DE102017202009A1

DE102017202009A1 - Kran

Info

Publication number: DE102017202009A1
Application number: DE102017202009.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hofmann; Martin Lottes; Rainer Reif
Original assignee: Tadano Faun GmbH
Current assignee: Tadano Faun GmbH
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Kran (1), insbesondere Mobilkran, mit einem Unterwagen (2), mit einem relativ zum Unterwagen (2) drehbaren Oberwagen (7), an dem ein im Wippwinkel (W) und/oder in der Länge verstellbarer Ausleger (10) montiert ist, mit einer Neigungssensorik zur Erfassung einer absoluten Neigung (N) des Unterwagens (2), des Oberwagens (7) und/oder des Auslegers (10), wobei weiter eine signaltechnisch mit der Neigungssensorik verbundene Steuereinrichtung umfasst ist, die eingerichtet ist, nach Aufnahme einer Last aus einem von der Neigungssensorik übermittelten Neigungsparameter auf eine Änderung der absoluten Neigung (N) des Auslegers (10) gegenüber einem Sollwert zu schließen und den Wippwinkel (W) und/oder die Länge des Auslegers (10) automatisch in Abhängigkeit von der erfassten Änderung zu verstellen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kran, insbesondere einen Mobilkran.
Krane dienen herkömmlicherweise zum Anheben und Versetzen von Lasten, d. h. zur Bewegung der angehobenen Last insbesondere zu einer seitlich zu einer Lastaufnahmeposition versetzten Lastabladeposition. Bekannt sind hierzu bspw. Krane, die ortsfest bspw. an einer Baustelle aufgebaut werden. Diese Krane weisen üblicherweise einen senkrecht aufgestellten Kranmast mit einem quer (meist auch waagerecht) dazu angeordneten Ausleger auf, an dem häufig ein als „Laufkatze“ bezeichneter Träger von Seilumlenkrollen verfahrbar angeordnet ist. Von dieser Laufkatze hängt ein Flaschenzug mit Haken herab, an dem die Last angehängt werden kann. Ebenso sind aber auch Mobilkrane bekannt. Unter einem solchen „Mobilkran“ wird hier und im Folgenden ein Fahrzeug verstanden, das einen vorzugsweise teleskopisch längenverstellbaren (Grund-)Ausleger – optional auch eine an dem Grundausleger endseitig reversibel befestigbare Auslegerverlängerung (bspw. eine Gittermastspitze) – zum Bewegen der Lasten aufweist, wobei der Flaschenzug stets an der Spitze des gesamten Auslegers (d. h. gegebenenfalls an der Spitze der montierten Auslegerverlängerung) angeordnet ist. Alternativ wird für einen solchen Mobilkran auch der Begriff „Fahrzeugkran“ verwendet. Ein solcher Mobilkran umfasst dabei herkömmlicherweise einen Fahrzeugunterbau, der meist als „Unterwagen“ bezeichnet wird, sowie einen um eine Hochachse zu dem Unterwagen drehbaren Fahrzeugaufbau („Kranaufbau“ oder „Oberwagen“), an dem der Ausleger in Hochrichtung schwenkbar, d. h. in seiner Neigung gegen die Horizontale verstellbar) angeordnet ist. Der Unterwagen ist dabei üblicherweise durch einen (Fahrzeug-)Rahmen gebildet, an dem mehrere Radachsen sowie ein Cockpit („Führerhaus“), ein (Fahr-)Motor und ein zugeordnetes (Fahrt-)Getriebe angeordnet sind. Meist sind an dem Unterwagen auch Abstützer angeordnet, die vor dem Aufnehmen einer Last quer zur (Fahrzeug-)Längsrichtung (auch: Längsachse; entspricht der Hauptfahrtrichtung bei Geradeausfahrt) ausgestellt und auf den Boden aufgesetzt werden. Diese Abstützer dienen zur Stabilisierung des Mobilkrans gegen seitliches (d. h. quer zur Längsrichtung) Kippen.
