DE102015202734A1

DE102015202734A1 - Kran und Verfahren zum Beeinflussen einer Verformung eines Auslegersystems eines derartigen Krans

Info

Publication number: DE102015202734A1
Application number: DE102015202734.1A
Authority: DE
Inventors: Alfons Weckbecker; Frank Schnittker; Klaus Meissner
Original assignee: Terex Cranes Germany GmbH
Current assignee: Terex Global GmbH
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-18
Also published as: EP3259222B1; US20180044149A1; US10696526B2; EP3259222A1; CA2976589C; CA2976589A1; US20200299112A1; US11084693B2; WO2016131753A1

Abstract

Ein Kran (1) umfasst mindestens ein Auslegersystem (7), eine Sensoreinheit (20) zum Ermitteln einer Verformung des Auslegersystems (7) quer zu einer Lastebene sowie eine aktivierbare Verstelleinheit (19) zur Beeinflussung der Verformung des Auslegersystems (7) quer zur Lastebene.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kran sowie ein Verfahren zum Beeinflussen einer Verformung eines Auslegersystems eines derartigen Krans.
Aus der DE 20 2008 006 167 U1 und aus der DE 20 2013 001 183 U1 sind Krane mit seitlich abgespannten Auslegern bekannt. Die seitlichen Abspannungen dienen zur Reduzierung der Verformung des Auslegers in einer Lastebene oder quer dazu. Die DE 10 2009 016 033 A1 und die DE 10 2013 205 173 A1 offenbaren großbauende Auslegerkonstruktionen, die durch Erhöhung der Auslegersteifigkeit quer zur Lastebene eine Tragfähigkeitssteigerung ermöglichen. Diese Auslegerkonstruktionen berücksichtigen den Effekt, dass Verformungen eines druckbelasteten Auslegers zu einer überproportional großen Beanspruchung der Bauteile führen. Dies führt zu einer Reduzierung der Tragfähigkeit des Auslegers. Bei den aus dem Stand der Technik vorbekannten Lösungen werden Verformungen des Auslegers durch Verwendung zusätzlichen und/oder höherwertigen Materials und/oder durch geometrische Lastumlagerung über Abspannungssysteme passiv reduziert, um die Tragfähigkeit des Krans zu erhöhen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kran mit verbesserten Tragfähigkeiten bereitzustellen.
Diese Aufgabe ist durch einen Kran mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine aktivierbare Verstelleinheit ein, insbesondere aktives, Beeinflussen einer Verformung eines Auslegersystems quer zur Lastebene ermöglicht. Die Lastebene ist eine Vertikalebene. Die Lastebene ist durch den Lastangriff einer äußeren, zu hebenden Last am Auslegersystem, insbesondere an einem Ausleger-Kopfelement, festgelegt. Falls der Kran eben auf einem horizontalen Untergrund angeordnet ist und insbesondere keine Verformungen am Kran vorliegen, ist die Wippachse des Krans horizontal orientiert. Senkrecht zur Wippachse ist eine Lastebene orientiert. In diesem Fall ist die Lastebene identisch mit der Lastebene. Für den Fall, dass der Kran beispielsweise aufgrund eines unebenen Untergrunds geneigt gegenüber der horizontalen angeordnet ist, ist die Lastebene von der Lastebene verschieden. Ein Kran im Sinne der Erfindung ist ein Kran zum Heben einer Last. Das Auslegersystem umfasst einen Ausleger des Krans und insbesondere weitere Verbindungselemente, die den Ausleger zum Kran hin verbinden. Derartige Verbindungselemente sind beispielsweise ein Drehgelenk, ein Auslegerfußbolzen, ein Wippzylinder, seitliche Abspannelemente und nach hinten gerichtete, also dem Ausleger entgegengesetzt orientierte, in einer Lastebene angeordnete Krankomponenten, die den Ausleger in Lastrichtung halten, insbesondere ein Abspannbock oder ein Superliftmast. Das Auslegersystem kann zusätzlich einen starr oder wippbar an dem Ausleger angelenkten Hilfsausleger aufweisen. Der Ausleger kann aus mehreren, entlang einer Auslegerlängsachse hintereinander angeordneten Auslegerelementen bestehen. Der Ausleger kann ein Ausleger-Kopfelement aufweisen, an welchem beispielsweise Umlenkrollen für ein Seil angeordnet sind, an welchem eine Last angehängt ist. Der Ausleger des Krans kann ein Gittermastausleger oder ein Teleskop-Ausleger oder eine Kombination davon sein. Der Kran weist insbesondere einen langen, schlanken Ausleger auf, für den große Verformungen während des Betriebs zu erwarten sind. Ein derartiger Ausleger weist beispielsweise ein Verhältnis von Länge zu Dicke von mindestens 20, insbesondere mindestens 30, insbesondere mindestens 40, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 70, insbesondere mindestens 100 und insbesondere höchstens 1000 auf. Die Verstelleinheit kann an und/oder im Auslegersystem integriert sein. Zur Beeinflussung der Verformung können auch mehr als eine Verstelleinheit verwendet werden. Wesentlich ist, dass mindestens eine Verstelleinheit verwendet wird. Die Verstelleinheit ist insbesondere zwischen zwei Krankomponenten angeordnet. Eine Krankomponente ist insbesondere das Auslegersystem. Weitere Krankomponenten können ein Oberwagen, ein Unterwagen und/oder eine Bodenabstützeinheit sein.
