WO2020182592A1 - Kran sowie vorrichtung zu dessen steuerung - Google Patents

Abstract

Kran, insbesondere Turmdrehkran (1), mit einem Kranausleger (3), von dem ein mit einem Lasthaken (7) verbundenes Hubseil (6) abläuft, sowie einer Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung (8) zum Bestimmen der Lasthakenposition, wobei die Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung (8) zumindest drei miteinander Funksignale austauschende elektromagnetische Funkmodule (9) aufweist, von denen zumindest ein Funkmodul am Lasthaken angebracht und zumindest zwei weitere Funkmodule voneinander beabstandet an der Kranstruktur und/oder im Kranumfeld angebracht sind, sowie eine elektronische Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Funksignale und Bestimmen der Position des Lasthakens aus den Funksignalen besitzt.

Description

Kran sowie Vorrichtung zu dessen Steuerung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kran wie beispielsweise einen Turmdreh kran, mit einem Kranausleger, von dem ein mit einem Lasthaken verbundenes Hubseil abläuft, sowie einer Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung zum Be stimmen der Lasthakenposition. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Steuern eines solchen Krans, bei dem die Lasthakenposition eines mit einem Hubseil verbundenen Lasthakens von einer Lasthaken- Positionsbestimmungseinrichtung sensorisch erfasst wird.

Turmdrehkrane können einen zumindest näherungsweise liegenden, ggf. auch aufwippbaren Kranausleger aufweisen, der von einem sich aufrecht erstreckenden Turm getragen wird und um die aufrechte Turmlängsachse verdreht werden kann. Bei einem sog. Obendreher dreht sich hierbei der Ausleger relativ zum Turm, wäh rend bei einem Untendreher der ganze Turm und damit der daran angelenkte Aus leger verdreht wird. Der Abstand des Lasthakens von der Turmachse kann mittels einer Laufkatze eingestellt werden, die entlang des Auslegers verfahrbar ist, wobei das mit dem Lasthaken verbundene Hubseil über die besagte Laufkatze abläuft, oder auch durch Aufwippen eines Nadelauslegers. Aus verschiedenen Gründen ist es hierbei wünschenswert, die exakte Position des Lasthakens über eine entsprechende Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung möglichst exakt zu bestimmen. Dies kann nicht nur vorteilhaft sein, wenn der Last haken beispielsweise hinter einer Mauer für den Kranführer nicht mehr sichtbar ist, sondern auch dann, wenn die Laufkatzenposition nicht mehr exakt mit der Lastha kenposition übereinstimmt, d.h. in senkrechter Richtung nicht mehr deckungsgleich ist (es versteht sich, dass durch die Senktiefe des Lasthakens die Höhenstellung von Lasthaken und Laufkatze abweicht). Eine solche Abweichung der Lasthaken position von der Laufkatzenposition kann verschiedene Ursachen haben, bei spielsweise einen ungeraden Verlauf infolge von Windkräften oder Oberschwin gungen des Hubseils oder dynamische Auslenkungen wie Pendelbewegungen der Last oder Windauslenkungen. Je nach zu bewerkstelligender Aufgabe kann es da bei ausreichend sein, die Lasthakenposition nur relativ zur Laufkatze bzw. zum Kran zu bestimmen, beispielsweise um Pendelbewegungen zu dämpfen, oder es kann auch eine absolute Lasthakenposition im Raum benötigt werden, beispiels weise um einen automatisierten Betrieb bei Umschlagvorgängen zu realisieren. Von solchen Verwendungen des Lasthakenpositionssignals zu Steuerungszwecken abgesehen kann durch Bestimmung der Lasthakenposition auch eine erhöhte Si cherheit erreicht werden, da die Last permanent überwacht werden kann, wobei ggf. auch eine Redundanz des Senktiefensensors erreicht werden kann.

Solche Assistenz-Systeme eines Krans wie beispielsweise eine Pendeldämpfung, die mit einer Bestimmung der Lasthakenposition arbeiten, sind beispielsweise aus den Schriften DE 20 2008 018 260 U1 oder DE 10 2009 032 270 A1 bekannt, oder auch aus den Schriften EP 16 28 902 B1 , DE 10 324 692 A1 , EP 25 62 125 B1 , US 2013 01 61 279 A oder US 55 26 946 B.

Ferner ist von der Firma Liebherr unter dem Namen„Cycoptronic“ ein Lastpendel dämpfungssystem für maritime Krane bekannt, welches Lastbewegungen und Ein flüsse wie Wind im Voraus berechnet und auf Basis dessen Kompensationsbewe gungen einleitet, wobei mittels Gyroskopen der Seilwinkel gegenüber der Vertikalen und dessen Änderungen erfasst werden, um in Abhängigkeit der Gyroskopsignale in die Steuerung einzugreifen.

Die Lasthaken-Position kann dabei grundsätzlich in verschiedener Weise erfasst werden, wobei beispielsweise die Schrift WO 91/146 44 A1 eine solche Lasthaken- Positionsbestimmung zeigt.