Um die aufgenommene Last an der gewünschten Lastabladeposition abzusetzen, wird der Ausleger des Krans in den meisten Fällen um eine Hochachse gedreht und/oder – insbesondere bei Mobilkranen – der Ausleger in seiner Neigung verstellt. Während bei einem Mobilkran der Kranaufbau und Rahmen inkl. seitlicher Abstützer bei einer Auslegerposition in Längsrichtung, also parallel zur Fahrrichtung oder Längsrichtung des Unterwagens, vergleichsweise starr ist, führen elastische Verformungen des Rahmens und/oder der Abstützer und/oder gegebenenfalls des Kranaufbaus bei einem Verschwenken (Drehen) des Auslegers mit Last quer zur Längsrichtung, also seitlich überstehend, zu einer Verringerung der tatsächlichen Neigung des Auslegers. Der Ausleger ist in diesem Fall somit flacher zur Horizontalen angestellt. Hierdurch vergrößert sich der tatsächliche Auslegerradius (die Projektion der eingestellten Auslegerlänge auf die Horizontalebene) unerwünscht. Das heißt, dass bei einer reinen Drehung des Oberwagens mit gleichbleibender Last das Freiende (oder: die Spitze) des Auslegers und somit auch die aufgenommene Last eine ellipsenförmige oder ovale Bahn beschreiben. Die Abweichung gegenüber einer Kreisbahn kann dabei abhängig von der Länge – bei einem teleskopierbaren Ausleger insbesondere auch von einer Längenkonfiguration – des Auslegers sogar mehr als 500 mm betragen. Mit einer derartigen Radiusvergrößerung ist nachteiligerweise oft auch eine Verringerung der maximal zulässigen Traglast (d. h. der für eine aufzunehmende Last maximal zugelassenen Gewichtskraft) verbunden, was ggf. ebenfalls zu berücksichtigen ist. Möglicherweise wird dem Kranführer bei einem seitlichen Verschwenken der Last aufgrund der Radiusvergrößerung somit eine verringerte (erlaubte) Traglast angegeben oder der Kran gerät sogar unerwünscht in eine Abschaltung. Ein weiteres Problem einer lastbedingten (und somit verformungsbedingten) Radiusvergrößerung ist, dass sich das Zielgebiet für eine Lastabladung unerwünscht und ohne eine Aktion des Kranführers verändert. Der Kranführer muss in diesem Fall nachkorrigieren, um die gewünschte Lastabladeposition zu „treffen“.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kran anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kran mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Kran handelt es sich vorzugsweise um einen Mobilkran. Der Kran umfasst einen Unterwagen und einen relativ zu diesem (um eine als „Drehachse“ bezeichnete Achse) drehbaren Oberwagen. An diesem Oberwagen ist ein Ausleger derart montiert, dass der Ausleger (vorzugsweise in Hochrichtung) in einem Wippwinkel (auch als Neigungswinkel bezeichnet) und/oder in der Länge verstellbar ist. Der Kran umfasst außerdem eine Neigungssensorik zur Erfassung einer absoluten, d. h. vorzugsweise auf die Lotrechte (auch: „Vertikale“) oder die Horizontale bezogenen Neigung des Unterwagens, des Oberwagens, und/oder des Auslegers. Des Weiteren umfasst der Kran einen signaltechnisch mit der Neigungssensorik verbundenen Controller (auch als „Steuereinrichtung“ oder „Steuereinheit“ bezeichnet). Dieser Controller ist dazu eingerichtet und ausgebildet, nach Aufnahme einer Last (d. h. insbesondere wenn die Last keinen Bodenkontakt mehr hat und somit nur an einem Lastseil des Krans hängt) aus einem von der Neigungssensorik übermittelten Neigungsparameter auf eine Änderung der absoluten Neigung des Auslegers gegenüber einem Sollwert (vorzugsweise einem Neigungssollwert) zu schließen und den Wippwinkel und/oder die Länge des Auslegers automatisch in Abhängigkeit von der erfassten Änderung zu verstellen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur vorstehend beschriebenen Verstellung des Auslegers in Abhängigkeit von der erfassten Neigungsänderung in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist. Die vorstehend beschriebene Verstellung des Auslegers wird somit – gegebenenfalls in Interaktion mit Kranpersonal (bspw. einem Kranführer) – bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, z.B. einen ASIC, gebildet sein, in dem die Funktionalität zur vorstehend beschriebenen Verstellung des Auslegers mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
Durch die vorstehend beschriebene Verstellung des Auslegers in Abhängigkeit von der erfassten (absoluten) Neigungsänderung wird vorteilhafterweise ermöglicht, dass die aufgenommene Last sich – bei reiner Drehung des Oberwagens ohne zusätzliches, aktives Neigen (auch: „Wippen“) des Auslegers – zumindest innerhalb vernachlässigbarer Toleranzen entlang einer Kreisbahn, d. h. mit zumindest näherungsweise konstantem (Ausleger-)Radius bewegt. Für den Fall, dass die aufgenommene Last entlang einer als Transportbahn bezeichneten Kurve – d. h. insbesondere einer Überlagerung einer Drehung des Oberwagens und einem Neigen des Auslegers – zu einer vorgegebenen Lastabladeposition (auch: „Zielort“) bewegt wird, kann der Ausleger nun außerdem vorteilhafterweise so ausgerichtet werden, dass unabhängig von der Drehposition des Oberwagens die Last besonders präzise an der gewünschten Lastabladeposition, die insbesondere durch einen vorgegebenen Ziel-Auslegerradius und einer vorgegebenen Ziel-Drehposition definiert ist, abgelegt werden kann.