Eine Sensoreinheit dient zum Ermitteln der Verformung des Auslegersystems sowie zum Bereitstellen der Verformungsinformation zur Informationsverarbeitung. An dem Kran können auch mehrere Verstelleinheiten vorgesehen sein, die insbesondere an verschiedenen Orten bzw. an verschiedenen Krankomponenten angeordnet sind. Als Verformung des Auslegersystems im Sinne der Erfindung wird jegliche von einem Sollzustand abweichende Anordnung des Auslegersystems verstanden. Ein Sollzustand des Auslegersystems ist beispielsweise dann gegeben, wenn der Ausleger mit der Auslegerlängsachse vertikal orientiert ist. Eine zu beeinflussende Verformung des Auslegersystems quer zur Lastebene im Sinne der Erfindung ist insbesondere dann gegeben, wenn das Auslegersystem infolge einer äußeren Last, insbesondere einer dynamisch schwingenden, zu hebenden Last, einer geometrisch eingebrachten Last und/oder äußeren Lasten wie Wind, Temperatur und/oder Schnee von dem Sollzustand abweicht. Insbesondere bedeutet Verformung nicht zwingend, dass eine Deformation der Auslegergeometrie vorliegt. Eine Verformung im Sinne der Erfindung ist beispielsweise auch eine von der ursprünglichen Anmeldung des Auslegers abweichende Anordnung, also beispielsweise eine Neigung des Auslegers. Eine Verformung im Sinne der Erfindung ist auch eine beliebige Kombination oder Überlagerung von Deformation und Schiefstellung. Auch eine Randbedingung für den Kran kann eine Verformung quer zur Lastebene des Auslegersystems bewirken. Eine Randbedingung ist beispielsweise ein unebener Untergrund, der zu einer Neigung des Krans und somit zu einer Neigung des Auslegers, insbesondere gegenüber der Lastebene, führen kann. Insbesondere kann das Ermitteln der Verformung des Auslegersystems das Ermitteln einer Verformung einer anderen Krankomponente umfassen wie beispielsweise des Oberwagens und/oder des Unterwagens, wobei eine Verformung der Komponente eine Verformung des Auslegersystems bewirkt. Ein Ermitteln der Verformung des Auslegersystems kann die Berücksichtigung der Randbedingungen umfassen. Ermitteln bedeutet, dass die Verformung des Auslegersystems unmittelbar, insbesondere durch Messen, erfolgt. Das Ermitteln der Verformung umfasst aber auch, dass Kennwerte ermittelt werden, anhand derer die Verformung des Auslegersystems berechnet oder bestimmt werden kann. Insbesondere erzeugt die Sensoreinheit ein Signal, das zur weiteren Informationsverarbeitung genutzt werden kann. Die signalbasierte Informationsverarbeitung kann grundsätzlich automatisiert, insbesondere mittels einer Regelungseinheit erfolgen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Verformungsinformation anzuzeigen, sodass beispielsweise eine Bedienperson des Krans in die Lage versetzt wird, bei Erreichen einer kritischen Verformung durch manuelles Beeinflussen eine Tragfähigkeitssteigerung des Krans zu bewirken. Dazu kann das Signal an eine Anzeigeeinheit übermittelt werden. Mittels der aktivierbaren Verstelleinheit werden zusätzliche Kräfte, Rückstellkräfte und/oder Vorformen des Auslegersystems der mindestens einen Krankomponente oder Teilen davon zur Beeinflussung der Verformungen aus äußeren Lasten wie beispielsweise einer Hublast, einer Querneigung des Auslegers in Folge eines dynamischen Verlagerns des Auslegers und/oder einer Windlast und/oder einer Schrägstellung des Krans eingeprägt.
Die Verstelleinheit ist Bestandteil des Krans. Die Verstelleinheit dient dazu, einen Lastangriffspunkt zu der ursprünglichen Lastebene hin und insbesondere in die ursprüngliche Lastebene zurückzuführen. Insbesondere bewirkt die Verstelleinheit, dass der Lastangriffspunkt die ursprüngliche Lastebene nicht verlässt oder die Verformung des Auslegersystems quer zur Lastebene, insbesondere während des Betriebs des Krans, in einem vorgebbaren Toleranzbereich gehalten wird. Verformungen, die aus Lasteinwirkungen resultieren, wird somit aktiv entgegengewirkt.
Die Verstelleinheit ist insbesondere zwischen zwei Krankomponenten angeordnet. Die Verstelleinheit ist mit einer ersten Krankomponente und mit einer zweiten Krankomponente unmittelbar verbunden. Mittels der durch die Verstelleinheit beeinflussten, insbesondere reduzierten Verformung werden Beanspruchungen, die aus der normalerweise auftretenden Auslegerverformung resultieren, reduziert, und dadurch die Tragfähigkeit des Krans gesteigert. Die aktivierbare Verstelleinheit kann auch zum Vorverformen des Auslegers dienen. Das bedeutet, dass vorab, bevor der Kran, insbesondere der Ausleger, mit einer äußeren Last beansprucht wird, dem Ausleger eine Vorverformung aufgeprägt wird, um geometrische Imperfektionen oder Deformationen des Auslegers oder bekannte äußere quer zur Lastebene gerichtete Lasteinwirkungen zu kompensieren. Dadurch ist die Stabilität des Krans insgesamt verbessert.