Aus dem Stand der Technik ist es dabei bekannt, die Lasthakenposition optisch zu erfassen. Beispielsweise zeigt die JP 9-142773 einen Kran, an dessen Ausleger spitze, von der das Hubseil abläuft, eine nach unten blickende Kamera montiert ist, deren Blickrichtung verstellt wird, um Pendelbewegungen des Lasthakens zu fol gen, so dass der Kranführer über die Kamera stets den Lasthaken sehen kann. Die DE 197 25 315 C2 beschreibt einen Hüttenwerkskran mit einem relativ zu einem Tragrahmen verfahrbaren Katzfahrwerk, von dem das Hubseil abläuft. An dem Tragrahmen sind mehrere Kameras angeordnet, deren Blickfeld groß genug ist, um den Kranhaken bei verschiedenen Katzfahrwerkstellungen erfassen zu können. Bei einem solchen Hüttenwerkskran sind die anzufahrenden Positionen relativ starr vorgegeben, so dass die zu verarbeitende Bilddatenmenge handhabbar bleibt. Würde ein solches System indes bei einem Turmdrehkran verwendet, käme eine kaum mehr zu verarbeitende Datenflut zustande.

Aus der Schrift WO 2005/082770 A1 ist ferner ein Turmdrehkran bekannt, an des sen Laufkatze eine nach unten blickende Kamera angebracht ist, um dem Kranfüh rer ein Videobild der Lasthaken-Umgebung anzuzeigen, so dass der Kranführer in Bewegungsrichtung liegende Hindernisse besser erkennen kann. Dieses Kame rasystem dient der Visualisierung von Hindernissen bzw. des Absetz- oder Auf nahmebereichs, den der Kranführer anzusteuern hat, es wird jedoch dabei nicht die Lasthakenposition relativ zum Kran oder absolut im Raum bestimmt.

Mit solchen Kamerasystemen ist es jedoch schwierig, die Lasthakenposition aus reichend schnell und ausreichend verlässlich zu bestimmen, da die Bildauswerte- systeme oft große Datenmengen verarbeiten müssen und hierfür bei begrenzter Rechnerleistung eine gewisse Zeit benötigen. Hinzu kommt, dass bei großen Senk tiefen der Lasthaken vom Kranausleger nur noch sehr klein zu sehen ist, weshalb in der Schrift EP 29 31 649 B1 bereits vorgeschlagen ist, die beobachtende Kamera mit einem automatischen Zoom zu versehen. Allerdings können hierdurch die sichtbeeinträchtigenden Umwelteinflüsse wie Nebel oder Rauch nicht angegangen werden.

Die Schrift DE 10 2006 001279 A schlägt vor, an der Laufkatze eines Turmdreh krans eine Sende- und Empfangseinrichtung anzubringen, die mit Funkmodulen am Lasthaken und am Ausleger Signale austauscht, wobei anhand der Laufzeit der Signale der Abstand der Laufkatze vom Turm und damit die Ausladung sowie die Absenktiefe des Lasthakens bestimmt werden. Um auch einen seitlichen Versatz des Lasthakens gegenüber der Laufkatze zu bestimmen, wird mit einem Neigungs sensor der Auslenkwinkel des Hubseils gemessen, woraus in Verbindung mit der Absenktiefe die Ausladung der Last korrigiert bzw. der Versatz des Lasthakens ge genüber der Laufkatze bestimmt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kran sowie ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zu dessen Steuerung zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letz teren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll eine verlässliche, präzi se Bestimmung der Lasthakenposition möglichst in Echtzeit erreicht werden, die von schlechten Umgebungsbedingungen wie Nebel und Rauch möglichst unbeein trächtigt bleibt.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch einen Kran gemäß Anspruch 1 , eine Vorrichtung zu dessen Steuerung nach Anspruch 17 und eine Vorrichtung ge mäß Anspruch 20 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen stand der abhängigen Ansprüche.

Es wird also vorgeschlagen, an bestimmten Stellen des Krans elektromagnetische Funkmodule anzubringen, die miteinander kommunizieren und anhand der ausge- tauschten Funksignale die Position der Funkmodule relativ zueinander und hieraus die Lasthakenposition zu bestimmen. Erfindungsgemäß besitzt die Lasthaken- Positionsbestimmungseinrichtung zumindest drei miteinander Funksignale austau schende elektromagnetische Funkmodule, von denen zumindest ein Funkmodul am Lasthaken angebracht und zumindest zwei weitere Funkmodule voneinander beab- standet an der Kranstruktur angebracht sind, sowie ferner eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Funksignale und Bestimmen der Position des Lasthakens aus den Funksignalen. Dabei tauscht das Funkmodul am Lasthaken Signale mit jedem der zumindest zwei weiteren Funkmodule aus, wobei die Auswerteeinrichtung die Position des Lasthakens aus den Funksignalen zwischen dem Funkmodul am Lasthaken und den zumindest zwei weiteren Funkmodulen bestimmen kann. Sol che elektromagnetischen Funksignale werden von Rauch und Nebel nicht beein flusst und können zudem so schnell ausgewertet werden, dass eine Positionsbe stimmung in Echtzeit möglich wird.

Die Funkmodule können dabei grundsätzlich an verschiedenen Stellen der Kran struktur angebracht werden, wobei eine sichtverbundene Anordnung die Auswer tung der Funksignale bzw. die Bestimmung der Positionen der Funkmodule relativ zueinander vereinfacht. Besitzt der Kran eine entlang des Kranauslegers verfahrbar gelagerte Laufkatze, von dem das Hubseil abläuft, kann in vorteilhafter Weiterbil dung der Erfindung zumindest ein Funkmodul an der genannten Laufkatze ange bracht sein, um aus den ausgetauschten Funksignalen zwischen dem Funkmodul am Lasthaken und dem Funkmodul an der Laufkatze die Position des Lasthakens relativ zur Laufkatze zu bestimmen.