Außerdem kann mittels der Erfindung vermieden werden, dass aufgrund der auftretenden elastischen Verformungen des Krans – die meist bei einem um etwa 90° gegenüber einer Längsrichtung des Unterwagen des Krans ausgedrehten Ausleger maximal sind – sich die Neigung zumindest des Auslegers derart ändert, dass der aufgrund dieser verformungsbedingten Neigung vergrößerte (auftretende und angezeigte) Auslegerradius für die Gewichtskraft der aufgenommenen Last an eine (aufgrund von Festigkeiten und/oder der Kippstabilität des gesamten Krans vorgegebene) Grenze gelangt und sich der Kran damit gegebenenfalls in eine Abschaltung bewegt. Dadurch kann beispielsweise auch vermieden werden, dass in Traglasttabellen des Krans reduzierte Traglasten für einen 360° Arbeitsbereich vorgegeben werden müssen, d. h. insbesondere bei beabsichtigter Drehung über etwa 90° zur Längsrichtung nur Lasten mit (gegenüber Arbeiten im Bereich der Längsrichtung) geringerer Gewichtskraft bewegt werden dürfen.
Die Erfindung sieht hierfür also vor, ausgehend von einem insbesondere bei konstanter Last (denn diese ändert sich nach deren Aufnahme erkanntermaßen nicht) ermittelten Neigungsparameter zumindest mittelbar einen Abgleich des eingestellten Wippwinkels zum tatsächlichen, absoluten Neigungswinkel des Gesamtsystems des Krans vorzunehmen und die Stellung des Auslegers entsprechend nachzukorrigieren. Insbesondere werden dazu der Wippwinkel und/oder die Länge des Auslegers verändert. Durch diese Maßnahme wird der Auslegerradius vorteilhafterweise gerade auch bei einer Drehung des Auslegers im Wesentlichen entlang einer Kreisbahn geführt. Dabei werden lastbedingte elastische Verformungen im Rahmen des Krans, im Unterwagen, im Oberwagen, in den Abstützern usw. insbesondere automatisch berücksichtigt. Der Kranführer braucht also nicht nachzukorrigieren, was insbesondere im Falle der Übernahme eines ihm noch unbekannten Krans von großem Vorteil ist.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Controller dazu eingerichtet (und ausgebildet), aus der erfassten Änderung der absoluten Neigung des Auslegers insbesondere auf einen gegenüber einem Sollwert veränderten Istwert des Auslegerradius („Radiusistwert“) zu schließen, vorzugsweise eine Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert des Auslegerradius zu ermitteln. Der Controller ist vorteilhafterweise außerdem dazu eingerichtet, den Wippwinkel und/oder die Länge des Auslegers automatisch zum Erreichen des Sollwerts des Auslegerradius („Radiussollwert“) zu verstellen. Unter dem Radiussollwert wird hier und im Folgenden insbesondere ein drehpositionsabhängig vorgegebener Sollwert verstanden. Dieser Sollwert kann dabei für jede Drehposition einer 360°-Drehung des Oberwagens gleich vorgegeben sein. Gleichermaßen kann der Sollwert aber auch für eine Vielzahl von Drehpositionen variieren. Letzteres ist bspw. der Fall, wenn die aufgenommene Last entlang der vorstehend beschriebenen Transportbahn unter Drehen des Oberwagens und Wippen des Auslegers auf eine insbesondere einprogrammierte Lastabladeposition versetzt werden soll.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist die Neigungssensorik insbesondere am Unterwagen, am Oberwagen und/oder am Ausleger angeordnet ist. Das heißt, dass die Neigungssensorik in einer Variante alternativ an einer der drei genannten Baugruppen angeordnet ist. In einer alternativen Variant ist die Neigungssensorik, insbesondere wenigstens jeweils ein der Neigungssensorik zugeordneter (vorzugsweise absolut messender) Neigungssensor, an wenigstens zwei der drei genannten Baugruppen, bspw. am Unterwagen und am Ausleger, oder am Oberwagen und am Ausleger, oder an allen drei Baugruppen angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die Neigungssensorik zumindest am Ausleger angeordnet, da in diesem Fall auf einfache Weise sowohl eine lastbedingte Biegung des Auslegers zusätzlich zu elastischen Verformungen des Unterwagens und/oder des Oberwagens berücksichtigt ist.