EP4186846B1 - Hakenflasche - Google Patents

Hakenflasche

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Publication number
EP4186846B1
EP4186846B1 EP22191441.9A EP22191441A EP4186846B1 EP 4186846 B1 EP4186846 B1 EP 4186846B1 EP 22191441 A EP22191441 A EP 22191441A EP 4186846 B1 EP4186846 B1 EP 4186846B1
Authority
EP
European Patent Office
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hook block
crane
crane hook
sensor
load
Prior art date
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Active
Application number
EP22191441.9A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4186846A1 (de
Inventor
Stefan Gottwald
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.)
Manitowoc Crane Group France SAS
Original Assignee
Manitowoc Crane Group France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Manitowoc Crane Group France SAS filed Critical Manitowoc Crane Group France SAS
Publication of EP4186846A1 publication Critical patent/EP4186846A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4186846B1 publication Critical patent/EP4186846B1/de
Active legal-status Critical Current
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
    • B66C1/00—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles
    • B66C1/10—Load-engaging elements or devices attached to lifting or lowering gear of cranes or adapted for connection therewith for transmitting lifting forces to articles or groups of articles by mechanical means
    • B66C1/22—Rigid members, e.g. L-shaped members, with parts engaging the under surface of the loads; Crane hooks
    • B66C1/34—Crane hooks
    • B66C1/40—Crane hooks formed or fitted with load measuring or indicating 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
    • B66C13/16—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
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B66C13/40—Applications of devices for transmitting control pulses; Applications of remote control 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
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D3/00—Portable or mobile lifting or hauling appliances
    • B66D3/04—Pulley blocks or like devices in which force is applied to a rope, cable, or chain which passes over one or more pulleys, e.g. to obtain mechanical advantage
    • B66D3/043—Block and tackle system with variable number of cable parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C2700/00—Cranes
    • B66C2700/06—Cranes in which the lifting movement is done with a hydraulically controlled plunger
    • B66C2700/062—Cranes in which the lifting movement is done with a hydraulically controlled plunger mounted on motor vehicles
    • B66C2700/065—Cranes in which the lifting movement is done with a hydraulically controlled plunger mounted on motor vehicles with a slewable jib
    • B66C2700/067—Cranes in which the lifting movement is done with a hydraulically controlled plunger mounted on motor vehicles with a slewable jib on a turntable

Definitions

  • the present invention relates to a hook block for cranes, in particular for mobile cranes, with a measuring sensor system for recording parameters relating to the environment and/or the condition of the hook block, a crane control system that processes the measured quantities recorded by the measuring sensor system and a crane with such a hook block and/or with such a crane control system.
  • the present invention is based on the objective of creating an improved measuring sensor system for recording state variables of a crane.
  • a crane hook block comprises a frame, at least one pulley connected to the frame, and a load hook connected to the frame, and further comprises at least one sensor arranged on the crane hook block and designed to detect the spatial position of the crane hook block, and an interface connected to the at least one sensor and designed to transmit the data received from the at least one sensor, wherein the crane hook block further comprises an upper section comprising at least one pulley and a lower section detachably connected to the upper section and comprising the load hook, wherein the at least one sensor is arranged on or in the lower section.
  • a conventional crane hook block is supplemented with sensors to perform measurements directly on or in the area of the crane hook block and to determine state variables of the crane directly on this basis, without having to derive them indirectly from several measured values in a time-consuming manner and with the disadvantages described above.
  • the crane hook block To transmit the measurement data acquired by the sensor(s) to a crane control system, the crane hook block also includes a data transmission interface. While it is theoretically possible to connect the crane hook block's interface to a corresponding interface on the crane control system via a data cable, a wireless radio connection between the interfaces is preferable.
  • the present invention allows environmental parameters in the immediate or near vicinity of the hook block to be detected. For example, one or more selected areas or even the entire surroundings of the crane hook block can be captured using a camera or...
  • Video image capture is used for monitoring.
  • the captured images or image data can be displayed on a screen, for example, located in the crane cab, providing immediate information about the area surrounding the crane hook block. This data allows, for instance, verification of whether the crane hook block is directly above a load to be attached, or whether there are any obstacles in the area of the hoist rope, the crane hook block, or the load that need to be taken into account.
  • the generated images or image data can be fed into automated, computer-aided image processing in a known manner to automatically recognize depicted objects and provide the acquired data to the operator or the crane control system. For example, automatic warnings can be issued about potential obstacles or people in the working area of the hook block, and crane functions can be restricted or even shut down for safety reasons.
  • the distance between the crane hook block and people, objects, or obstacles can also be detected using suitable optical or other appropriate sensors on the crane hook block.
  • This allows not only the distance of the hook to a load to be attached to be measured, but also the distance of the crane hook block to the sheave head at the boom tip.
  • the latter application offers the advantage that an impending collision between the crane hook block and the sheave head is detected well before actual contact occurs, allowing appropriate measures to be taken, such as gradually reducing the lifting motion as the distance to the sheave head decreases. A sudden and therefore detrimental stop of the lifting motion to prevent a collision, as occurs with conventional electromechanical limit switches, is thus no longer necessary.
  • Measurements taken directly at the hook block can also be taken of the crane hook block itself. This allows for the monitoring of one or more sections, or even the entire crane hook block, using image or video recording. As mentioned above, the resulting image or video data can be shared with the crane operator, or... The data can also be used in computer-aided image processing to automatically detect certain states of the crane hook block. For example, this can be used to determine how many of the available pulleys are occupied or reeved with the lifting rope, or whether the crane hook's locking jaw is in the correct position.