Vorteilhafterweise können dabei an der genannten Laufkatze mehrere Funkmodule verteilt bzw. voneinander beabstandet angeordnet werden, was die Positionsbe stimmung des Lasthakens aus den ausgetauschten Funksignalen beträchtlich er leichtert. Insbesondere können zumindest drei Funkmodule an der Laufkatze von einander beabstandet angeordnet sein, wobei die zumindest drei Funkmodule vor teilhafterweise nicht entlang einer Geraden angeordnet sind, sondern an den Ecken eines Dreiecks. Insbesondere können die Funkmodule an der Laufkatze sowohl in Längsrichtung des Auslegers als auch quer hierzu versetzt zueinander angeordnet sein, wobei die Funkmodule in einer gemeinsamen liegenden, insbesondere etwa horizontalen Ebene, oder auch in mehreren, verschieden positionierten Ebenen angeordnet sein können. Durch die Verteilung in Auslegerlängsrichtung und quer hierzu lässt sich aus den Funksignalen zwischen Lasthaken und den Funkmodulen an der Laufkatze relativ einfach die Lasthakenposition bestimmen, wenn der Last haken sich aus der Position exakt vertikal unter der Laufkatze herausbewegt, bei spielsweise durch Pendelbewegungen quer zur Längsrichtung des Auslegers oder auch parallel hierzu. Solche Querauslenkungen können beim Abbremsen einer Drehbewegung des Krans oder einer Verfahrbewegung der Laufkatze, aber auch bei äußeren Einflüssen wie Wind entstehen.

Gegebenenfalls können auch mehr als drei Funkmodule an der Laufkatze angeord net sein, beispielsweise an den Ecken eines Rechtecks, das sich in einer horizonta len Ebene erstrecken kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest ein Funkmodul auch fest am Ausleger montiert sein, beispielsweise an einem Endabschnitt oder auch exakt in der Mitte des Kranauslegers. Vorteilhafterweise können auch mehrere Funkmodule fest am Kranausleger angebracht sein, insbesondere jeweils ein Funkmodul an den gegenüberliegenden Endabschnitten des Auslegers, wobei die genannten Endabschnitte einerseits die auskragende Auslegerspitze und anderer seits das Anlenkstück des Auslegers sein kann, mit dem der Ausleger am Turm eines Turmdrehkrans oder am Oberwagen eines Teleskopauslegerkrans wippbar angelenkt sein kann. Durch Funkmodule an den Endabschnitten des Kranauslegers und gegebenenfalls an einem Mittelabschnitt des Kranauslegers können anhand der Funksignale, die zwischen den Laufkatzen-Funkmodulen und den Ausleger- Funkmodulen ausgetauscht werden, die Position der Laufkatze und/oder aus den Funksignalen, die zwischen den Ausleger-Funkmodulen und dem Lasthaken- Funkmodul ausgetauscht werden, die Lasthakenposition bezüglich der Längsachse des Auslegers und damit auch ein Pendelversatz gegenüber der Laufkatze in einfa cher Weise bestimmt werden. In Weiterbildung der Erfindung können alternativ oder zusätzlich zu den genannten Funkmodulen auch noch ein oder mehrere weitere Funkmodule an anderer Stelle der Kranstruktur angebracht sein, beispielsweise am Turm eines Turmdrehkrans, oder auch vom Kran beabstandet an einer anderen Position auf der Baustelle oder an einem anderen Kran.

Durch Austauschen von Funksignalen zwischen dem Funkmodul am Lasthaken und jedem oder zumindest einigen der genannten weiteren Funkmodule an der Kranstruktur kann nicht nur der Abstand des Lasthakens vom Ausleger bzw. von der Laufkatze im Sinne der Absenktiefe bestimmt werden, sondern auch ein hori zontaler Querversatz des Lasthakens gegenüber dem Ablaufpunkt des Hubseils am Ausleger bzw der Laufkatze und/oder eine horizontale Auslenkung des Lasthakens gegenüber dem Ausleger und somit die Position des Lasthakens relativ zur KRan- struktur einschließlich der horizontalen Relativposition, und zwar insbesondere auch dann, wenn das Hubseil nebst Lasthaken pendelt oder durch Wind ausgelenkt wird oder sich der Ausleger und/oder der Turm unter Last verformen.

Vorteilhafterweise sind die Funkmodule derart verteilt angeordnet, dass sie zuei nander Sichtkontakt haben, zumindest dann, wenn keine Bauwerkskante oder ähn liche Objektkonturen zwischen Lasthaken und Kranstruktur liegen.

Um die Funkmodule mit elektrischer Energie versorgen zu können, kann den Funkmodulen ein elektrischer Energiespeicher beispielsweise in Form einer Batte rie oder eines ladbaren Akkus zugeordnet sein, wobei jedem Funkmodul einzeln sein eigener Energiespeicher oder auch einer Gruppe von Funkmodulen ein ge meinsamer Energiespeicher zugeordnet sein kann.

