten Schleife für den jeweiligen Wert β der Pendelbewegung mögliche 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 v1, v2 und δv für den Minimalwert, den Maximalwert und die Schrittweite der Verfahrgeschwindigkeit v verwendet. In analoger Weise werden die Größen l1, l2 und δl für den Minimalwert, den Maximalwert und die Schrittweite der Pendellänge l verwendet. Die Größe δβ wird für die Schrittweite beim Variieren der Maximalauslenkung β verwendet. Die Größe δϕ wird für die Schrittweite beim Betrachten der einzelnen Zustände einer konkreten Pendelbewegung verwendet.
    Figure imgb0002
  • 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 nachfolgend als zweite Pendeltabelle 16 bezeichnet. Eingangsgrößen für die zweite Pendeltabelle 16 sind - jeweils auf den Zeitpunkt bezogen, zu dem der Sicherheitsstopp ausgelöst wird, - die Verfahrgeschwindigkeit v und die wirksame Pendellänge l. Ausgangsgröße ϕ3 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 ϕ2 eingetragen ist. Die Ausgangsgröße ϕ3 der zweiten Pendeltabelle 16 gibt also bei gegebener Verfahrgeschwindigkeit v und gegebener wirksamer Pendellänge l das Maximum der möglichen Maximalauslenkungen ϕ2 an.
  • Um die Vorgehensweise etwas konkreter zu erläutern, wird nachstehend ein programmähnlicher Code wiedergegeben. Hierbei wird die gleiche Nomenklatur verwendet wie zuvor für die erste Pendeltabelle 15. Weiterhin wird angenommen, dass die Einträge für die erste Pendeltabelle 15 bereits ermittelt sind. 
    Anfang do-Schleife v von v1 bis v2 mit δv
        Anfang do-Schleife l von l1 bis l2 mit δl
            ϕ3 = Maximum aller ϕ2 (variiert werden ϕ1 und ω)
        Ende do-Schleife l
    Ende do-Schleife v
  • Es ist sogar möglich, auch im Rahmen der obenstehend erläuterten Ermittlung der beiden Pendeltabellen 15, 16 die Hubgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch die zugehörige Beschleunigung mit zu berücksichtigen. Durch diese Vorgehensweise 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 Hubgeschwindigkeit auf 0 reduziert wird) vergrößert. Die prinzipielle 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 ϕ1 und die Winkelgeschwindigkeit ω entgegennimmt. In diesem Fall werden die entsprechenden Werte ϕ1, ω mittels geeigneter Messsysteme erfasst. Die Winkelgeschwindigkeit ω kann von der Steuereinrichtung 9 gegebenenfalls durch Ermitteln der zeitlichen Ableitungen mehrerer zeitlich nacheinander erfasster Auslenkungswinkel ϕ1 selbst ermittelt werden. Die Messsysteme können insbesondere als sichere Messsysteme ausgebildet sein.
  • Ebenso kann die Steuereinrichtung 9 auch andere Werte entgegennehmen, welche die Pendelbewegung charakterisieren. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 9 anhand der charakteristischen Größen den Auslenkungswinkel ϕ1 und die Winkelgeschwindigkeit ω ermitteln.
  • Somit umfassen die Zustandsgrößen, anhand derer die Steuereinrichtung 9 die innere Sicherheitszone 13 bestimmt, also zusätzlich zur Verfahrgeschwindigkeit v und zur wirksamen Pendellänge l für die tatsächliche Pendelbewegung charakteristische Größen ϕ1, ω. Die Steuereinrichtung 9 ist daher nicht nur in der Lage, in einem Schritt S22 den Bremsweg s1 zu ermitteln. Vielmehr ist die Steuereinrichtung 9 auch in der Lage, in einem Schritt S23 anhand der nunmehr konkret gegebenen vier Werte v, l, ϕ1 und ω konkret die Maximalauslenkung ϕ2 zu ermitteln. Hierbei ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 eine analytische Ermittlung vornimmt. Vorzugsweise wurde die Ermittlung jedoch bereits vorab vorgenommen und wird der Steuereinrichtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 4 in Form der ersten Pendeltabelle 15 zur Verfügung gestellt. Die Maximalauslenkung ϕ2 kann ein Winkel sein. In diesem Fall muss zur Ermittlung der zugehörigen Längsauslenkung s2 noch die Pendellänge l mit berücksichtigt werden: s 2 = l ⋅ sin φ 2
    Figure imgb0003
  • 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 s1 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: s = s 0 + s 1 + s 2
    Figure imgb0004
  • Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 auch andere Größen verwerten. Im Gegensatz zu den genannten Größen ändern sich diese 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. Beispielsweise 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 beispielsweise ein 40-Fuß-Container oder ein 20-Fuß-Container umgeschlagen wird, können alternativ aber auch diese Werte mit verwertet werden.
  • Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 die aktuellen Werte für den Auslenkungswinkel ϕ1 und die Winkelgeschwindigkeit ω (oder andere Werte, welche die tatsächliche Pendelbewegung charakterisieren) nicht entgegennimmt. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 9 nur eine worst case Betrachtung 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 ϕ3 der möglichen Maximalauslenkungen ϕ2 ermitteln. Theoretisch ist auch hier wieder möglich, dass die Steuereinrichtung 9 eine analytische Ermittlung vornimmt. Auch hier wurde die Ermittlung jedoch vorzugsweise bereits vorab vorgenommen und wird der Steuereinrichtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 4 in Form der zweiten Pendeltabelle 16 zur Verfügung gestellt. Analog zur Maximalauslenkung ϕ2 kann das Maximum ϕ3 ein Winkel sein. In diesem Fall muss zur Ermittlung der zugehörigen Längsauslenkung s2 noch die Pendellänge l mit berücksichtigt werden: s 2 = l ⋅ sin φ 3
    Figure imgb0005
  • 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 werden. 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 ϕ1 und die Winkelgeschwindigkeit ω entgegennimmt, wohl aber eine Windgeschwindigkeit 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 Windgeschwindigkeit vW bewirkten statischen Auslenkung der Last 3. Sie ist abhängig von der wirksamen Pendellänge l, 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 Windgeschwindigkeit vW, die Masse m der Last 3, eine wirksame Angriffsfläche A der Last 3 für den Wind und die wirksame Pendellänge l aufweisen und als Ausgangsgröße die Zusatzauslenkung s3 liefern. Auch hier ist jedoch wieder eine analytische Ermittlung möglich.
  • Unabhängig von der Art und Weise, auf welche die Steuereinrichtung 9 die Zusatzauslenkung s3 ermittelt, ist die Steuereinrichtung 9 jedoch in der Lage, in einem Schritt S43 im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone 13 nicht nur den Bremsweg s1 und die Längsauslenkung s2, sondern zusätzlich auch die Zusatzauslenkung s3 zu berücksichtigen.
  • Die vorliegende Erfindung kann weiterhin auch auf andere Art und Weise ausgestaltet werden. Dies wird nachstehend in Verbindung 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 Sicherheitszone 13. Der Schritt S51 wird von der Steuereinrichtung 9 - ebenso wie der Schritt S6 - dynamisch immer wieder ausgeführt. Auch wird die äußere Sicherheitszone 18 in Abhängigkeit von den gleichen Zustandsgrößen ermittelt wie die innere 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 Steuereinrichtung 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 Verfahrgeschwindigkeit 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 Steuerbefehle C. Insbesondere reduziert die Steuereinrichtung 9 im Schritt S53 die Verfahrgeschwindigkeit v des oberen Lastaufhängepunkts 1. Alternativ oder zusätzlich kann sie eine entsprechende Meldung M' an die Bedienperson 12 ausgeben, dass diese die Verfahrgeschwindigkeit v reduzieren soll.
  • Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit folgenden 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 Steuereinrichtung 9 verfahren werden. Die Steuereinrichtung 9 ermittelt beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts 1 in Abhängigkeit von Zustandsgrößen x, v, l, ϕ1, ω, vW des Krans dynamisch immer wieder eine innere Sicherheitszone 13 um die Last 3 herum. Die Zustandsgrößen x, v, l, ϕ1, ω, vW umfassen zumindest eine Lage x des oberen Lastaufhängepunkts 1, eine Verfahrgeschwindigkeit v des oberen Lastaufhängepunkts 1 und eine wirksame Pendellänge l 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.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere 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 automatisierten 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 l hohe Werte - teilweise über 50 m - erreichen kann. Bei derart großen Pendellängen l sind Schrägverseilungen, die bei kleinen Pendellängen l ein nennenswertes Pendeln der Last 3 wirksam verhindern, nahezu wirkungslos. Weiterhin ist zum einen eine einfache Realisierung möglich, bei welcher nur Größen verwendet werden, die im Rahmen des Betriebs des Krans ohne weiteres zur Verfügung stehen, nämlich die Pendellänge l und die Verfahrgeschwindigkeit 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 gefahrlos gerade noch möglich bestimmt werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen.