  • the present invention offers a significant advantage with regard to measuring the weight of the load attached to the hook directly at the crane hook block.
  • the load weight is calculated indirectly from other sensor readings or measured with insufficient accuracy by sensors located remotely, for example, on the hoist drum.
  • the (absolute) spatial position of the crane hook block can also be determined. If one or more reference sensors are present on the crane itself or on any objects, such as obstacles, loads to be attached, and/or a load placement position, the relative positions to these sensors, and thus to any crane components or the aforementioned objects or positions, can also be determined.
  • any swinging of the load can be detected via the spatial orientation, i.e., tilt and/or acceleration of the crane hook block.
  • the rope pulleys on the crane hook block can be adjusted with regard to their rotational speed or their The rotational path is recorded. This makes it impossible to determine which and how many of the existing pulleys are engaged or reeved with the lifting rope.
  • the rope shear that is, the number of pulleys engaged or reeved with the lifting rope—can be determined from the rotational speed and/or the rotational path of at least one pulley.
  • the rope shear can also be determined by recording the change in the lifting height of the crane hook block and the length of lifting rope wound onto or off during this time.
  • the measurement data acquired by the aforementioned sensors can be used individually or in any meaningful combination to determine any desired parameters, such as the environmental parameters mentioned above or the condition parameters of the crane hook block. Furthermore, any of these environmental and/or condition parameters can be acquired redundantly based on different measured variables or combinations of measured variables.
  • the crane hook block has a lighting unit that serves to illuminate at least part of the detection range of a camera or video camera, in order to obtain a usable camera image even at night or in insufficient twilight or daylight.
  • the crane hook block can thus incorporate a generator to supply the sensors with electrical power.
  • a generator to supply the sensors with electrical power.
  • the crane hook block can have an energy storage device which can be charged, for example, by means of an external power source and/or the generator, in order to supply the sensors, the interface and any other electrical consumers of the crane hook block with electrical power.
  • the crane hook block comprises an upper section including at least one pulley and a lower section including the load hook, which are detachably connected to each other, for example, by bolts.
  • Such a multi-part, and in particular two-part, crane hook block offers the advantage that the lower part can be easily separated from the rest of the crane hook block and, while maintaining the reeving of the hoist rope, also from the crane.
  • Another aspect of the present invention relates to a crane control system for a crane, in particular for a mobile crane, with an interface connectable to the interface of the crane hook block described above, wherein the crane control system determines at least one state variable of the crane based on at least one parameter detected by at least one sensor.
  • the task of the crane control system is not limited to determining one or more state variables of the crane; rather, it can also control or regulate individual or multiple crane functions, such as lifting and lowering the load, slewing the crane superstructure, extending and retracting, or extending and retracting the crane boom, based on the detected measurement data or the detected state variables of the crane. For example, if a certain threshold is not reached, the crane control system can...
  • the lifting speed can be reduced or further lifting movements can be blocked if a predefined threshold for the distance between the crane hook block and the boom sheave head is exceeded. Lifting movements can also be blocked if an impermissible skewed pull is detected.
  • the acquired measurement data e.g., camera images
  • certain crane operating parameters e.g., rope shear
  • the operator can also be alerted to critical measured values (e.g., the presence of obstacles in the vicinity of the crane hook block) or critical operating parameters (e.g., impending overload).
  • the crane control system can use the hook block position, detected by the GPS sensor, to determine the telescoping length of the crane boom.
  • the horizontal relative position between the crane hook block and the crane vehicle is known via GPS sensors on both the hook block and the crane vehicle.
  • Both the crane undercarriage and the crane boom are equipped with tilt sensors as standard, the measurement data from which can be used to determine both the tilt of the crane vehicle and the luffing angle of the crane boom. Assuming that the crane hook hangs vertically from the boom head, the boom length can be calculated using a simple angle calculation.
  • the present invention further relates to a crane, in particular a mobile crane, with a crane hook block according to one of the embodiments described above and/or with a crane control system as described above.
  • the Figure 1 Figure 1 shows a one-piece crane hook block 1 in which both the six rope pulleys 3 and the simple load hook 4 are connected to a common frame 2 of the crane hook block 1.
  • the crane hook block according to the invention does not differ from conventional crane hook blocks.
  • the hook beam has a load sensor 9 in the form of strain gauges.
  • the frame 2 has a camera 5 with an integrated lighting device 13 in the form of a spotlight.
  • the rotational speed of the rope pulleys 3 is detected by a corresponding speed sensor 10.
  • the crane hook block 1 has a radar sensor 6 in its upper area for distance detection. Alternatively, a lidar sensor can also be used for this task.
  • a spatial position sensor in the form of a GPS sensor 7 is provided. Additionally The crane hook block 1 also has a tilt sensor 8, which detects the spatial orientation of the crane hook block 1 and allows possible tilt positions to be identified.
  • All sensors 5-9 are connected to an interface 12, which receives the measurement data determined by the sensors 5-9 and transmits it via a radio connection to a corresponding interface 16 of a crane control 17 (see Figure 3 ) transmitted.
  • All measuring sensors including sensors 5 to 9, are supplied with electrical power via a battery 15, which in turn is charged by a generator 14.
  • the generator 14 is connected to the pulleys 3 via a shaft and thus generates electrical power when the crane hook block 1 is raised or lowered.