Alternativ oder zusätzlich zu solchen Batterien oder Akkus kann zumindest dem Funkmodul am Lasthaken auch ein Generator zugeordnet sein, der elektrische Energie bereitstellt und von der Drehbewegung einer Umlenkrolle, über die das Hubseil umgelenkt wird, angetrieben werden kann. Der vom Generator bereitge- stellte elektrische Strom kann direkt an das Funkmodul gegeben, vorteilhafterweise aber auch in einen Akku gespeichert werden. Durch einen solchen von einer Um lenkrolle antreibbaren Generator können Stromleitungen zum Haken vermieden und trotzdem eine dauerhafte Energieversorgung sichergestellt werden.

Gegebenenfalls können auch den Funkmodulen an der Laufkatze und/oder am Ausleger ein oder mehrere Generatoren zugeordnet sein, gegebenenfalls in Ver bindung mit einem ladbaren Akku, wobei ein Generator an der Laufkatze und/oder am Ausleger vorteilhafterweise ebenfalls von der Drehbewegung einer Umlenkrolle, über die das Hubseil und/oder das Katzseil umgelenkt wird, angetrieben werden kann.

Die Auswertung der zwischen den Funkmodulen ausgetauschten Funksignale kann grundsätzlich in verschiedener Weise erfolgen und gegebenenfalls auch verschie dene, mehrere Auswerteansätze umfassen, um die Position der Funkmodule relativ zueinander und damit die Lasthakenposition redundant zu bestimmen oder auch aus mehreren bestimmten Positionswerten einen Mittelwert zu bilden.

Insbesondere kann die Positionsbestimmungseinrichtung eine Laufzeitbestim mungseinrichtung umfassen, um die Laufzeit der Funksignale zwischen den Funk modulen zu bestimmen. Aus der Laufzeit der Funksignale kann der Abstand zwi schen den Funkmodulen bestimmt werden, insbesondere auch Änderungen des Abstands zwischen zwei Funkmodulen, da eine solche Änderung mit einer Lauf zeitänderung einhergeht.

Die Laufzeit der Signale kann dabei wiederum in verschiedener Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann die genannte Laufzeitbestimmungseinrichtung ein TDOA (Time Difference of Arrival)-Modul und/oder ein TOA (Time of Arrival)-Modul umfassen, mittels dessen der Unterschied in der Ankunftszeit bzw. die Ankunftszeit selbst bestimmt werden kann, zu welcher ein von einem Funkmodul abgesendetes Funksignal bei einem anderen Funkmodul empfangen wird. Insbesondere kann das TDOA-Modul den Laufzeitunterschied eines Zeitstempels messen, den die Funk- Signale beispielsweise vom Lasthaken-Funkmodul zu verschiedenen anderen Funkmodulen an der Kranstruktur, beispielsweise an der Laufkatze und/oder am Ausleger haben. Aus den Laufzeitunterschieden kann die Auswerteeinrichtung den Standort bzw. die Position des Lasthaken-Funkmoduls berechnen.

Im Gegensatz hierzu kann das TOA-Modul mit Absolutzeiten arbeiten, wobei aus dem Zeitversatz zwischen dem Absenden an einem Funkmodul und dem Empfan gen am anderen Funkmodul die Entfernung bestimmt werden kann. Beispielsweise kann ein Funkmodul einen Zeitstempel senden, während am anderen Funkmodul die Empfangszeit bestimmt und daraus dann die absolute Funklaufzeit berechnet werden kann.

Bisweilen wird ein Laufzeitsensor auch als TOF-Modul bezeichnet, welches die Laufzeit des Funksignals von einem Funkmodul zum anderen bestimmen kann.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Bestimmung der Laufzeit kann auch ein jeweili ger Winkel bestimmt werden, unter dem ein Funkmodul ein Funksignal von einem anderen Funkmodul empfängt. Eine entsprechende Winkelbestimmungseinrichtung zur Bestimmung des Funksignalwinkels kann beispielsweise ein Phasenverschie bungs-Modul aufweisen, welches die Phasenverschiebung der Nutzsignale bzw. der empfangenen Funksignale an den verschiedenen Funkmodulen bestimmen kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Dämpfungsbestimmungsmodul eine durch die Richtcharakteristik bedingte Dämpfung in der Antenne eines Funksignalemp fängers bestimmen und hieraus den Winkel des Funksignals bestimmen.

Die Auswerteausrichtung kann anhand der bestimmten Funksignalwinkel, die an den verschiedenen Funkmodulen bestimmt werden können, die Position der Funk- module relativ zueinander und damit die Lasthakenposition berechnen. Insbeson dere kann die Auswerteeinrichtung die Funksignalwinkel trigonometrisch auswer ten, um in Verbindung mit den bekannten Anbringungsorten der Funkmodule die Positionen, insbesondere die Lasthakenposition zu berechnen. In Weiterbildung der Erfindung können die Funkmodule als Mobilfunkmodule aus gebildet sein, gemäß einem per se bekannten Mobilfunkstandard wie beispielswei se 4G oder 5G arbeiten. Die Positionsbestimmung des Funkmoduls am Lasthaken oder auch der Funkmodule an der Krankonstruktion können über solche Mobil funksignale zusätzlich verbessert werden oder auch ausschließlich hierüber erfol gen.