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst der Kran eine Lastsensorik, die signaltechnisch mit dem Controller verbunden ist. Die Lastsensorik dient dabei insbesondere zum Erfassen der Gewichtskraft der aufgenommenen Last (allgemein auch Traglast bezeichnet). Der Controller ist hierbei vorzugsweise dazu eingerichtet, aus einem von der Lastsensorik übermittelten Lastparameter auf den Abschluss der Aufnahme der Last (d. h. eines Anhebevorgangs) zu schließen, d. h. zu ermitteln, dass die Last vom Boden abgehoben ist und nur noch am Lastseil hängt. Hierfür ist der Controller bspw. dazu eingerichtet, den Abschluss der Lastaufnahme daran zu erkennen, dass der Lastparameter insbesondere bei gleichbleibender Drehposition und bei gleichbleibendem Wippwinkel konstant bleibt. Der Controller ist außerdem vorzugsweise auch dazu eingerichtet, erst nach abgeschlossener Lastaufnahme die automatische Korrektur des Auslegerradius vorzunehmen. Der Controller schaltet also insbesondere erst nach Abschluss der Lastaufnahme die vorstehend beschriebene Überwachung des Auslegerradius, d. h. die automatische Verstellung des Wippwinkels und/oder der Länge des Auslegers in Abhängigkeit von der absoluten Neigungsänderung ein. Der Controller ist dabei zweckmäßigerweise dazu eingerichtet, bei der Ermittlung des tatsächlichen Auslegerradius auch den Lastparameter heranzuziehen, insbesondere da sich die Gewichtskraft auch in der Biegung des Auslegers niederschlägt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst die Lastsensorik insbesondere einen Druckaufnehmer, der an einem hydraulischen Wippzylinder des Auslegers angeordnet ist. Der Wippzylinder ist dabei vorzugsweise durch einen Hydraulikzylinder gebildet und dient im Betrieb des Krans zur Einstellung des Wippwinkels, d. h. zum Aufrichten und Absenken, also der Neigungsverstellung des Auslegers. Der Druckaufnehmer gibt im Betrieb den Lastparameter aus, mittels dessen die Gewichtkraft der mittels des Auslegers angehobenen Last ermittelt wird.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst der Kran einen Drehwinkelgeber, der mit dem Controller signaltechnisch verbunden ist und der zur Erfassung einer Drehung des Oberwagens relativ gegenüber dem Unterwagen dient. Der Controller ist dabei insbesondere dazu eingerichtet ist, aus einem von dem Drehwinkelgeber übermittelten Winkelparameter auf einen Drehwinkel des Oberwagens zu schließen und erst bei einer Änderung des Drehwinkels die vorstehend beschriebene Überwachung des Auslegerradius durchzuführen oder einzuschalten, zusätzlich oder alternativ zu der vorstehend beschriebenen vom Abschluss der Lastaufnahme abhängigen Aktivierung.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Neigungssensorik einen gravimetrischen Neigungssensor. Dieser ist insbesondere dazu eingerichtet, den Neigungsparameter absolut, d. h. bezogen auf die Schwerkraftrichtung (die der Vertikalen entspricht) und somit unabhängig von der tatsächlichen Ausrichtung des Krans im Gelände zu ermitteln.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist der Ausleger aus- und einteleskopierbar ausgebildet. D. h. der Ausleger umfasst wenigstens zwei, vorzugsweise mehr als zwei (bspw. vier bis acht), ineinander verschiebbare („teleskopierbare“) Auslegersegmente, die zur Einstellung der Länge des Auslegers mittels eines im Inneren aller Auslegersegmente angeordneten Teleskopierzylinders oder eines vergleichbaren Antriebs gegeneinander verschoben werden können. Optional umfasst der Ausleger auch eine Auslegerverlängerung (auch: „Mastspitze“), die reversibel insbesondere an einem Freiende des innersten, teleskopierbaren Auslegersegments montiert werden kann. Vorzugsweise ist der Ausleger dazu eingerichtet, je nach Gewichtskraft der anzuhebenden Last in unterschiedlichen „Längskonfigurationen“ zum Einsatz zu kommen. Das heißt, dass nicht in jedem Einsatzfall alle Auslegersegmente vollständig ausgefahren sein brauchen. Beispielsweise werden für besonders leichtgewichtige Lasten und für eine vergleichsweise geringe erforderliche Reichweite nur die innersten und somit im Querschnitt „dünnsten“ Auslegersegmente ausgeschoben. Bei besonders schweren Lasten können hingegen bspw. auch nur die zwei querschnittsstärksten (äußersten) Auslegersegmente ausgeschoben werden, wohingegen die “dünneren“ Auslegersegmente einteleskopiert verbleiben. Letzteres führt erkanntermaßen zu einem höheren Widerstandsmoment gegen Biegung. Andererseits können aber auch alle Auslegersegmente ausgeschoben und/oder die Auslegerverlängerung montiert sein.