  • the Figure 2 shows another, two-part embodiment of the crane hook block according to the invention. This differs from the one shown in the Figure 1
  • the embodiment shown differs essentially only in that the frame 2 has an upper part 2A with the pulleys 3 and a lower part 2B with a double hook 4.
  • the lower part 2B can be detachably connected to the upper part 2A by means of four bolts not specified in detail.
  • all the measuring sensors, including sensors 5 to 9, the interface 12, and the energy storage device 15, are arranged in the lower part 2B of the crane hook block 1.
  • the rotational speed and angular position of the individual rope pulleys 3 are recorded by an optical camera 5 and a computer-aided image analysis system, which detects optical markings on the rope pulleys 3 in the images created by the camera 5 and thus infers the rotational speed and angular position of the rope pulleys 3.
  • This functionality could alternatively be achieved by a sensor ring on at least one rope pulley 3 and a corresponding Hall sensor in the lower part 2B of the hook block.
  • FIG. 3 Figure 1 shows a mobile crane 15 with the hook block 1 according to the invention and a corresponding crane control 17 including interface 16 with the functionality already mentioned above for determining state variables of the crane 15 on the basis of the parameters detected by the sensors 5 to 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)
  • Load-Engaging Elements For Cranes (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hakenflasche für Krane, insbesondere für Mobilkrane, mit einer Messsensorik zur Erfassung von Parametern betreffend die Umgebung und/oder den Zustand der Hakenflasche, eine die von der Messsensorik erfassten Messgrößen verarbeitende Kransteuerung und einen Kran mit einer solchen Hakenflasche und/oder mit einer solchen Kransteuerung.
  • Herkömmliche Mobilkrane weisen eine Vielzahl von Sensoren auf, welche unterschiedliche Messdaten erfassen und an eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung bzw. Kransteuerung übermitteln, die basierend auf den empfangenen Messdaten Zustandsgrößen des Krans bestimmt, Bedienpersonal hierüber informiert und gegebenenfalls unzulässige Zustände des Krans, beispielsweise durch Sperren einzelner Kranfunktionen verhindert. Einzelne Zustandsgrößen werden bei bekannten Systemen über mehrere Messwerte errechnet. So wird bei Mobilkranen die am Haken angeschlagene Last regelmäßig über Drucksensoren am Wippzylinder des Auslegers und mehrere Neigungssensoren am Haupt- und Wippausleger ermittelt. Gleiches gilt für die Hubhöhe, welche regelmäßig über die ab- bzw. aufgetrommelte Hubseillänge, die Teleskopierlänge und den Wippwinkel des Auslegers errechnet wird.
  • Dokument US2016/031681A1 offenbart eine Kranhakenflasche gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die mittelbare Berechnung von Zustandsgrößen aus mehreren Messgrößen birgt jedoch den Nachteil, dass aufgrund der jedem Sensor anhaftenden Ausfallwahrscheinlichkeit und auch Messungenauigkeit nicht nur die Wahrscheinlichkeit eines Defekts am Gesamtsystem steigt, sondern sich darüber hinaus Messfehler kumulieren und somit zu einer ungenauen Bestimmung der Zustandsgrößen führen können.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt sich die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Messsensorik zur Erfassung von Zustandsgrößen eines Krans zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 und der nebengeordneten Patentansprüche 9 und 10 gelöst. Die Unteransprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Eine erfindungsgemäße Kranhakenflasche weist einen Rahmen, zumindest eine mit dem Rahmen verbundene Seilrolle und einen mit dem Rahmen verbundenen Lasthaken auf, und umfasst ferner zumindest einem an der Kranhakenflasche angeordneten und zur Erfassung der räumlichen Position der Kranhakenflasche ausgestalteten Sensor und eine mit dem zumindest einen Sensor verbundene und zur Übermittlung der vom zumindest einem Sensor empfangenen Daten ausgestaltete Schnittstelle, wobei die Kranhakenflasche weiterhin einen zumindest eine Seilrolle umfassenden oberen Abschnitt und einen mit dem oberen Abschnitt lösbar verbundenen und den Lasthaken umfassenden unteren Abschnitt aufweist, wobei der zumindest eine Sensor am oder im unteren Abschnitt angeordnet ist.
  • Mit anderen Worten wird eine Kranhakenflasche herkömmlicher Bauweise um eine Sensorik ergänzt, um Messungen unmittelbar an oder im Bereich der Kranhakenflasche durchzuführen und auf dieser Basis Zustandsgrößen des Krans direkt bestimmen zu können, ohne diese aufwendig und in Begleitung der oben beschriebenen Nachteile indirekt aus mehreren Messwerten herleiten zu müssen.
  • Um die vom Sensor oder den Sensoren erfassten Messdaten an eine Kransteuerung übermitteln zu können, umfasst die Kranhakenflasche ferner eine Schnittstelle zur Datenübertragung. Grundsätzlich ist es vorstellbar, die Schnittstelle der Kranhakenflasche mit einer entsprechenden Schnittstelle der Kransteuerung über ein Datenkabel zu verbinden, zu bevorzugen ist hier allerdings eine drahtlose Funkverbindung zwischen den entsprechenden Schnittstellen.
  • Zum einen können durch die mittels der vorliegende Erfindung Umgebungsparameter im unmittelbaren oder aber auch im nahen Umfeld der Hakenflasche erfasst werden. Beispielsweise können ein oder mehrere ausgewählte Teilbereiche oder aber auch das gesamte Umfeld der Kranhakenflasche mittels einer Kamera- bzw.