Im Vergleich zu einem Kran mit passiven Systemeigenschaften ist die mit dem erfindungsgemäßen Kran realisierbare Tragfähigkeit verbessert. Das bedeutet ferner, dass ein erfindungsgemäßer Kran, der die gleiche Tragfähigkeit wie ein Kran mit passiven Systemeigenschaften aufweisen soll, kleiner bauend und insbesondere mit reduziertem Materialeinsatz realisiert werden kann. Dadurch ergeben sich insbesondere auch Vorteile für den Transport und die Montage des erfindungsgemäßen Krans, da die Anzahl und/oder Größe und Gewicht der Krankomponenten, insbesondere des Auslegers, reduziert sind. Mittels der Sensoreinheit und der aktivierbaren Verstelleinheit ist die Voraussetzung für einen reaktiven Kran geschaffen.
Ein Kran mit einer mit der Sensoreinheit und mit der Verstelleinheit in Signalverbindung stehenden Regelungseinheit zum geregelten Beeinflussen der Verformung des Auslegersystems ermöglicht einen automatischen Modus für das Betreiben des Krans mit erhöhter Tragfähigkeit. Insbesondere ist ein Eingreifen einer den Kran betreibenden Person nicht erforderlich, obwohl sich die Betriebsbedingungen während des Betreibens des Krans, insbesondere Windbedingungen, verändern können. Ein derartiger Kran weist eine erhöhte Betriebssicherheit und Bedienerfreundlichkeit auf. Insbesondere ist in der Regelungseinheit ein absicherndes Steuerungs- und/oder Berechnungsmodul integriert, das insbesondere auf Basis der mittels der Sensoreinheit erfassten Verformung die statische und/oder dynamische Sicherheit und Stabilität des Krans überprüft. Insbesondere ist das Steuerungs- und/oder Berechnungsmodul derart ausgelegt, dass das Unfallrisiko reduziert ist, indem kritische, insbesondere stabilitätsgefährdende Kranoperationen, die mittels des Steuerungs- und/oder Berechnungsmoduls ermittelt werden, verhindert sind. Diese Risiken können sich beispielsweise aus dem Kippen des Krans und/oder dem Beulen oder Knicken des Auslegers ergeben.
Zusätzlich oder alternativ zu der Regelungseinheit kann ein Kran eine mit der Sensoreinheit in Signalverbindung stehende Überwachungseinheit zum Überwachen der Verformung des Auslegersystems aufweisen, die es einer den Kran bedienenden Person ermöglicht, die Verformungen des Auslegersystems aktiv zu beobachten. Beispielsweise ist dadurch ein manuelles Beeinflussen der aktivierbaren Verstelleinheit vereinfacht. Die Überwachungseinheit umfasst insbesondere eine Kamera, eine Zieloptik und/oder ein Anzeigeelement wie beispielsweise einen Monitor.
Durch das Zusammenwirken der Sensoreinheit und der Verstelleinheit, die entweder automatisiert über die Regelungseinheit und/oder durch manuelles Beeinflussen einer Bedienperson durch Nutzen der Überwachungseinheit aktiviert wird, ist ein reaktiver Kran geschaffen.
Ein Kran, bei dem die aktivierbare Verstelleinheit an dem Auslegersystem angeordnet ist, kann vorteilhaft die Verformung des Auslegersystems quer zur Lastebene selbst beeinflusst werden. An dem Ausleger ist insbesondere mittels eines Seils ein Haken gehalten, an dem insbesondere eine zu hebende Last befestigt werden kann.
Die Verstelleinheit kann im Unterwagen angeordnet sein. Die Verstelleinheit kann ein Bestandteil einer Bodenabstützeinheit sein. Die Verstelleinheit kann im Oberwagen, zwischen Unterwagen und Oberwagen und/oder zwischen Oberwagen und Auslegersystem des Krans angeordnet sein. In jedem Fall ist die Verstelleinheit zwischen zwei Krankomponenten unmittelbar angeordnet.
Ein Kran, bei dem die Verstelleinheit zur Beeinflussung der Verformung des Auslegersystems an einer Bodenabstützeinheit eines Unterwagens des Krans, im Unterwagen, zwischen dem Unterwagen und einem Oberwagen des Krans, im Oberwagen und/oder zwischen dem Oberwagen und dem Auslegersystem des Krans angeordnet ist, ermöglicht eine flexible Anwendung der Verstelleinheit, um Verformungen an verschiedenen Stellen und/oder verschiedenen Komponenten des Krans entgegenzuwirken. Insbesondere ist es dadurch möglich, eine Verwindung des Unterwagens und/oder Oberwagens zu kompensieren. Dazu kann beispielsweise die Verstelleinheit, die insbesondere als Exzenterbolzen oder Zylinderelement ausgeführt sein kann, zwischen dem Oberwagen und dem Auslegerfuß des Krans angeordnet sein. Die Verstelleinheit kann als Torsionsrohr, das mittels mindestens eines Zylinders verstellbar ist, im Oberwagen und/oder im Unterwagen integriert sein. Es ist auch denkbar, die Verstelleinheit im Bereich der Drehverbindung zwischen Oberwagen und Unterwagen anzuordnen. Insbesondere ist die Verstelleinheit in die Drehverbindung zwischen Oberwagen und Unterwagen integriert. Es ist auch denkbar, die Verstelleinheit an einer Bodenabstützeinheit vorzusehen, um einer Schrägstellung des Unterwagens und/oder des Krans insgesamt, entgegenzuwirken. Die Verstelleinheit ermöglicht insbesondere einen Ausgleich einer Neigung des Krans am Untergrund. Die Verstelleinheit kann auch dazu genutzt werden, um gezielt eine Schiefstellung des Krans gegenüber einer Horizontalebene einzubringen. Eine Verstelleinheit, die zwischen Oberwagen und Auslegersystem des Krans ausgeführt ist, kann beispielsweise ein Exzenterbolzen sein.