    • Claims (13)

    1. Betriebsverfahren für einen Kran, insbesondere einen Containerkran, 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) pendeln kann,
      - wobei eine Steuereinrichtung (9) des Krans Antriebe (4a, 4b) des Krans ansteuert, so dass der obere Lastaufhängepunkt (1) und mit ihm die Last (3) entsprechend der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung (9) verfahren werden,
      - wobei die Steuereinrichtung (9) beim Verfahren des oberen Lastaufhängepunkts (1) in Abhängigkeit von Zustandsgrößen (x, v, l, ϕ1, ω, vW) des Krans dynamisch immer wieder eine innere Sicherheitszone (13) um die Last (3) herum ermittelt,
      - wobei die Zustandsgrößen (x, v, l, ϕ1, ω, vW) zumindest eine Lage (x) des oberen Lastaufhängepunkts (1), eine Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) und eine wirksame Pendellänge (l) der Last (3) um den oberen Lastaufhängepunkt (1) umfassen,
      - wobei die Steuereinrichtung (9) anhand von der Steuereinrichtung (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 anderenfalls 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,
      dadurch gekennzeichnet,
      - dass die Steuereinrichtung (9) in Abhängigkeit von den jeweiligen Zustandsgrößen (x, v, l, ϕ1, ω, vW) dynamisch mindestens eine die innere Sicherheitszone (13) umgebende äußere Sicherheitszone (18) ermittelt,
      - dass die Steuereinrichtung (9) anhand der weiteren Informationen 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 Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) reduziert oder eine Meldung (M') zum Reduzieren der Verfahrgeschwindigkeit (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,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Steuereinrichtung (9) in einem manuellen Betrieb arbeitet, in dem die Steuereinrichtung (9) von der Bedienperson (12) immer wieder Fahrbefehle (F) für den oberen Lastaufhängepunkt (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,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Steuereinrichtung (9) in einem manuellen Betrieb arbeitet, in dem die Steuereinrichtung (9) von der Bedienperson (12) immer wieder Fahrbefehle (F) für den oberen Lastaufhängepunkt (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,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Steuereinrichtung (9) anhand der momentanen Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) einen Bremsweg (s1) des oberen Lastaufhängepunkts (1) ermittelt und dass die Steuereinrichtung (9) im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone (13) den Bremsweg (s1) des oberen Lastaufhängepunkts (1) und eine Pendelbewegung der Last (3) um den oberen Lastaufhängepunkt (1) berücksichtigt.
    6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Steuereinrichtung (9) der Ermittlung des Bremsweges (s1) des oberen Lastaufhängepunkts (1) eine vorbekannte, konstante Beschleunigung (a) zu Grunde legt.
    7. Betriebsverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Zustandsgrößen (x, v, l, ϕ1, ω, vW) zusätzlich für die tatsächliche Pendelbewegung charakteristische Größen (ϕ1, ω) umfassen, dass die Steuereinrichtung (9) anhand der für die tatsächliche Pendelbewegung charakteristischen Größen (ϕ1, ω) eine maximale Auslenkung (s2) der Pendelbewegung ermittelt und dass die Steuereinrichtung (9) im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone (13) die ermittelte maximale Auslenkung (s2) der Pendelbewegung berücksichtigt.
    8. Betriebsverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Steuereinrichtung (9) die Pendelbewegung dadurch berücksichtigt, dass sie einer Pendeltabelle (15, 16) einen von der Verfahrgeschwindigkeit (v) des oberen Lastaufhängepunkts (1) und der wirksamen Pendellänge (l) abhängigen Wert (ϕ2, ϕ3) entnimmt und diesen Wert (ϕ2, ϕ3) im Rahmen der Ermittlung der inneren Sicherheitszone (13) berücksichtigt.
    9. Betriebsverfahren nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Zustandsgrößen (x, v, l, ϕ1, ω, vW) zusätzlich eine Windgeschwindigkeit (vW) eines die Last (3) umströmenden Windes 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 berücksichtigt.
    10. Betriebsverfahren nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet,
      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 ermittelt.
    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 Steuereinrichtung (9) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (9) den Kran gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche betreibt.
    12. Steuereinrichtung eines Krans, wobei die Steuereinrichtung mit einem Steuerprogramm (10) nach Anspruch 11 programmiert ist, so dass die Ausführung des Maschinencodes (11) durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung 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 Lastaufhängepunkt (1) und mit ihm die Last (3) entsprechend der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung (9) verfahren werden,
      - wobei die Steuereinrichtung (9) gemäß Anspruch 12 ausgebildet ist.
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