  • Videobilderfassung überwacht werden. Die erstellten Bilder bzw. Bilddaten können auf einem beispielsweise in der Krankabine angeordneten Bildschirm unmittelbar über die Umgebung der Kranhakenflasche informieren. Anhand dieser Daten lässt sich beispielsweise überprüfen, ob sich die Kranhakenflasche direkt über einer anzuschlagenden Last befindet oder ob sich im Bereich des Hubseils, der Kranhakenflasche oder der Last Hindernisse befinden, die es zu beachten gilt. An dieser Stelle sei anzumerken, dass die erzeugten Bilder bzw. Bilddaten in bekannter Weise einer automatisierten, computergestützten Bildverarbeitung zugeführt werden können, um abgebildete Objekte automatisch zu erkennen und die gewonnen Daten dem Bedienpersonal oder der Kransteuerung zuzuführen. Es kann beispielsweise automatisch vor möglichen Hindernissen oder Personen im Arbeitsbereich der Hakenflasche gewarnt werden und gegebenenfalls Kranfunktionen aus Sicherheitsgründen eingeschränkt oder gar gesperrt werden.
  • Ebenfalls kann der Abstand der Kranhakenflasche zu Personen oder Objekten bzw. Hindernissen mittels geeigneter optischer oder auch anderer hierfür geeigneter Sensoren an der Kranhakenflasche erfasst werden. So kann nicht nur der Abstand des Hakens zu einer anzuschlagenden Last erfasst werden, sondern auch der Abstand der Kranhakenflasche zum Rollenkopf an der Auslegerspitze. Letztere Anwendung birgt den Vorteil, dass eine drohende Kollision der Kranhakenflasche mit dem Rollenkopf bereits weit vor einer tatsächlichen Kontaktierung erkannt wird und geeignete Maßnahmen getroffen werden können, beispielsweise durch zunehmendes Abbremsen der Hubbewegung entsprechend des geringer werdenden Abstandes zum Rollenkopf. Ein plötzliches und somit auch nachteiliges Stoppen der Hubbewegung zur Kollisionsverhinderung, wie dies beim Einsatz von herkömmlichen elektromechanischen Hubendschaltern der Fall ist, findet somit nicht mehr statt.
  • Die direkt an der Hakenflasche durchgeführten Messungen können aber auch die Kranhakenflasche selbst betreffen. So können ein oder mehrere Teilbereiche oder aber auch die gesamte Kranhakenflasche mittels einer Bild- bzw. Videobilderfassung überwacht werden. Wie bereits oben angemerkt, können die so gewonnenen Bild- bzw. Videodaten Bedienpersonal des Krans zur Kenntnis gebracht werden, oder aber auch einer computergestützten Bildverarbeitung zugeführt werden, um etwa bestimmte Zustände der Krankhakenflasche automatisch zu erkennen. Beispielsweise kann auf diese Weise erfasst werden, wie viele der vorhandenen Seilrollen mit dem Hubseil belegt bzw. eingeschert sind, oder ob sich die Zugmaulsicherung des Kranhakens in einer ordnungsgemäßen Position befindet.
  • Einen ganz erheblichen Vorteil bietet die vorliegende Erfindung hinsichtlich einer direkt an der Kranhakenflasche durchgeführten Messung des Gewichts der am Lasthaken angeschlagenen Last. Das Lastgewicht wird bei bisherigen Lösungen nämlich mittelbar aus anderen Sensorgrößen errechnet oder durch abgelegene, beispielsweise an der Hubseiltrommel angeordnete Sensoren nur unzureichend genau gemessen.
  • Mittels geeigneter Raumpositionssensoren, beispielsweise GPS-Sensoren, kann auch die (absolute) räumliche Position der Kranhakenflasche erfasst werden. Bei Vorhandensein ein oder mehrerer Referenzsensoren am Kran selbst oder aber auch an beliebigen Objekten, etwa Hindernissen, anzuschlagenden Lasten und/oder einer Absetzpositionen für eine Last können auch die Relativpositionen zu diesen Sensoren und somit auch zu beliebigen Krankomponenten oder vorgenannten Objekten bzw. Positionen ermittelt werden.
  • Die gleichen Überlegungen gelten für die räumliche Ausrichtung der Kranhakenflasche. Sobald über geeignete Sensoren eine Schräglage der Kranhakenflasche erkannt wird, kann hierüber beispielsweise auf einen ungewollten "Schrägzug" geschlossen werden, bei welchem sich die Kranhakenflasche nicht exakt über einer anzuhebenden Last befindet, auf welcher beim Anheben der Last zu einem unkontrollierten Durchpendeln dieser Last führen würde. Grundsätzlich kann jegliches Pendeln der Last über die räumliche Ausrichtung, also Schräglage und/oder eine Beschleunigung der Kranhakenflasche erfasst werden.
  • Ferner kann zumindest eine, mehrere oder aber auch alle an der Kranhakenflasche vorhandenen Seilrollen hinsichtlich ihrer Drehzahl oder aber auch hinsichtlich ihres Drehwegs erfasst werden. Auf diese Weise lässt sich nicht mehr erkennen, welche und wie viele der vorhandenen Seilrollen mit dem Hubseil belegt bzw. eingeschert sind. Unter Hinzuziehung eines Messwerts hinsichtlich der währenddessen von der Hubseiltrommel ab- bzw. aufgetrommelten Hubseillänge lässt sich über die Drehzahl und/oder den Drehweg der zumindest einen Seilrolle die Seilscherung, also die Anzahl der mit dem Hubseil belegten bzw. eingescherten Seilrollen ermitteln. Additiv oder alternativ kann die Seilscherung aber auch durch die Erfassung der Änderung der Hubhöhe der Kranhakenflasche und die Erfassung der währenddessen ab- bzw. aufgetrommelten Hubseillänge ermittelt werden.