Ein Neigungssensor kann insbesondere vorteilhaft unmittelbar im Bereich der Rollendrehverbindung zwischen Oberwagen und Unterwagen integriert sein, um eine Neigung des Unterwagens gegenüber einer Horizontalebene unmittelbar zu erfassen.
Ein Kran, bei dem die Sensoreinheit ein erstes Sensorelement und ein damit korrespondierendes zweites Sensorelement aufweist, ermöglicht eine vereinfachte Ermittlung einer Verformung des Auslegersystems quer zu der Lastebene. Die Sensoreinheit kann als optisches Messsystem ausgeführt sein. Die erste Sensoreinheit kann auch ein Lasermesssystem, ein Funksystem oder ein lokales GPS-Messsystem sein. Insbesondere sind das erste und das zweite Sensorelement derart an dem Kran angebracht, dass eine direkte Verbindungslinie zwischen den Sensorelementen in einem unverformten Zustand des Auslegers parallel zur Auslegerlängsachse orientiert ist. Bei einer Verformung des Auslegersystems wird die Signalübertragung zwischen den Sensorelementen beeinträchtigt bzw. verändert, da die direkte Verbindungslinie dann nicht mehr parallel zur Auslegerlängsachse orientiert ist. Die erste Sensoreinheit kann auch als Seilkraftmesseinrichtung zur unmittelbaren Erfassung einer Seilkraft in einem Abspannseil ausgeführt sein.
Ein Kran, bei dem die Sensoreinheit zum Ermitteln von äußeren Einwirkungen einen Neigungsgeber zur Berücksichtigung einer Schräglage des Krans, einen Beschleunigungsaufnehmer beispielsweise zur Berücksichtigung der Drehbeschleunigung des Auslegersystemsgegenüber einem Unterwagen oder Oberwagen des Krans, einen Windmesser zur Berücksichtigung von Windlasten, einen Kraftmesser, einen Dehnungsmesser zum Ermitteln einer eingeprägten Kraft und/oder einer Beanspruchung des Auslegersystems und/oder ein Thermometer zur Berücksichtigung von, insbesondere extremen, Umgebungstemperaturen oder Temperaturunterschieden umfasst, ermöglicht die Berücksichtigung von Störgrößen durch äußere Lasten und/oder Randbedingungen. Der Kraftmesser und/oder der Dehnungsmesser können beispielsweise am Auslegersystem unmittelbar, insbesondere an einer Anbolzung des Auslegersystems am Oberwagen, zum Ermitteln einer, insbesondere unsymmetrischen, Belastung des Auslegers angebracht und/oder unmittelbar am Ausleger, insbesondere an Gurtrohren des Auslegers und/oder an Teleskopschüssen des Auslegers angebracht oder integriert sein. Der Kran mit der zweiten Sensoreinheit ermöglicht eine ganzheitliche Berücksichtigung komplexer Lastfälle.
Ein Kran mit mindestens einer quer zur Lastebene und/oder entlang einer Auslegerlängsachse wirkenden Auslegerabspanneinheit zum Abspannen des Auslegers quer zur Lastebene und/oder längs der Auslegerlängsachse mit einer Abspannkraft ermöglicht eine aktive Zugkraftregelung entlang eines Abspannelements der Auslegerabspanneinheit. Dazu weist die Verstelleinheit einen Abspannaktor zum Anpassen der Abspannkraft auf. Die Auslegerabspanneinheit ist insbesondere an einem als Teleskopausleger ausgeführten Auslegersystem angebracht. Mittels der Auslegerabspanneinheit wird insbesondere beidseitig eine seitliche Abspannung an dem Teleskopausleger aufgebracht, also wird beidseitig eine zumindest geringe Vorspannung des Auslegers erzielt. Ein quer zur Lastebene verformter Ausleger wird mittels einer Zugkraft entlang des Abspannelements aktiv zurück in Richtung der Lastebene verlagert. Gegenüber beispielsweise aus der DE 20 2013 011 183 U1 und/oder der DE 20 2008 006 167 U1 bekannten Kranen mit seitlicher Auslegerabspannung ermöglicht der Kran mit dem Abspannaktor, dass eine übermäßige Vorspannkraft in der Auslegerabspanneinheit entbehrlich ist. Der Kran weist insbesondere genau zwei Abspanneinheiten auf, die beidseitig an dem Ausleger, insbesondere spiegelsymmetrisch zur Auslegerlängsachse, angeordnet und mit diesem verbunden sind. Das bedeutet, dass jeweils mindestens eine Abspanneinheit längs der Auslegerlängsachse seitlich an dem Ausleger angeordnet ist. Es können auch mehr als zwei Abspanneinheiten vorgesehen sein. Die mindestens eine Auslegerabspanneinheit, insbesondere die genau zwei Auslegerabspanneinheiten, sind in einer Ebene quer, insbesondere senkrecht, zur Wippebene angeordnet. Die mindestens eine Auslegerabspanneinheit ist insbesondere fest mit dem Ausleger verbunden. Eine Neigung des Krans derart, dass die Wippachse nicht horizontal orientiert ist, also die Wippebene von der Lastebene verschieden ist, bewirkt, dass zwei symmetrisch am Ausleger bezüglich der Auslegerlängsachse angeordnete Auslegerabspanneinheiten unsymmetrisch bezüglich der Lastebene angeordnet sind. Die Ebene, in der die Auslegerabspanneinheiten angeordnet sind, ist durch die Wippachse und die Auslegerlängsachse aufgespannt.