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Controller dazu eingerichtet, insbesondere die Länge des Auslegers, vorzugsweise auch dessen Längskonfiguration zur Bestimmung der Abweichung des Radiusistwerts des Auslegerradius vom Radiussollwert zur berücksichtigen. Erkanntermaßen schlägt sich nämlich auch die lastbedingte Biegung des Auslegers in dem Auslegerradius nieder. Die Biegung des Auslegers variiert dabei wiederum mit der Länge des Auslegers, sowie auch mit der Längskonfiguration des Auslegers. In einer Variante ist der Controller dabei dazu eingerichtet, die Länge und/oder Längskonfiguration aus einem Auslegercontroller (d. h. einem zur Längsverstellung des Auslegers dienendem Steuergerät) abzufragen. Der Auslegercontroller kann dabei auch Teil des Controllers selbst sein oder alternativ eine von diesem separate Baueinheit. In einer alternativen Variante umfasst der Kran eine mit dem Controller signaltechnisch verbundenen Längensensorik zur Erfassung der Länge des Auslegers.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Controller auch dazu eingerichtet, zur Ermittlung des gegenüber dem Radiussollwert veränderten Radiusistwerts des Auslegerradius auf wenigstens eine hinterlegte (vorzugsweise in einer Speichereinheit des Controllers abgespeicherte) Wertetabelle zurückzugreifen, d. h. insbesondere den Radiusistwert aus der Wertetabelle auszulesen. Diese wenigstens eine Wertetabelle gibt dabei insbesondere einen Zusammenhang des Auslegerradius mit wenigstens einem der insbesondere mittels der jeweiligen Sensorik erfassten oder übermittelten Parametern wieder. Dieser oder der jeweilige Parameter ist dabei insbesondere ausgewählt aus Neigungsparameter, Lastparameter, Längenparameter, Längenkonfiguration. Beispielsweise ist in der oder der jeweiligen Wertetabelle für eine gegebene Gewichtskraft der Last, gegebenem Wippwinkel und gegebener Längskonfiguration ein Radiusistwert neigungs- und/oder drehpositionsabhängig hinterlegt. Diese oder die jeweilige Wertetabelle ist bspw. mit empirisch oder auf Basis statischer Verformungsberechnungen ermittelten Werten gefüllt. Vorzugsweise ist der Controller dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem Radiusistwert einen Sollwert für den Wippwinkel zu bestimmen, mittels dessen der Radiusistwert auf den Radiussollwert zurückgeführt werden kann. Dieser Sollwert für den Wippwinkel wird von dem Controller in einer Variante insbesondere mittels eines hinterlegten Algorithmus bestimmt, in dem die mechanischen (statikrelevanten) und geometrischen Daten und Parameter berücksichtigt sind. In einer alternativen Variante ist auch dieser Sollwert in einer zugeordneten Wertetabelle zum Auslesen hinterlegt.
Zur Behebung des Problems der Vergrößerung des Auslegerradius bei einer Drehung des Oberwagens kann insbesondere überraschend auf ein im eigenen Haus entwickeltes und im Controller implementiertes Steuer- oder Regelungsverfahren (als „Liftadjuster“ bezeichnet) zurückgriffen werden. Der Liftadjuster als solcher sieht vor, beim Anheben einer Last die hierdurch bedingte Durchbiegung des Auslegers und damit eine Radiusvergrößerung durch Steilerstellen des Auslegers beim Abheben der Last zu kompensieren. Während der Lastaufnahme biegt sich der Ausleger allmählich durch, so dass sich die Auslegerspitze gegenüber der noch am Boden befindlichen Last bewegt. Beim Abheben der Last vom Boden gerät diese hierdurch unerwünscht ins Pendeln. Durch den Liftadjuster wird sichergestellt, dass die Auslegerspitze durch Nachstellen des Wippwinkels vertikal über der Last bleibt. Beim Abheben vom Boden wird dann die Last tatsächlich vertikal nach oben bewegt, so dass ein Pendeln verhindert ist. Dies ist bspw. in JP 01 256 496 A beschrieben. Als Eingangsgrößen zur Aussteuerung des Auslegers während des Lastabhebens wird der Winkel des Auslegers vorzugsweise gravimetrisch, also absolut gegenüber der Lotrechten, d. h. der Schwerkraftrichtung, ermittelt. Weiter wird über den Druckaufnehmer der Druck im Wippzylinder gemessen, der letztlich Aufschluss über die aufgenommene Last gibt. Schließlich wird die Länge des Auslegers, insbesondere auch die zur jeweiligen Länge tatsächlich gestellte Längskonfiguration, des Auslegers berücksichtigt. Über hinterlegte Verformungstabellen wird aus diesen drei Parametern, also Winkel, Länge und Druck, der jeweils aktuelle bzw. reale Radius ermittelt. Dieser Radius sowie die Werte der aufgenommenen Parameter werden über Anzeigen auch dem Kranführer mitgeteilt. Ggf. wird auch der Windenantrieb berücksichtigt, der eine Betätigung zur Lastaufnahme anzeigt. Weitere Vorgehensweisen zum insbesondere pendelfreien Abheben der Last vom Boden sind auch aus JP 2002 352 880 A oder JP 2010 235 249 A bekannt.