  • Für die Erfassung der räumlichen Position kann die erfindungsgemäße Kranhakenflasche den folgenden Sensor aufweisen:
    • Raumpositions- bzw. GPS-Sensor, zum Erfassen der räumlichen Position, insbesondere auch der Ausrichtung der Kranhakenflasche;
      Darüber hinaus kann die Kranhakenflasche für die Erfassung weiterer Messgrößen auch eine beliebige Anzahl zusätzlicher Sensoren aufweisen, darunter:
      • Optische Kamera zum Erfassen von Licht im sichtbaren und/oder im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums, welches insbesondere von der Kranhakenflasche oder Teilen hiervon, oder von Objekten in der Umgebung der Kranhakenflasche reflektiert und/oder emittiert wird;
      • RADAR-Sensor (6), insbesondere zum Erfassen des Abstands der Kranhakenflasche zu Objekten in der Umgebung der Kranhakenflasche;
      • LIDAR-Sensor, insbesondere zum Erfassen des Abstands der Kranhakenflasche zu Objekten in der Umgebung der Kranhakenflasche;
      • Neigungssensor, insbesondere zum Erfassen der räumlichen Ausrichtung der Kranhakenflasche oder von Teilen hiervon;
      • Druck- und/oder Kraftsensor, insbesondere zum Erfassen der mechanischen Belastung der Kranhakenflasche oder von Teilen hiervon;
      • Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl zumindest einer, insbesondere aller Seilrollen;
      • Beschleunigungssensor, insbesondere zum Erfassen der Beschleunigung der Kranhakenflasche oder von Teilen hiervon.
  • Die von den obengenannten Sensoren gewonnenen Messdaten können einzeln sowie in jedweder sinnvollen Kombination zur Bestimmung beliebiger, beispielsweise der obengenannten Umgebungsparameter oder Zustandsparameter der Kranhakenflasche zu bestimmen. Auch können beliebige dieser Umgebungs- und/oder Zustandsparameter auf Basis unterschiedlicher Messgrößen oder Messgrößenkombinationen in redundanter Weise erfasst werden.
  • Ferner ist es vorstellbar, dass die Kranhakenflasche eine Beleuchtungseinheit aufweist, die zum Ausleuchten zumindest eines Teils des Erfassungsbereichs einer Kamera bzw. Videokamera dient, um so beispielsweise auch bei Nacht oder unzureichendem Dämmerungs- oder Tageslicht ein verwertbares Kamerabild zu erhalten.
  • Grundsätzlich ist es vorstellbar, die an der Kranhakenflasche vorgesehenen Sensoren, die Schnittstelle und gegebenenfalls vorhandene Steuergeräte kabelgebunden mit elektrischer Leistung zu versorgen. Zu bevorzugen ist allerdings eine autarke Leistungsversorgung, beispielsweise mittels einem Energiespeicher und/oder einem Generator.
  • So kann die Kranhakenflasche einen Generator zum Versorgen der Sensoren mit elektrischer Leistung aufweisen. In diesem Zusammenhang wäre es grundsätzlich vorstellbar, die Kranhakenflasche mit einem Windgenerator, einem Photovoltaik-Generator oder einem mechanisch von einem Verbrennungsmotor oder der zumindest einen Seilrolle angetriebenen Generator auszustatten, wobei auch mehrere dieser Generatoren zum Einsatz kommen könnten.
  • Alternativ oder additiv zu einem solchen Generator kann die Kranhakenflasche einen Energiespeicher aufweisen, welcher beispielsweise mittels einer externen Stromquelle und/oder dem Generator geladen werden kann, um so die Sensoren, die Schnittstelle und weitere etwaig vorhandene elektrische Verbraucher der Kranhakenflasche mit elektrischer Leistung zu versorgen.
  • Ferner ist es vorstellbar, dass die Kranhakenflasche einen die zumindest eine Seilrolle umfassenden oberen Abschnitt und einen den Lasthaken umfassenden unteren Abschnitt aufweist, die lösbar miteinander verbunden, beispielsweise verbolzt sind. Eine solche mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgestaltete Kranhakenflasche bietet den Vorteil, dass der untere Teil einfach von der restlichen Kranhakenflasche und unter Beibehaltung der Einscherung des Hubseils auch vom Kran getrennt werden kann. Nicht nur zur Vereinfachung von Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an der Sensorik bietet es sich an, den überwiegenden Teil oder gar sämtliche Sensoren wie auch die dazugehörige Schnittstelle dem unteren Teil der Kranhakenflasche zuzuordnen. Hierdurch wird es ermöglicht, die vorliegende Erfindung mit nur einem Hakenflaschenunterteil an mehreren Kranen zum Einsatz zu bringen, ohne für jeden Kran eine solche Messsensorik vorhalten zu müssen. Soll beispielsweise ein Kran für Aufgaben zum Einsatz kommen, für welche die erfindungsgemäße Messsensorik Verwendung finden soll, muss hierfür nur der untere Hakenflaschenteil gerüstet werden, während die Einscherung am oberen Hakenflaschenteil verbleiben kann.