Ein Kran, bei dem der Abspannaktor als hydraulisches Zylinderelement, als Spindeltrieb und/oder als kraft- oder längenveränderliche Abspannstütze zum unmittelbaren Anpassen der Abspannkraft ausgeführt ist, ermöglicht eine besonders vorteilhafte Anpassung der Abspannkraft. Beispielsweise können aktiv geregelte Seiltriebe bei der Verwendung eines Abspannseils als Abspannelement eine effektive und vorteilhaft regelbare Abspannung durch unmittelbare Anpassung der Abspannkraft ermöglichen.
Der Abspannaktor kann zusätzlich oder alternativ als verlagerbarer Anlenkpunkt der Abspannung ausgeführt sein. Dazu kann ein Verbindungselement verschiebbar ausgeführt sein, so dass die Wirkung der Abspannung relativ zu dem Ausleger entlang der Auslegerlängsachse veränderbar ist. Das Verbindungselement ist insbesondere am Auslegerkopf und/oder am Auslegerfuß angebracht. Das Verbindungselement ist beispielsweise eine Schiebehülse, die geführt längs des Auslegers verlagerbar ist. Die Schiebehülse weist eine Innenkontur auf, die der Außenkontur des Auslegers entspricht. Die Schiebehülse ist beispielsweise ein Rechteckhohlprofilelement. Da die Abspannkraft als Zugkraft entlang des Abspannelements wirkt, bewirkt eine Verlagerung des Anlenkpunkts des Abspannelements entlang der Auslegerlängsachse des Verbindungselements eine Veränderung des Winkels, der von der Wirkungslinie der Zugkraft des Abspannelements und der Auslegerlängsachse eingeschlossen wird. Entsprechend wird die Kraftkomponente quer zu der Auslegerlängsachse, also quer zur Lastebene, verändert. Bei der Ausführung eines Krans mit einer Auslegerabspanneinheit als Verstellelement kann als Sensoreinheit eine Kraftmesseinheit dienen, die die Seilkraft in der Auslegerabspannung erfasst.
Ein Kran, bei dem der Ausleger einen ersten Auslegerabschnitt und einen, insbesondere relativ zu dem ersten Auslegerabschnitt verlagerbaren, zweiten Auslegerabschnitt aufweist und bei dem die Verstelleinheit mindestens einen mit dem ersten Auslegerabschnitt und mit dem zweiten Auslegerabschnitt verbundenen Geometrieaktor zum unmittelbaren Verändern der Geometrie des Auslegers aufweist, ermöglicht eine effektive Verformungsbeeinflussung. Insbesondere ist eine zusätzliche Auslegerabspannung entbehrlich. Trotzdem kann der Geometrieaktor mit der Auslegerabspannung kombiniert werden. Der Geometrieaktor ist insbesondere parallel und beabstandet zur Auslegerlängsachse an dem Ausleger angeordnet. Insbesondere ist der Geometrieaktor unmittelbar mit dem ersten Auslegerabschnitt und unmittelbar mit dem zweiten Auslegerabschnitt verbunden und daran befestigt. Eine Längenveränderung des Geometrieaktors kann eine Verlagerung, insbesondere Verkippung, der beiden Auslegerabschnitte relativ zueinander bewirken. Eine Längenveränderung, insbesondere von Gurtrohren eines Gittermastauslegers, beim Auslegersystem ist beispielsweise dadurch möglich, dass der Geomtrieaktor ein längenveränderliches Element, insbesondere eine Kolbenzylindereinheit ist, das elektrisch oder hydraulisch betätigt wird. Insbesondere ist die Kolbenzylindereinheit zweifach wirkend, also entlang einer ersten Richtung ausfahrbar und entlang einer, der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung einfahrbar. Dadurch ist es möglich, gezielt eine Verlängerung und eine Verkürzung des Auslegersystems zu bewirken. Ein Geometriekaktor zur Längenveränderung kann auch ein längenveränderliches Druckrohr sein, das als Gurtrohr ausgeführt ist. Ein derartiges Druckrohr ist ein Gurtrohr, das mit Innendruck, insbesondere hydraulisch oder pneumatisch, beaufschlagt ist.
Dadurch ist eine Längenveränderung innerhalb der Materialgrenzen möglich. Eine Längenveränderung mittels eines Geometrieaktors ist beispielsweise auch durch einen Exzenterbolzen möglich, der an einer Verbindungsstelle, insbesondere einer Verbolzung, zwischen zwei hintereinander angeordneten Auslegerelementen vorgesehen ist. Insbesondere kann dadurch effektiv gewährleistet werden, dass die Wirklinie der Hublast nahe und insbesondere innerhalb der Lastebene des Krans bleibt. Momentenbelastungen, insbesondere im unteren Teil des Auslegers, der einer Anlenkstelle des Auslegers am Kran zugewandt ist, und Momentenbelastungen im Grundkran selbst sind reduziert. Der Kran hat eine erhöhte Tragfähigkeit. Es ist denkbar, mehr als zwei Auslegerabschnitte vorzusehen. Die Auslegerabschnitte sind insbesondere entlang der Auslegerlängsachse hintereinander angeordnet. Jeweils zwei benachbarte Auslegerabschnitte sind mittels mindestens eines Geometrieaktors miteinander verbunden.
Ein Kran mit mindestens einem den ersten Auslegerabschnitt und den zweiten Auslegerabschnitt miteinander verbindenden Gelenkelement ermöglicht eine gezielte und geführte Relativverlagerung der Auslegerabschnitte zueinander. Das Gelenkelement gewährleistet die gelenkige Verbindung der beiden Auslegerabschnitte miteinander. Eine Längenveränderung des Geometrieaktors bewirkt eine gelenkige Relativverlagerung der beiden Auslegerabschnitte. Eine Gelenkachse ist eine Drehachse der Relativverlagerung.