Die Erfindung erkennt jetzt, dass der gravimetrisch ermittelte Neigungswinkel sich auch während einer Drehung des Oberwagens ändert, da hierbei ebenfalls Verformungen des Kransystems auftreten. Dies ist jedoch bislang nicht berücksichtigt. Jedoch geht die Erfindung überraschend von der Erkenntnis aus, dass sich die Technologie des Liftadjusters auch dazu eignet, die vorbeschriebene Problematik einer Radiusveränderung bei einer Drehung des Oberwagens mit aufgenommener Last, also nach erfolgter Lastaufnahme, zu kompensieren. Anders als während der Lastaufnahme ändert sich die Gewichtskraft der Last während der Drehbewegung des Oberwagens aber nicht. Mittels einer Änderung des Wippwinkels, insbesondere einer entsprechenden Ansteuerung des Wippzylinders wird der tatsächliche Auslegerradius auf den Radiussollwert (der z. B. dem bei Drehbeginn vorliegenden Radiusistwert oder einem für eine Transportbahn bei einer aktuellen Drehposition vorgegebenen Radiuswert entspricht) eingestellt.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird insbesondere auch dem Kranführer auf einer Instrumententafel eine Drehung des Oberwagens mit aufgenommener Last angezeigt, wobei die vorgenannten Parameter, also z. B. Wippwinkel, Drehwinkel (oder Drehposition), Auslegerradius, Länge, Längenkonfiguration etc., in ihren jeweiligen Änderungen ersichtlich werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einer schematischen Darstellung einen Mobilkran in Ansicht auf dessen Heck, und
2 in einer schematischen Draufsicht den Mobilkran mit schematisch angedeuteten Bewegungsbahnen eines Auslegers.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein Kran, konkret ein Fahrzeugkran oder Mobilkran 1 dargestellt. Der Mobilkran 1 umfasst einen als Unterwagen 2 bezeichneten Fahrzeugunterbau. Dieser weist wiederum einen (Fahrzeug-)Rahmen 3 auf, der die Grundstruktur des gesamten Mobilkrans 1 bildet. An dem Rahmen 3 sind ein Führerstand 4 (s. 2, auch als Cockpit bezeichnet), ein Fahrmotor mit zugeordnetem Getriebe, Fahr-Achsen mit daran angeordneten Rädern (nicht näher dargestellt), etc. angeordnet. Der Unterwagen 2 umfasst auch vier Abstützer 5, die an dem Rahmen 3 befestigt und quer zu einer Längsrichtung 6 des Mobilkrans 1 von dem Rahmen 3 ausstellbar sind. Die Abstützer 5 dienen zur Stabilisierung des Mobilkrans 1 gegen ein Kippen quer zur Längsrichtung 6.
Der Mobilkran 1 umfasst des Weiteren einen Kranaufbau, der auch als Oberwagen 7 bezeichnet wird. Der Oberwagen 7 ist um eine Hochachse oder Drehachse 8 rotierbar an dem Unterwagen 2 gelagert. Die Drehachse 8 ist in einer (ebenen, waagerechten) Grundstellung des Mobilkrans 1 deckungsgleich mit einer in Schwerkraftrichtung verlaufenden Vertikalen 9. Der Mobilkran 1 umfasst außerdem einen Kranausleger (kurz: Ausleger 10), der am Oberwagen 7 angeordnet ist. Der Ausleger 10 ist um eine quer zur Drehachse 8 ausgerichtete Neigungsachse (im Folgenden: „Wippachse“ 12) gegen den Unterwagen 2 verschwenkbar. Das Schwenken des Auslegers 10 um die Wippachse 12 wird auch als „Wippen“ oder „Neigen“ bezeichnet.
Der Ausleger 10 umfasst mehrere Auslegersegmente 14 (in 1 und 2 sind konkret drei dargestellt), die ineinander verschiebbar gelagert sind, so dass der Ausleger 10 zur Längsverstellung teleskopierbar ist. Der Ausleger 10 ist dabei unterschiedlich lang einstellbar und kann dabei auch in unterschiedlichen Kombinationen von gegeneinander verschobenen Auslegersegmenten 14 eingestellt werden (im Folgenden wird eine solche Kombination als „Längskonfiguration“ bezeichnet). In 1 und 2 ist lediglich das innerste Auslegersegment 14 austeleskopiert und das „mittlere“ Auslegersegment 14 im Inneren des äußersten Auslegersegments 14 belassen. Zur Einstellung einer sogenannten „Ausladung“ (d. h. einem Auslegerradius R, der der auf die Horizontale projizierten Länge des Auslegers 10 entspricht) wird der Ausleger 10 bei vorgegebener Längskonfiguration mittels eines nicht dargestellten hydraulischen Wippzylinders um die Wippachse 12 um einen Wippwinkel W gegen die Drehachse 8 angestellt (geneigt).
Aufgrund von (elastischen) Verformungen des Mobilkrans 1, konkret des Rahmens 3 und der Abstützer 5, bei Belastung (d. h. beim oder nach dem Anheben einer Last) erfolgt eine Radiusveränderung des Auslegerradius R. Dieser Effekt ist in 1 in strichlinierter Überlagerung dargestellt. Während der Drehung des Oberwagens 7 führt diese Verformung (konkret eine Verwindung um die Längsrichtung 6) zu einer fortlaufenden Änderung eines auf die Vertikale 9 bezogender Neigungswinkels N, was wiederum zu einer drehpositionsabhängigen Veränderung des Auslegerradius R (dargestellt durch eine Radiusdifferenz R_D) führt, obgleich die aufgenommene Last konstant bleibt. Bei Arbeiten bei etwa 90° seitlich zur Längsrichtung 6 ausgestelltem Ausleger 10 tritt dieser Effekt am deutlichsten auf. In dieser Arbeitsposition (Drehposition) ist somit die größte Verformung vorhanden (vgl. 2). Solange in einer festen Drehposition, also bei festem Drehwinkel des Oberwagens 7 zum Unterwagen 2 bzw. zur Längsrichtung 6, gearbeitet wird, kann während der Lastaufnahme durch ein als „Liftadjuster“ bezeichnetes und in einem Controller (nicht näher dargestellt) des Mobilkrans 1 hinterlegten Steuerprogramm diese Radiusänderung kompensiert werden. Der Liftadjuster stellt hierbei sicher, dass beim Anheben der Last mittels einer Winde (nicht näher dargestellt) die Last nicht ins Pendeln gerät.