  • In diesem Zusammenhang bietet es sich ebenfalls an, auch die für die Sensoren notwendige Peripherie, also die Leistungserzeugung und/oder die Energiespeicherung, Steuergeräte oder die Datenschnittstelle weitestgehend in den unteren Teil der Hakenflasche zu integrieren.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Kransteuerung für einen Kran, insbesondere für einen Mobilkran, mit einer mit der Schnittstelle der oben beschriebenen Kranhakenflasche verbindbaren Schnittstelle, wobei die Kransteuerung auf Basis zumindest eines Parameters, der von zumindest einem Sensor erfasst wird, zumindest eine Zustandsgröße des Krans ermittelt. Die Aufgabe der Kransteuerung beschränkt sich jedoch nicht nur auf die Ermittlung ein oder mehrerer Zustandsgrößen des Krans, vielmehr kann diese auch einzelne oder mehrere Kranfunktion wie etwa das Heben und Senken der Last, das Schwenken des Kranoberwagens, das Aus- und Einwippen oder das Aus- und Einteleskopieren des Kranauslegers auf Basis der erfassten Messdaten bzw. der erfassten Zustandsgrößen des Krans steuern oder aber auch regeln. Beispielsweise kann bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für den Abstand der Kranhakenflasche vom Ausleger-Rollenkopf die Hubgeschwindigkeit reduziert oder eine weitere Hubbewegung gar gesperrt werden. Beim Erkennen eines unzulässigen Schrägzugskann die Hubbewegung ebenfalls gesperrt werden. Im einfachsten Fall werden die gewonnen Messdaten (beispielsweise Kamerabilder) und/oder bestimmte Kran-Zustandsgrößen (beispielsweise die Seilscherung) dem Bedienpersonal des Krans zur Kenntnis gebracht. Ferner kann das Personal auch auf kritische Messwerte (beispielsweise Vorhandensein von Hindernissen in der Umgebung der Kranhakenflasche) oder kritische Zustandsgrößen (beispielsweise drohende Überlast) hingewiesen werden.
  • So kann die Kransteuerung beispielsweise über die mittels des GPS-Sensors erfassten Hakenflaschenposition auf die Teleskopierlänge des Kranauslegers schließen. Die horizontale Relativposition zwischen Kranhakenflasche und dem Kranfahrzeug ist über GPS-Sensoren an der Kranhakenflasche und dem Kranfahrzeug bekannt. Sowohl der Kranunterwagen als auch der Kranausleger sind standardmäßig mit Neigungssensoren ausgestattet, aus deren Messdaten sowohl auf die Neigung des Kranfahrzeugs als auch auf den Wippwinkel des Kranauslegers geschlossen werden kann. Unter der Annahme, dass der Kranhaken senkrecht vom Auslegerkopf herabhängt, lässt sich durch eine einfache Winkelberechnung auf die Auslegerlänge schließen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kran, insbesondere einen Mobilkran, mit einer Kranhakenflasche gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und/oder mit einer wie voranstehend beschriebenen Kransteuerung.
  • Im Folgenden werden einzelne, bevorzugte Funktionalitäten der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Erfindung kann die voranstehend und auch nachstehend beschriebenen Funktionalitäten einzeln sowie in jedweder sinnvollen Kombination umfassen.
    • Das Gewicht einer am Lasthaken angeschlagenen Last kann durch einen sogenannten "Lastmessbolzen", beispielsweise eine für den Lasthaken vorgesehene Traverse der Hakenflasche gemessen werden. Hierfür kann beispielsweise ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, mit welchem die Beanspruchung der Traverse gemessen wird, was einem direkten Rückschluss auf die Last zulässt.
    • Die räumliche Position des Lasthakens relativ zum Kran kann durch einen Raumpositions- bzw. einen GPS-Sensor an der Hakenflasche und einen entsprechenden Referenzsensor am Kran ermittelt werden.
    • Die Seilscherung kann automatisch über die erfasste Seillänge/Seillage des Haupt-/Hilfshubwerks und die relativen Änderung der Hakenflaschenposition ermittelt werden.
    • Die Funktion des Hubendschalters wird berührungslos durch die Sensorik der Hakenflasche bereitgestellt. Diese erkennt auch drohende Kollisionen mit Hindernissen wie etwa Gebäuden oder Bäumen.
    • Die Sicht des Kranfahrers auf die Last, die Umgebung und Personen wird durch eine Kamera an der Hakenflasche verbessert. Die aufgenommenen Bilder werden dem Kranfahrer im Display jedes aktiven Steuerstandes zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann der Kranfahrer die Last auch in Bereichen beobachten, die durch Hindernisse verdeckt sind oder anderweitig nicht einsehbar sind. Für die Sicht bei Dunkelheit kann eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein.
    • Ein für den Kranbetrieb unerlaubter Schrägzug der Last wird mittels eines Neigungssensors der Hakenflasche erkannt. Dieser Sensor kann auch dazu benutzt werden, um beim Anfahren/Stoppen eines Triebwerks, insbesondere des Drehwerks, die Pendelbewegung der Last durch die Massenträgheit auszugleichen bzw. dieser entgegenzuwirken.
    • Die Leistungsversorgung kann durch Akkumulatoren in der Hakenflasche bereitgestellt werden. Diese können im Kranbetrieb durch einen Gleichstromgenerator und im Fahrbetrieb an einer Steckdose am Kranfahrzeug geladen werden. Beispielsweise kann im vorderen Bereich der Fahrerkabine, nahe der am vorderen Zugmaul des Krans gesicherten Hakenflasche eine Steckdose bereitgestellt werden Der Gleichstromgenerator kann allerdings auch über die Seilrollen der Hakenflasche angetrieben werden.