Ein Kran, bei dem der Geometrieaktor als Zylinderelement, als Spindeltrieb, als Linearmotor, als Zahnstangenantrieb, als Triebstock und/oder als Stellglied, das entweder exzentrisch wirkend oder auf einer Keilwirkung beruhend funktioniert, ausgeführt ist, ermöglicht eine unkomplizierte und unmittelbare Relativverlagerung der beiden Auslegerabschnitte.
Ein Kran, bei dem der Ausleger als Gittermastausleger ausgeführt ist, wobei der Geometrieaktor zumindest abschnittsweise in Gurtrohren benachbarter Auslegerabschnitte angeordnet ist, ermöglicht eine kompakte Integration des Geometrieaktors in dem Auslegersystem selbst. Der Ausleger weist eine kompakte Bauweise auf. Der erforderliche Bauraum ist reduziert.
Ein Kran, bei dem die Verstelleinheit als ein mit einer Lastangriffseinheit für die Hublast und dem Ausleger verbundenen Lastangriffsaktor zum unmittelbaren Verlagern des Lastangriffsorts am Ausleger ausgeführt ist, ermöglicht eine Beeinflussung, insbesondere eine Reduzierung der Auslegerverformung durch einen exzentrischen Lastangriff. Der hierfür erforderliche Verschiebeweg für den Lastangriffsort wird durch den Lastangriffsaktor realisiert, der die Lastangriffseinheit, die insbesondere eine Seilrolle, ein darüber geführtes Seil und eine daran befestigte Hakenflasche umfasst, ermöglicht.
Ein Verfahren zum Beeinflussen einer Verformung eines Auslegersystems eines erfindungsgemäßen Krans umfasst die Verfahrensschritte des Erfassens der Verformung mittels der Sensoreinheit und des, insbesondere aktiven, Beeinflussens der Verformung mittels der aktivierbaren Verstelleinheit. Die Vorteile des Verfahrens entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des Krans selbst, worauf hiermit verwiesen wird.
Ein Verfahren, bei dem ein Berechnen einer Soll-Verformung des Auslegersystems mittels einer Berechnungseinheit erfolgt, ermöglicht eine automatisierte Überwachung des Krans während des Betriebs. Die Berechnungseinheit ist insbesondere in der Regelungseinheit integriert. Zusätzlich erfolgt ein geregeltes Beeinflussen einer Ist-Verformung, die mittels der Sensoreinheit ermittelt worden ist. Das geregelte Beeinflussen der Ist-Verformung erfolgt solange, bis die Soll-Verformung innerhalb eines vorgebbaren, veränderlich einstellbaren, Toleranzbereichs liegt. Ein derartiges Verfahren dient zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Überwachen einer maximalen Tragfähigkeit des Krans, insbesondere für eine den Kran bedienende Person. Die Person erhält eine zusätzliche Überwachungsmöglichkeit. Insbesondere ist ein automatisiertes, geregeltes Betreiben in einem sicheren Betriebsmodus möglich.
Ein Verfahren, bei dem der Kran bei Ausfall der Sensoreinheit, der Verstelleinheit, der Regelungseinheit und/oder Überwachsungseinheit in einen sicheren Betriebsmodus wechselt, gewährleistet, dass der Kran in jedem Fall weiter betrieben werden kann. Zwar ist es denkbar, einen Kran mit mehreren, insbesondere redundant angeordneten Verstell-, Sensor-, Regelungs- und/oder Überwachungseinheiten auszurüsten. In diesem Fall wäre prinzipiell ein dauerhaft sicherer Kranbetrieb möglich. Das würde aber bedeuten, dass erhöhte Anforderungen an eine Ausfallsicherheit sämtlicher Kranfunktionen, insbesondere umfassend Antriebs- und Steuereinheiten, gelten. Dies führt zu einem erhöhten Sicherheitsaufwand. Es ist beispielsweise denkbar, dass ein Ausfall mindestens einer der genannten Einheiten dazu führt, dass der erfindungsgemäße Betrieb des reaktiven Krans nicht mehr gewährleistet ist. In einem regulären Betrieb des erfindungsgemäßen reaktiven Krans, dienen insbesondere Sensoreinheit und/oder die Verstelleinheit, aber auch die Regelungseinheit und die Überwachungseinheit, dazu, die Traglast des Krans zu steigern. Eine solche Steigerung der Traglast entfällt, wenn eine der genannten Einheiten ausfällt. Es wird ein Betriebszustand erzeugt, der dem eines baugleichen, nicht erfindungsgemäßen Krans, der also insbesondere ohne Sensoreinheit und/oder ohne Verstelleinheit ausgeführt ist, entspricht. Diesem Betriebszustand der erhöhten Traglast kann ein nicht erfindungsgemäßer Kran, der nicht reaktiv ist, nicht standhalten. Dieser Betriebszustand könnte zum Versagen des Tragwerks oder zum Kippen des nicht erfindungsgemäßen Krans führen. Durch insbesondere abrupten Ausfall der Sensoreinheit und/oder der Verstelleinheit kann ein kritischer Betriebszustand grundsätzlich eintreten. Gemäß dem Verfahren wird dem Eintreten eines derartigen kritischen Betriebszustands derart vorgebeugt, dass beispielsweise auf vorhandene Tragfähigkeitstabellen eines baugleichen, nicht erfindungsgemäßen Krans, zurückgegriffen wird. Die Tragfähigkeitstabellen können beispielsweise in der Regelungseinheit und/oder bei Ausfall der Regelungseinheit in einer zentralen, notfallversorgten Steuerungseinheit hinterlegt sein. Die zuvor ausgenutzte Traglaststeigerung wird reduziert. Der Wechsel in den sicheren Betriebsmodus kann auch dadurch erfolgen, dass eine den Kran bedienende Person bei Ausfall mindestens einer der genannten Einheiten manuell die Verstelleinheiten derart beeinflusst, dass ein symmetrischer Belastungszustand resultiert. Die Betriebssicherheit beim Betreiben des Krans ist gewährleistet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Krans mit einem Gittermastausleger und einem Geometrieaktor,