Dazu ermittelt der Liftadjuster während dem Anheben der Last deren Gewichtskraft sowie mittels einer Neigungssensorik, die einen am Ausleger 10 angeordneten absolut messenden Neigungssensor umfasst (nicht näher dargestellt), die Biegung des Auslegers 10 unter der aktuellen Belastung und damit die Verschiebung der Spitze des Auslegers 10 gegenüber unbelasteten Stellung. Die Projektion dieser Verschiebung entspricht der in 1 dargestellten Radiusdifferenz R_D. Aufgrund der Radiusdifferenz R_D würde beim Abheben der Last vom Boden diese zunächst vom Mobilkran 1 weg pendeln. Deshalb ermittelt der Liftadjuster einen Korrekturwert für den Wippwinkel W derart, dass bei Anwendung des Korrekturwerts vor dem Abheben der Last vom Boden der Ausleger 10, konkret dessen Spitze wieder lotrecht über der Last steht und letztere somit lotrecht vom Boden abgehoben wird. Mit anderen Worten wird die Biegung des Auslegers 10 unter Belastung durch ein „Steilerstellen“ des Auslegers 10 kompensiert.
Wird nun die angehobene Last insbesondere nur über eine Drehung des Oberwagens 7 bewegt, so ergibt sich aber, je nach Drehposition des Oberwagens 7, aufgrund der elastischen Verwindung ein neuer Wert des Auslegerradius R. Das heißt, dass – wie in 2 dargestellt – bei einer Drehung des Oberwagens 7 ein Radiusistwert R_I kontinuierlich gegenüber einem Radiussollwert R_S, der dem aufgrund der Länge des unbelasteten Auslegers 10 und des eingestellten Wippwinkels W vorgegebenen Auslegerradius R entspricht, variiert, konkret bei seitlicher Ausladung des Auslegers 10 größer wird. Die Radiusdifferenz R_D gibt die jeweilige Abweichung wieder. Diese Veränderung des Radiusistwerts R_I kann aufgrund der sich verändernden Hebelverhältnisse dazu führen, dass ein für die Gewichtskraft der angehobenen Last vorgegebener Radiusgrenzwert R_G erreicht oder gar überschritten wird. Dieser Radiusgrenzwert R_G ist in dem Controller, in dem auch der Liftadjuster implementiert ist, hinterlegt und dient als Schutz für den Mobilkran 1 vor einem Kippen und/oder einer mechanischen Beschädigung (durch plastische Deformation bspw. des Auslegers 10). Der Controller ist deshalb dazu eingerichtet den Mobilkran 1, konkret die Bewegungen des Oberwagens 7 abzuschalten. Aufgrund der sich während der Drehung des Oberwagens 7 (bei gleichbleibendem Wippwinkel W gegenüber der Drehachse 8) verformungsbedingt ändernden Hebelverhältnisse verändert sich auch der Hydraulikdruck in dem Wippzylinder, der zur Ermittlung der Gewichtskraft der Last herangezogen wird. Somit kann einem Kranführer auch eine sich ändernde Gewichtskraft der Last angezeigt werden.
Um eine Abschaltung, ein Kippen des Mobilkrans 1 und/oder ggf. eine falsche Anzeige der Gewichtskraft der aufgenommenen Last zu verhindern, ist der Controller dazu eingerichtet in Abhängigkeit von der tatsächlichen Neigung des Mobilkrans 1, d. h. unter Berücksichtigung der lastbedingten Verformung den Radiusistwert R_I auf den Radiussollwert R_S zu regeln. Dazu ermittelt der Controller mittels der Neigungssensorik (konkret aus einem von dieser ausgegebenen Neigungsparameter) als Größe für die Neigung des Mobilkrans 1 den absoluten Neigungswinkel N (hier beschreibt der Neigungswinkel N konkret den Winkel zwischen dem Ausleger 10 und der Vertikalen 9). Des Weiteren berücksichtigt der Controller die Länge und die Längskonfiguration des Auslegers 10 (die bereits für den Liftadjuster ermittelt sind) sowie die (konstant bleibende) Gewichtskraft der aufgenommenen Last. Aus diesen Eingangsgrößen ermittelt der Controller aus einer hinterlegten Wertetabelle den Radiusistwert R_I und damit auch die Radiusdifferenz R_D und nutzt diese, um konkret mittels des Wippzylinders den Wippwinkel W des Auslegers 10 derart zu verstellen, dass der Radiusistwert R_I auf den Radiussollwert R_S geregelt wird. Ein dem Radiusistwert R_I zugeordneter Korrekturwert für den Wippwinkel W ist dabei ebenfalls in einer Wertetabelle hinterlegt.