Die genannte Auswerteeinrichtung, vorzugsweise einschließlich der genannten Laufzeitbestimmungseinrichtung und/oder Winkelbestimmungseinrichtung kann grundsätzlich an verschiedener Stelle des Krans vorgesehen sein, beispielsweise in die Kransteuerung implementiert sein, die auch andere Kransteuerungsaufgaben wie beispielsweise die Bewegungssteuerung oder die Lastbegrenzung ausführt, integriert sein. Alternativ hierzu kann die genannte Auswerteeinrichtung insbeson dere aber auch in eines der genannten Funkmodule integriert sein bzw. zusammen mit einem der Funkmodule eine gemeinsame Baugruppe bilden bzw. in einer ge meinsamen elektronischen Baugruppe zusammengefasst sein. Hierdurch werden weitere Datenübertragungswege und damit einhergehende Verzögerungen einge spart. Die Funksignale werden unmittelbar dort ausgewertet, wo sie empfangen werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Positionsbestimmungseinrich tung nicht nur auf die genannten Funksignale und deren Auswertung zurückgreifen, sondern auch noch weitere Sensorsignale verwenden. Insbesondere kann zumin dest am Lasthaken zumindest eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, mittels de rer Positions- und/oder Ausrichtungs- und/oder Beschleunigungsdaten bestimmt werden können, welche von der Positionsbestimmungseinrichtung bzw. deren Auswerteeinrichtung ausgewertet und für die Positionsbestimmung des Lasthakens herangezogen werden können.

Beispielsweise kann am Lasthaken eine Inertial-Messeinrichtung angebracht sein, die insbesondere Beschleunigungs- und Drehraten-Sensormittel umfassen kann, um Beschleunigungs- und Drehratensignale bereitzustellen. Eine solche Inertial- Messeinrichtung wird bisweilen auch als IMU bezeichnet und kann die am Lastha ken wirkenden Beschleunigungen und auftretenden Drehraten messen.

Die von der Sensoreinrichtung gemessenen Beschleunigungen und/oder Drehraten oder allgemein die gemessenen Positions- und/oder Ausrichtungs- und/oder Be schleunigungsdaten können vorteilhafterweise von dem Funkmodul am Lasthaken selbst an die anderen Funkmodule als Teil des übermittelten Funksignals übertra gen werden. Alternativ wäre jedoch auch ein separates Sendemodul möglich, um die Sensordaten an die Auswerteeinrichtung der Positionsbestimmungseinrichtung zu übertragen.

Die genannte Auswerteeinrichtung kann vorteilhafterweise dazu ausgebildet sein, zur Bestimmung der Lasthakenposition sowohl die Funksignale der elektromagneti schen Funkmodule in der zuvor beschriebenen Weise auszuwerten und heranzu ziehen, als auch die Positions- und/oder Ausrichtungs- und/oder Beschleunigungs daten der Sensoreinrichtung, insbesondere die hiervon gemessenen Beschleuni gungen und Drehraten für die Positionsbestimmung zu verwenden. Die gleichzeiti ge Verwendung der Funksignale bzw. der daraus abgeleiteten Größen wie Laufzeit oder Funksignale, einerseits und der genannten Sensorsignale wie Beschleunigun gen und Drehraten andererseits kann beispielsweise über eine geeignete Filterein richtung erfolgen. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung einen Kalman-Filter umfassen, um die verschiedenen Signalsätze miteinander zu fusionieren und abzu gleichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 : eine Seitenansicht eines Krans in Form eines Turmdrehkrans nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, an dessen Ausleger eine ver fahrbare Laufkatze vorgesehen ist, von der das mit einem Lasthaken verbundene Hubseil abläuft, Fig. 2: eine schematische Seitenansicht des Krans aus Figur 1 , die die Anord nung der Funkmodule am Lasthaken, an der Laufkatze und am Ausleger des Krans zeigt, und

Fig. 3: eine Draufsicht auf den Kran aus den vohergehenden Figuren, die eine

Querauslenkung des Lasthakens gegenüber der Laufkatze und die Ver teilung der Funkmodule an Lasthaken und Laufkatze zeigt.

Wie Figur 1 zeigt, kann der Kran beispielsweise als obendrehender Turmdrehkran 1 ausgebildet sein, dessen sich aufrecht erstreckender Turm 2 einen Ausleger 3 so wie gegebenenfalls einen Gegenausleger trägt. Der genannte Ausleger 3 kann rela tiv zum Turm 2 um die aufrechte Turmlängsachse 4 verdreht werden und eine zu mindest näherungsweise horizontale Lage einnehmen. Alternativ wäre bei Ausbil dung als Untendreher es jedoch auch möglich, dass sich der Turm 2 zusammen mit dem Ausleger 3 gegenüber der Kranbasis verdrehen lässt. Ferner wäre es auch möglich, dass der Ausleger 3 um eine liegende Querachse auf und nieder wippbar ist.

An dem genannten Ausleger 3 ist eine Laufkatze 5 verfahrbar aufgehängt, sodass die Laufkatze 5 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Auslegers 3 verfah ren werden kann, um die Ausladung des Lasthakens 7 variieren zu können. Der genannte Lasthaken 7 ist dabei an einem Hubseil 6 befestigt, das über die genann te Laufkatze 5 abläuft, um den Lasthaken 7 absenken und anheben zu können. In an sich bekannter Weise kann an dem Lasthaken 7 hierbei eine Lastflasche 13 mit einer oder mehrerer Umlenkrollen vorgesehen sein, über die das Hubseil 6 am Lasthaken 7 umgelenkt bzw. eingeschert wird.