2 eine schematische Darstellung des Auslegersystems gemäß 1 zur Veranschaulichung der Verformung quer zur Lastebene,
3 eine 2 entsprechende Darstellung des Auslegersystems zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Geometrieaktors,
4 ein Flussdiagramm zur Darstellung von Verfahrensschritten für ein Verfahren zum Betreiben eines Krans,
5 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung eines Auslegers eines Krans gemäß einer weiteren Ausführung,
6 eine vergrößerte Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie VI-VI in 5,
7 eine 2 entsprechende Darstellung eines Auslegers eines Krans gemäß einer weiteren Ausführung mit seitlichen Auslegerabspanneinheiten und Abspannaktoren,
8 eine 2 entsprechende Darstellung eines Auslegers eines Krans gemäß einer weiteren Ausführung mit einem Lastangriffsaktor,
9 eine 8 entsprechende Frontansicht des Auslegers,
10 eine schematische Seitenansicht des Krans gemäß 1 mit weiteren Verstelleinheiten und
11 eine vergrößerte Detailansicht gemäß 1 zur Darstellung einer weiteren Verstelleinheit.
Ein in 1 bis 3 dargestellter Kran 1 weist einen fahrbaren Unterwagen 2 und einen durch eine Drehverbindung 3 drehbar auf dem Unterwagen 2 angeordneten Oberwagen 4 auf. Der Unterwagen 2 weist Raupenfahrwerke 5 auf. Der Kran 1 ist ein Raupenkran. Der Kran 1 kann auch als Mobilkran zur Eignung im Straßenverkehr, also gummibereift, ausgeführt sein. Es ist auch denkbar, dass der Unterwagen 2 statisch, also nicht verfahrbar, ausgeführt ist. Es ist auch denkbar, dass die Drehverbindung 3 nicht vorgesehen ist.
Schwenkbar um eine Auslegerwippachse 6 ist ein Ausleger 7 an dem Kran 1, insbesondere an dem Oberwagen 4, angelenkt. Die Auslegerwippachse, kurz Wippachse, ist parallel zu einem Untergrund 8 angeordnet, auf dem der Kran 1 abgestellt ist. Insbesondere ist die Auslegerwippachse 6 horizontal orientiert. Die Wippebene ist senkrecht zur Wippachse, also zur Zeichenebene gemäß 1, orientiert. Für den Fall, dass die Wippachse 6 horizontal orientiert ist, ist die Wippebene identisch mit der Lastebene. Die Wippebene enthält die Auslegerlängsachse 11. Der Ausleger 7 ist als Gittermastausleger ausgeführt mit mehreren, insbesondere vier, Gurtrohren 9 sowie einer Versteifungsstruktur 10, die Diagonalstäbe und Nullstäbe aufweist. Der Ausleger 7 weist entlang der Auslegerlängsachse 11 einen ersten Auslegerabschnitt 12 und einen damit verbundenen, relativ zu dem ersten Auslegerabschnitt 12 verlagerbaren zweiten Auslegerabschnitt 13 auf. Die beiden Auslegerabschnitte 12, 13 sind im Wesentlichen identisch ausgeführt. Die beiden Auslegerabschnitte 12, 13 sind jeweils konzentrisch zur Auslegerlängsachse 11 und entlang der Auslegerlängsachse 11 hintereinander angeordnet. Der erste Auslegerabschnitt 12 ist unmittelbar mit dem Kran 1, insbesondere mit dem Oberwagen 4, schwenkbar um die Auslegerwippachse 6 verbunden. Der Bereich des ersten Auslegerabschnitts 12 benachbart zu der Auslegerwippachse 6 bildet den sogenannten Fußbereich des Auslegers 7. Dem Fußbereich gegenüberliegend weist der Ausleger 7 einen Kopfbereich auf. Der Kopfbereich bildet ein oberes Ende des Auslegers 7. Der Kopfbereich ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel an einem oberen Ende des zweiten Auslegerabschnitts 13 angeordnet. Der erste Auslegerabschnitt 12 und der zweite Auslegerabschnitt 13 sind mittels eines Gelenkelements 14 schwenkbar um eine Gelenkachse 15 miteinander verbunden. Der erste Auslegerabschnitt 12 und der zweite Auslegerabschnitt 13 sind gelenkig miteinander verbunden. Die Gelenkachse 15 ist senkrecht zur Zeichenebene gemäß 1 orientiert. Die Gelenkachse 15 ist mittig an dem Ausleger 7 bezogen auf die Breite des Auslegers 7 ausgerichtet. Die Gelenkachse 15 schneidet die Auslegerlängsachse 11. Es ist auch denkbar, dass das Gelenkelement 14 außermittig angeordnet ist. In diesem Fall sind die Auslegerlängsachse 11 und die Gelenkachse 15 windschief angeordnet. Insbesondere ist es denkbar, dass das Gelenkelement 14 unmittelbar zwischen zwei Gurrohren zwei benachbarter Auslegerabschnitte angeordnet ist. Insbesondere sind mehrere Gelenkelemente 14 denkbar, die beispielsweise an zwei benachbarten Gurrohren der Auslegerabschnitte angeordnet sind.