In einem optionalen, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel kann zur Regelung des Auslegerradius R auch die Länge des Auslegers 10 verstellt werden.
In einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Neigungssensorik zusätzlich oder alternativ zu dem am Ausleger 10 angeordneten gravimetrischen Neigungssensor einen am Unterwagen 2 angeordneten Neigungssensor.
In 2 ist außerdem ein Belastungsgrenzwert R_BG für den Auslegerradius R dargestellt, der unter Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren einen „Sicherheitspuffer“ vorsieht, um mechanischen Schäden bereits bei Erreichen des Radiusgrenzwerts R_G zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

1: Mobilkran
2: Unterwagen
3: Fahrzeugrahmen
4: Führerstand
5: Abstützer
6: Längsrichtung
7: Oberwagen
8: Drehachse
9: Vertikale
10: Ausleger
12: Wippachse
14: Auslegersegment
N: Neigungswinkel
R: Auslegerradius
R_BG: Belastungsgrenzwert
R_D: Radiusdifferenz
R_G: Radiusgrenzwert
R_I: Radiusistwert
R_S: Radiussollwert
W: Wippwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 01256496 A [0020]
JP 2002352880 A [0020]
JP 2010235249 A [0020]

Claims

Kran (1), insbesondere Mobilkran, – mit einem Unterwagen (2), – mit einem relativ zum Unterwagen (2) drehbaren Oberwagen (7), – mit einem Ausleger (10), der an dem Oberwagen (7) in einem Wippwinkel (W) und/oder in der Länge verstellbar montiert ist, – mit einer Neigungssensorik zur Erfassung einer absoluten Neigung (N) des Unterwagens (2), des Oberwagens (7) und/oder des Auslegers (10), – mit einer signaltechnisch mit der Neigungssensorik verbundenen Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, nach Aufnahme einer Last aus einem von der Neigungssensorik übermittelten Neigungsparameter auf eine Änderung der absoluten Neigung (N) des Auslegers (10) gegenüber einem Sollwert zu schließen und den Wippwinkel (W) und/oder die Länge des Auslegers (10) automatisch in Abhängigkeit von der erfassten Änderung zu verstellen.
Kran (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, aus der erfassten Änderung der absoluten Neigung (N) des Auslegers (10) auf einen gegenüber einem Radiussollwert (R_S) veränderten Radiusistwert (R_I) des Auslegerradius (R) zu schließen, und den Wippwinkel (W) und/oder die Länge des Auslegers (10) automatisch zum Erreichen des Radiussollwerts (R_S) zu verstellen.
Kran (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Neigungssensorik am Unterwagen (2), am Oberwagen (7) und/oder am Ausleger (10) angeordnet ist.
Kran (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundenen Lastsensorik zum Erfassen der Gewichtskraft der aufgenommenen Last, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, aus einem von der Lastsensorik übermittelten Lastparameter auf den Abschluss der Aufnahme der Last zu schließen, und erst nach abgeschlossener Aufnahme der Last die automatische Verstellung des Wippwinkels (W) und/oder der Länge des Auslegers (10) vorzunehmen.
Kran (1) nach Anspruch 4, wobei die Lastsensorik einen Druckaufnehmer umfasst, der an einem hydraulischen Wippzylinder des Auslegers (10) angeordnet ist.
Kran (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundenen Drehwinkelgeber zur Erfassung einer Drehposition des Oberwagens (7) gegenüber dem Unterwagen (2), wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, aus einem von dem Drehwinkelgeber übermittelten Winkelparameter auf einen Drehwinkel des Oberwagens (7) zu schließen und die automatische Verstellung des Wippwinkels (W) und/oder der Länge des Auslegers (10) erst bei einer Änderung des Drehwinkels vorzunehmen.
Kran (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Neigungssensorik einen gravimetrischen Neigungssensor umfasst.
Kran (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausleger (10) ein- und austeleskopierbar ist.
Kran (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbundenen Längensensorik zur Erfassung einer Länge des Auslegers (10), wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, unter Berücksichtigung eines von der Längensensorik übermittelten Längenparameters auf einen gegenüber einem Radiussollwert (R_S) veränderten Radiusistwert (R_I) zu schließen.
Kran (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zur Ermittlung des gegenüber dem Radiussollwert (R_S) veränderten Radiusistwerts (R_I) eine Längenkonfiguration des Auslegers (10) zu berücksichtigen.
Kran (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, zur Ermittlung des gegenüber dem Radiussollwert (R_S) veränderten Radiusistwerts (R_I) auf wenigstens eine hinterlegte Wertetabelle zurückzugreifen, die einen Zusammenhang des Auslegerradius (10) mit wenigstens einem der erfassten Parameter wiedergibt, wobei der oder der jeweilige Parameter insbesondere ausgewählt ist aus Neigungsparameter, Lastparameter, Längenparameter, Längenkonfiguration.