Wie Figur 2 zeigt, umfasst eine Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung 8 mehrere elektromagnetische Funkmodule 9, die miteinander elektromagnetische Funksignale austauschen und beispielsweise als Mobilfunkmodule nach dem 5G- Standard ausgebildet sein können. Dabei ist zumindest ein Funkmodul 9 am Lasthaken 7 befestigt, beispielsweise zentriert an einer Oberseite der genannten Umlenkflasche. Zumindest drei weitere Funkmodule 9 sind vorteilhafterweise an der genannten Laufkatze 5 angeordnet, wobei die Funkmodule 9 an der Laufkatze 5 in Auslegerlängsrichtung und quer da zu voneinander versetzt positioniert sein können, insbesondere an den Ecken eines näherungsweise gleichseitigen Dreiecks, welches in einer horizontalen Ebene an geordnet ist. Mit anderen Worten können die Funkmodule 9 an der Laufkatze 5 in derselben Höhe angeordnet und längs und quer zur Auslegerlängsachse versetzt angeordnet sein.

Wie Figur 2 zeigt, können weitere Funkmodule 9 an Endabschnitten des Kranaus legers 3 befestigt sein.

Die genannten Funkmodule 9 tauschen alle miteinander wechselweise Funksignale aus, wie dies die Pfeile in den Figuren 2 und 3 verdeutlichen. Alternativ oder zu sätzlich ist auch eine Verkabelung zum Übertragen der Signale möglich.

Die genannte Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung 8 umfasst eine Auswer teeinrichtung 10, die in Form einer elektronischen Recheneinheit ausgebildet sein kann, beispielsweise mit einem Mikroprozessor und einem Programmspeicher, in dem ein Auswertealgorithmus bzw. eine Auswertesoftware gespeichert sein kann.

Die elektronische Auswerteeinrichtung 10 kann an einem der Funkmodule 9, bei spielsweise an dem am Ausleger 3 in Nähe des Turms 2 angebrachten Funkmodul 9 vorgesehen sein, gegebenenfalls aber auch als Teil der Kransteuerung vorgese hen sein.

Die genannte elektronische Auswerteeinrichtung 10 umfasst dabei vorteilhafter weise eine Laufzeitbestimmungseinrichtung 11 , die als Software-Baustein von dem Mikroprozessor abgearbeitet werden kann und die Laufzeit der Signale zwischen den Funkmodulen 9 bestimmen kann. Die genannte Laufzeitbestimmungseinrichtung 11 kann dabei en TDOA-Modul 12, ein TOA-Modul 13 und/oder ein TOF-Modul 14 umfassen, wie zuvor erläutert, um anhand der Unterschiede der Ankunftszeiten und/oder anhand der absoluten An kunftszeiten und/oder der Übertragungszeiten die Signallaufzeit zu bestimmen und hieraus die Abstände zwischen den Funkmodulen 9 zu berechnen. Die genannten TDOA-, TOA- oder TOF-Module 12, 13, 14 können ebenfalls in Form eines Soft ware-Bausteins vom Mikroprozessor der elektronischen Auswerteeinrichtung abge arbeitet werden. Die genannte Auswerteeinrichtung 10 berechnet aus den Signal laufzeiten die Abstände zwischen den Funkmodulen und hieraus wiederum die Po sition des am Lasthaken 7 angebrachten Funkmoduls 9 relativ zur Laufkatze 5 und/oder zum Ausleger 3.

Ferner kann die genannte Auswerteeinrichtung 10 auch eine Winkelbestimmungs einrichtung 15 umfassen, mittels derer die Winkel zwischen den Funkmodulen 9 berechnet werden können, insbesondere über die Phasenverschiebungen der Funksignale an den verschiedenen Funkmodulen 9 und/oder über durch die Richtcharakteristik bedingte Dämpfungen in den Antennen der Funkmodule 9. Die genannte Winkelbestimmungseinrichtung 15 kann entsprechend ausgebildete Pha- senverschiebungs- und/oder Dämpfungsmodule 16 und 17 umfassen, die die Pha senverschiebungen und die Dämpfungen bestimmen können. Die genannten Pha- senverschiebungs- und Dämpfungsmodule 16 und 17 können ebenfalls in Form von Software-Bausteinen ausgebildet sein, die vom Prozessor der elektronischen Auswerteeinrichtung 10 ausgeführt werden können.

Anhand der gemessenen bzw. bestimmten Phasenverschiebungen und/oder Dämpfungen kann die Winkelbestimmungseinrichtung 15 die Winkel der Funksig nale und damit die Winkel zwischen den Funkmodulen 9 berechnen. Aus den sol chermaßen bestimmten Funksignalwinkeln kann mit trigonometrischen Berechnun gen von der Auswerteeinrichtung 10 die Position des Funkmoduls 9 am Lasthaken und damit die Lasthakenposition berechnet werden. Ferner ist am Lasthaken 9 eine Sensoreinrichtung 18 zum Messen von Positions und/oder Ausrichtungs- und/oder Beschleunigungswerten des Lasthakens 7 vorge sehen, wobei eine solche Sensoreinrichtung 18 insbesondere die am Lasthaken auftretenden Beschleunigungen und Drehraten messen kann. Hierzu kann die Sen soreinrichtung 18 insbesondere eine Inertial-Messeinrichtung umfassen, die am Lasthaken 7 angebracht wird und ihre Messsignale vorzugsweise drahtlos zur Auswerteeinrichtung 10 der Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung 8 übermit teln kann.