    • Die von den Sensoren erfassten Messdaten werden von einer Steuerung mit integriertem Funktransceiver an der Hakenflasche erfasst, an die Kransteuerung übertragen und dort verarbeitet.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Die Erfindung kann alle hierin beschriebenen Merkmale einzeln sowie in jedweder sinnvollen Kombination umfassen. Es zeigen:
    • Figur 1:
    Eine einteilige Kranhakenflasche gemäß der vorliegenden Erfindung;
    Figur 2:
    Eine zweiteilige Kranhakenflasche gemäß der vorliegenden Erfindung;
    Figur 3:
    Einen Mobilkran mit der erfindungsgemäßen Kranhakenflasche und einer entsprechenden Kransteuerung.
  • Die Figur 1 zeigt eine einteilige Kranhakenflasche 1, bei welcher sowohl die insgesamt sechs Seilrollen 3 als auch der einfache Lasthaken 4 mit einem gemeinsamen Rahmen 2 der Kranhakenflasche 1 verbunden sind. Insoweit unterscheidet sich die erfindungsgemäße Kranhakenflasche nicht von herkömmlichen Kranhakenflaschen.
  • Um eine direkte Messung bestimmter Umgebungsparameter und Zustandsparameter der Kranhakenflasche zu ermöglichen, weist diese mehrere Sensoren 5 bis 9 auf. Um das Gewicht der am Lasthaken 4 angeschlagenen Last zu messen, weist die Hakentraverse einen Lastsensor 9 in Form von Dehnungsmessstreifen auf. Um dem Bedienpersonal eine verbesserte Sicht auf die am Kranhaken 4 angeschlagene Last zu ermöglichen, weist der Rahmen 2 eine Kamera 5 mit integrierter Beleuchtungseinrichtung 13 in Form eines Scheinwerfers auf. Die Drehzahl der Seilrollen 3 wird über einen entsprechenden Drehzahlsensor 10 erfasst. Um möglichen Kollisionen mit dem Rollenkopf 11 (siehe Figur 3) des Kranauslegers vorzubeugen, weist die Kranhakenflasche 1 im oberen Bereich einen RADAR-Sensor 6 zur Abstandserfassung auf. Alternativ hierzu kann für diese Aufgabe auch ein LIDAR-Sensor Einsatz finden. Um die räumliche Position der Kranhakenflasche 1 zu erfassen, ist ein Raumpositionssensor in Form eines GPS-Sensors 7 vorgesehen. Zusätzlich befindet sich an der Kranhakenflasche 1 auch ein Neigungssensor 8, über welchen die räumliche Ausrichtung der Kranhakenflasche 1 erfasst wird und mögliche Schräglagen dieser erkannt werden können.
  • Sämtliche Sensoren 5-9 sind mit einer Schnittstelle 12 verbunden, welche die von den Sensoren 5-9 ermittelten Messdaten entgegennimmt und über eine Funkverbindung an eine entsprechende Schnittstelle 16 einer Kransteuerung 17 (siehe Figur 3) übermittelt.
  • Die gesamte Messsensorik einschließlich der Sensoren 5 bis 9 wird über einen Akkumulator 15 mit elektrischer Leistung versorgt, welcher wiederum über einen Generator 14 geladen wird. Der Generator 14 ist über eine Welle mit den Seilrollen 3 verbunden und erzeugt so beim Heben oder Absenken der Kranhakenflasche 1 elektrische Leistung.
  • Die Figur 2 zeigt eine weitere, zweiteilige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kranhakenflasche. Diese unterscheidet sich von der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen nur dadurch, dass der Rahmen 2 einen oberen Teil 2A mit den Seilrollen 3 und einen unteren Teil 2B mit einem Doppelhaken 4 aufweist. Über vier nicht näher bezeichnete Verbolzungen kann der untere Teil 2B mit dem oberen Teil 2A lösbar verbunden werden. Ferner ist in der Figur 2 zu erkennen, dass die gesamte Messsensorik einschließlich der Sensoren 5 bis 9, der Schnittstelle 12 und dem Energiespeicher 15 im unteren Teil 2B der Kranhakenflasche 1 angeordnet ist. Die Drehzahl wie auch die Winkelstellung der einzelnen Seilrollen 3 wird über eine optische Kamera 5 und eine computergestützte Bildauswertung erfasst, welche optische Markierungen an den Seilrollen 3 auf den von der Kamera 5 erstellten Bildern erkennt und so auf die Drehzahl und Winkelstellung der Seilscheiben 3 schließt. Diese Funktionalität könnte alternativ durch einen Sensorring an zumindest einer Seilrolle 3 und einen entsprechenden Hall-Sensor im unteren Hakenflaschenteil 2B bewerkstelligt werden.
  • Die Figur 3 zeigt einen Mobilkran 15 mit der erfindungsgemäßen Hakenflasche 1 und einer entsprechenden Kransteuerung 17 samt Schnittstelle 16 mit der bereits weiter oben angesprochenen Funktionalität zum Bestimmen von Zustandsgrößen des Krans 15 auf Basis der von den Sensoren 5 bis 9 erfassten Parameter.