Anhand der von der Sensoreinrichtung 18 bereitgestellten Beschleunigungen und Drehraten kann die Lasthakenposition von der elektronischen Auswerteeinrichtung 10 berechnet werden, beispielsweise anhand des per se bekannten Verfahrens gemäß DE 10 2007 039 408 A1. Zur Verbesserung der Detektionsgenauigkeit kön nen vorteilhafterweise die Ergebnisse aus dieser Berechnung anhand der Be schleunigungen und Drehraten mit der Positionsbestimmung aus den Funksigna len, beispielsweise der Laufzeitmessung, in der elektronischen Auswerteeinrichtung 10 oder in einem der Funkmodule 9 miteinander fusioniert werden, was beispiels weise mithilfe eines Kalman-Filters realisiert werden kann.

Claims

Kran sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Steuerung Patentansprüche

1. Kran, insbesondere Turmdrehkran (1 ), mit einem Kranausleger (3), von dem ein mit einem Lasthaken (7) verbundenes Hubseil (6) abläuft, sowie einer Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung (8) zum Bestimmen der Last hakenposition, wobei die Lasthaken-Positionsbestimmungseinrichtung (8) zumindest drei miteinander Funksignale austauschende elektromagnetische Funkmodule (9) aufweist, von denen zumindest ein Funkmodul (9) am Last haken (7) angebracht und zumindest zwei weitere Funkmodule (9) vonei nander beabstandet an der Kranstruktur und/oder im Kranumfeld angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkmodul (9) am Lasthaken (7) Signale mit jedem der zumindest zwei weiteren Funkmodule (9) austauscht und eine elektronische Auswerteeinrichtung (10) zum Bestimmen der Positi on des Lasthakens (7) aus den Funksignalen zwischen dem Funkmodul (9) am Lasthaken (7) und den zumindest zwei weiteren Funkmodulen (9) be sitzt.

2. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Laufkatze (5) entlang des Kranauslegers (3) verfahrbar gelagert ist und das Hubseil (6) von der genannten Laufkatze (5) abläuft, wobei zumindest ein Funkmodul (9) an der genannten Laufkatze (5) angebracht ist.

3. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest drei Funkmo- dule (9) an der Laufkatze (5) angebracht und in einer vertikalen Draufsicht auf die Laufkatze (5) an den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind, wobei jedes der genannten zumindest drei Funkmodule (9) an der Laufkatze (7) Signale zumindest mit dem Funkmodul (9) am Lasthaken (7) austauscht und die elektronische Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, die Position des Lasthakens (7) relativ zur Laufkatze (5) einschließlich eines horizontalen Versatzes des Lasthakens (7) gegenüber der Laufkatze (5) aus den Signa len zwischen dem Funkmodul (9) am Lasthaken (7) und den zumindest drei Funkmodulen (9) an der Laufkatze (5) zu bestimmen.

4. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Kranausle ger (3) zumindest ein Funkmodul angebracht ist und zumindest ein Funkmo dul (9) an der/einer am Kranausleger (3) verfahrbaren Laufkatze (5) ange bracht ist, wobei das Funkmodul (9) am Lasthaken (7) Signale sowohl mit dem Funkmodul am Kranausleger (3) als auch mit dem Funkmodul (9) an der Laufkatze (5) austauscht und die elektronische Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, die Position des Lasthakens (7) relativ zum Kranausle ger einschließlich eines ggf. durch Pendeln gegebenen horizontalen Versat zes des Lasthakens (7) gegenüber der Laufkatze (5) aus den Signalen zwi schen dem Funkmodul (9) am Lasthaken (7) und den Funkmodulen (9) am Kranausleger (3) und an der Laufkatze (5) zu bestimmen.

5. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Funkmo dule (9) voneinander beabstandet am Kranausleger (3) angebracht, insbe sondere zumindest an jedem Endabschnitt des Kranauslegers (3) jeweils ein Funkmodul (9) angebracht ist, wobei das Funkmodul (9) am Lasthaken (7) Signale mit jedem der zumindest zwei Funkmodule (9) am Kranausleger (3) austauscht und die elektronische Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, die Position des Lasthakens (7) relativ zum Kranausleger (3) aus den Signalen zwischen dem Funkmodul (9) am Lasthaken (7) und den Funkmo dulen (9) am Kranausleger (3) zu bestimmen.

6. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkmodule (9) von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie oder Akku, elektrisch energieversorgt sind.

7. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest am Lasthaken (7) ein von einer Seilumlenkrolle rotatorisch antreibbarer Genera tor zum elektrischen Energieversorgen des Funkmoduls (9) am Lasthaken (7) vorgesehen ist.

8. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteein richtung (10) eine Laufzeitbestimmungseinrichtung (11 ) zum Bestimmen der Signallaufzeiten zwischen den Funkmodulen (9) und Bestimmen der Ab stände der Funkmodule voneinander aus den Signallaufzeiten aufweist.

9. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Laufzeitbestimmungs einrichtung (11 ) ein TDOA-Modul (12) zum Bestimmen der zeitunterschiede in den Ankunftszeiten eines Funksignals von einem Funkmodul (9) an ande ren Funkmodulen (9) und zum Bestimmen der Signallaufzeiten zwischen den Funkmodulen (9) aufweist.

10. Kran nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lauf zeitbestimmungseinrichtung (11 ) ein TOA- oder TOF-Modul (13, 14) zum Bestimmen der absoluten Ankunftszeiten eines Funksignals eines Funkmo duls (9) an anderen Funkmodulen (9) aufweist und aus den absoluten An kunftszeiten oder Übertragungszeiten die Abstände zwischen den Funkmo dulen (9) bestimmt.

11. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteein richtung (10) eine Winkelbestimmungseinrichtung (15) zum Bestimmen der Winkel zwischen den Funkmodulen (9) aufweist und aus den bestimmten Winkeln trigonometrisch die Position der Funkmodule relativ zueinander be stimmt.

12. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Winkelbestimmungs einrichtung (15) ein Phasenverschiebungsmodul (16) zum Bestimmen von Phasenverschiebungen der Funksignale an den verschiedenen Funkmodu len (9) aufweist und aus den bestimmten Phasenverschiebungen die Winkel zwischen den Funkmodulen (9) bestimmt.

13. Kran nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Winkel bestimmungseinrichtung (15) ein Dämpfungsmodul (17) zum Bestimmen der durch die Richtcharakteristik bedingten Dämpfungen der Antennen der Funkmodule (9) aufweist und aus den bestimmten Dämpfungen die Winkel zwischen den Funkmodulen bestimmt.

14. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Lasthaken (7) eine Sensoreinrichtung (18) zum Bestimmen von Positions- und/oder Aus- richtungs- und/oder Beschleunigungsdaten vorgesehen ist und die elektroni sche Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, aus den von der Sen soreinrichtung (18) erfassten Positions- und/oder Ausrichtungs- und/oder Beschleunigungsdaten die Lasthakenposition des Lasthakens (7) zu berech nen.

15. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sensoreinrichtung (18) eine Inertial-Messeinrichtung IMU mit Beschleunigungs- und/oder Drehra tensensormitteln zum Bereitstellen von Beschleunigungs- und/oder Drehra tensignalen aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung (10) Bestimmungsmittel zum Bestimmen und/oder Schätzen einer Verkippung des Lasthakens (7) aus dem Beschleunigungs- und/oder Drehratensignalen der Inertial- Messeinrichtung IMU und zweite Bestimmungsmittel zum Bestimmen der Auslenkung des Hubseils (6) und/oder des Lasthakens (7) gegenüber der Vertikalen aus der ermittelten Verkippung des Lasthakens (7) und einer Iner- tial-Beschleunigung des Lasthakens (7) aufweist.

16. Kran nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswer teeinrichtung (11 ) einen Kalman-Filter zum Zusammenführen der aus den Funksignalen der Funkmodule (9) bestimmten Lasthakenposition und der aus den Sensorsignalen der Sensoreinrichtung (18) bestimmten Lasthaken position aufweist.

17. Verfahren zum Steuern eines Krans mit einem Kranausleger (3), von dem ein mit einem Lasthaken (7) verbundenes Hubseil (6) abläuft, mit einer Last- haken-Positionsbestimmungseinrichtung (8) zum Bestimmen der Lasthaken position des Lasthakens (7), dadurch gekennzeichnet, dass von zumindest einem am Lasthaken (7) angebrachten Funkmodul (9) Funksignale mit meh reren an der Kranstruktur angebrachten Funkmodulen (9) ausgetauscht wer den und von einer Auswerteeinrichtung (10) aus den Funksignalen, die zwi schen dem Funkmodul (9) am Lasthaken (7) und jedem der zumindest zwei weiteren Funkmodulen (9) an der Kranstruktur ausgetauscht werden, die Position des Lasthakens (7) bestimmt wird.

18. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei von der Auswerteein richtung Signallaufzeiten der ausgetauschten Funksignale und/oder Winkel der Funksignale an den Funkmodulen bestimmt und die Lasthakenposition aus den Signallaufzeiten und/oder Funksignalwinkeln berechnet wird.

19. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei an hand der bestimmten Lasthakenposition Antriebseinrichtungen des Krans, insbesondere ein Drehwerk und/oder ein Hubwerk und/oder ein Katzfahr- werk, angesteuert werden.

20. Vorrichtung zum Steuern eines Krans mit einem Kranausleger (3), von dem ein mit einem Lasthaken (7) verbundenes Hubseil (6) abläuft, mit einer Last- haken-Positionsbestimmungseinrichtung (8) zum Bestimmen der Lasthaken position des Lasthakens (7), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein am Lasthaken (7) angebrachtes Funkmodul (9) Funksignale mit mehreren an der Kranstruktur angebrachten Funkmodulen (9) austauscht und eine Aus werteeinrichtung (10) vorgesehen und dazu ausgebildet ist, aus den Funk signalen, die zwischen dem Funkmodul (9) am Lasthaken (7) und jedem der zumindest zwei weiteren Funkmodulen (9) an der Kranstruktur ausgetauscht werden, die Position des Lasthakens (7) zu bestimmen.