Claims (8)

  1. Kranhakenflasche (1) mit
    - einem Rahmen (2);
    - zumindest einer mit dem Rahmen (2) drehbar verbundenen Seilrolle (3);
    - einem mit dem Rahmen (2) verbundenen Lasthaken (4);
    - zumindest einem an der Kranhakenflasche (1) angeordneten und zur Erfassung der räumlichen Position der Kranhakenflasche (1) ausgestalteten Sensor (7, 8); und
    - einer mit dem zumindest einen Sensor (7, 8) verbundenen und zur Übermittlung der vom zumindest einen Sensor empfangenen Daten bzgl. der erfassten räumlichen Position ausgestalteten Schnittstelle (12);
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kranhakenflasche weiterhin folgendes aufweist:
    - einen die zumindest eine Seilrolle (3) umfassenden oberen Abschnitt (2A); und
    - einen mit dem oberen Abschnitt (2A) lösbar verbundenen und den Lasthaken (4) umfassenden unteren Abschnitt (2B), wobei der zumindest eine Sensor (7, 8) am oder im unteren Abschnitt (2B) angeordnet ist.
  2. Kranhakenflasche nach Anspruch 1, mit ferner zumindest einem an der Kranhakenflasche (1) angeordneten und zur Erfassung zumindest eines Umgebungsparameters ausgestalteten Sensor (5-10), wobei als Umgebungsparameter zumindest einer der folgenden Parameter erfasst wird:
    - Kamerabild zumindest eines Umgebungsbereichs der Kranhakenflasche (1);
    - Abstand der Kranhakenflasche (1) zu Objekten (11), insbesondere zu Hindernissen und/oder Krankomponenten.
  3. Kranhakenflasche nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei als zusätzliche Zustandsparameter zumindest einer der folgenden Parameter erfasst wird:
    - Kamerabild zumindest eines Teils der Kranhakenflasche (1);
    - Gewicht der am Lasthaken (4) angeschlagenen Last;
    - räumliche Ausrichtung der Kranhakenflasche (1);
    - Drehzahl zumindest einer Seilrolle (3).
  4. Kranhakenflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zumindest einem der folgenden Sensoren (5-10):
    - optische Kamera (5) zum Erfassen von Licht im sichtbaren und/oder im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums, welches insbesondere von der Kranhakenflasche (1) oder Teilen hiervon, oder von Objekten (11) in der Umgebung der Kranhakenflasche (1) reflektiert und/oder emittiert wird;
    - RADAR-Sensor (6), insbesondere zum Erfassen des Abstands der Kranhakenflasche (1) zu Objekten (11) in der Umgebung der Kranhakenflasche (1);
    - LIDAR-Sensor, insbesondere zum Erfassen des Abstands der Kranhakenflasche (1) zu Objekten (11) in der Umgebung der Kranhakenflasche (1);
    - Raumpositions- bzw. GPS-Sensor (7), insbesondere zum Erfassen der räumlichen Position und/oder Ausrichtung der Kranhakenflasche (1);
    - Neigungssensor (8), insbesondere zum Erfassen der räumlichen Ausrichtung der Kranhakenflasche (1) oder von Teilen hiervon;
    - Druck- und/oder Kraftsensor (9), insbesondere zum Erfassen der mechanischen Belastung der Kranhakenflasche oder von Teilen hiervon;
    - Drehzahlsensor (10) zum Erfassen der Drehzahl zumindest einer, insbesondere aller Seilrollen (3);
    - Beschleunigungssensor, insbesondere zum Erfassen der Beschleunigung der Kranhakenflasche (1) oder von Teilen hiervon.
  5. Kranhakenflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit ferner einer Beleuchtungseinheit (13) zum Ausleuchten des Erfassungsbereichs einer das Kamerabild erfassenden Kamera (5).
  6. Kranhakenflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit ferner einem Generator (14) zum Versorgen der Sensoren (5-10) mit elektrischer Leistung, insbesondere wobei der Generator (14) von der zumindest einen Seilrolle (3) angetrieben wird.
  7. Kranhakenflasche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit ferner einem Energiespeicher zum Versorgen der Sensoren (5-10) mit elektrischer Leistung, insbesondere einem mittels einer externen Stromquelle und/oder dem Generator (14) wiederaufladbaren Akkumulator.
  8. Kran, insbesondere Mobilkran (15), mit einer Kranhakenflasche (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und mit einer Kransteuerung (17), die eine mit der Schnittstelle (12) der Kranhakenflasche (1) verbindbare Schnittstelle (16) umfasst und dazu ausgestaltet ist, auf Basis der erfassten räumlichen Position und einer erfassten räumlichen Ausrichtung der Kranhakenflasche (1) zumindest eine der folgenden Zustandsgrößen des Krans (15) zu bestimmen:
    - absolute räumliche Position der Kranhakenflasche (1) unter Verwendung eines geeigneten Raumpositionssensors, beispielsweise GPS-Sensors;
    - relative räumliche Position der Kranhakenflasche (1) zu einem oder mehreren Referenzsensoren am Mobilkran (15) oder an beliebigen Objekten, insbesondere Hindernissen, anzuschlagenden Lasten und/oder Absetzpositionen für eine Last;
    - Schrägzug mit einer nicht exakt über einer anzuhebenden Last befindlichen Kranhakenflasche (1) unter Verwendung eines Neigungssensors;
    - Pendeln einer Last;
    - Teleskopierlänge eines Kranauslegers basierend auf der horizontalen Relativposition der Kranhakenflasche (1) und dem Kranfahrzeug (15) und einer mittels Neigungssensoren erfassten Neigung des Kranfahrzeugs (15) und Wippwinkel des Kranauslegers.
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