Der erste Auslegerabschnitt 12 und der zweite Auslegerabschnitt 13 sind ferner über mindestens einen Geometrieaktor 18, insbesondere unmittelbar, miteinander verbunden. Der mindestens eine Geometrieaktor 18 dient zum unmittelbaren Verändern der Geometrie des Auslegers 7, insbesondere für eine Relativpositionierung der beiden Auslegerabschnitte 12, 13 zueinander. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Geometrieaktoren 18 vorgesehen. Die Geometrieaktoren 18 sind in Verlängerung der jeweiligen Gurtrohre 9 angeordnet. Insbesondere dann, wenn ein oder mehrere Gelenkelemente unmittelbar an den Gurtrohr 9 angeordnet sind, ist es denkbar, dem jeweils bezüglich der Auslegerlängsachse dem gegenüberliegend angeordneten Gurtrohr einen Geometrieaktor anzubringen. Insbesondere ist es denkbar, dass die Geometrieaktoren 18 und Gelenkelemente 14 jeweils spiegelsymmetrisch zur Wippebene angeordnet sind. Der Geometrieaktor 18 ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel als kraft- und/oder längenveränderliches Element ausgeführt. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Geometrieaktor 18 ein hydraulisches Zylinderelement, wobei das Zylindergehäuse schwenkbar an einem Gurtrohr 9 des unten angeordneten ersten Auslegerabschnitts 12 verbunden ist. Ein Stößel des hydraulischen Zylinderelements ist schwenkbar mit einem Gurtrohr 9 des oben angeordneten zweiten Auslegerabschnitts 13 verbunden. Die Wirklinie des Geometrieaktors 18 ist parallel und beabstandet zu der Auslegerlängsachse 11 angeordnet. In dem in 1 gezeigten undeformierten Zustand des Auslegers 7 ist die Wirklinie des Geometrieaktors 18 parallel zu den jeweiligen Gurtrohren 9 der Auslegerabschnitte 12, 13. Die Geometrieaktoren 18 bilden eine Verstelleinheit 19. Es ist auch denkbar, dass die Verstelleinheit 19 genau einen Geomtrieaktor 18 oder mehr als zwei Geometrieaktoren 18 umfasst. Die Geometrieaktoren 18 sind ansteuerbar, also aktivierbar. Die Verstelleinheit 19 ist aktivierbar. Die Geometrieaktoren 18 sind außerhalb der Wippebene und außerhalb der Lastebene angeordnet. Die Gelenkachse 15 ist in der Wippebene und in der Lastebene enthalten. Die Gelenkachse 15 kann auch außerhalb der Wippebene und außerhalb der Lastebene angeordnet sein.
Im Kopfbereich des Auslegers 7 ist eine Lastangriffseinheit 16 vorgesehen. Die Lastangriffseinheit 16 umfasst mehrere Umlenkrollen 17 sowie mindestens ein nicht dargestelltes Hebeseil und einen daran befestigten, nicht dargestellten Haken zum Heben einer Last. Durch das Heben einer Last wird eine Belastung in den Ausleger 7 eingeprägt.
Unmittelbar an dem Ausleger 7 ist eine erste Sensoreinheit 20 zum Erfassen einer Verformung des Auslegers 7 quer zu der Lastebene des Krans 1 vorgesehen. Die erste Sensoreinheit 20 umfasst ein erstes Sensorelement 21 und ein mit dem ersten Sensorelement 21 korrespondierendes zweites Sensorelement 22. Das erste Sensorelement 21 ist als Quell-Element ausgeführt, insbesondere als Lichtquelle. Das zweite Sensorelement 22 ist als Ziel-Element ausgeführt, insbesondere als Lichtdetektor. Das zweite Sensorelement 22 dient zum Empfangen einer Information des ersten Sensorelements 21. Die Sensorelemente 21, 22 sind derart am Ausleger 7 angebracht, dass eine Quellrichtung 23 und eine Zielrichtung 24 zueinander parallel und insbesondere parallel zu der Auslegerlängsachse 11 orientiert sind. Eine direkte Verbindungslinie zwischen den Sensorelementen 21, 22 ist parallel zur Auslegerlängsachse 11. In diesem Zustand ist eine Signalübertragung von dem Quell-Element zu dem Ziel-Element störungsfrei möglich.
Es ist auch denkbar, dass das erste Sensorelement 21 ein kombiniertes Quell-/Ziel-Element ist, also eine Lichtquelle mit integriertem Lichtdetektor. Das zweite Sensorelement kann in diesem Fall als Licht-Reflektor ausgeführt sein. Die Wirkung ist bei dieser Ausführung identisch, da eine störungsfreie Signalübertragung zwischen den beiden Sensorelementen 21, 22 nur dann möglich ist, wenn die direkte Verbindungslinie zwischen den beiden Sensorelementen parallel zur Auslegerlängsachse 11 orientiert ist. Die Sensorelemente 21, 22 ermöglichen also insbesondere die Erfassung einer Deformation des Auflegers 7.
Es ist auch möglich, die Anordnung des ersten Sensorelements 21 mit dem des zweiten Sensorelements 22 zu vertauschen.
Die erste Sensoreinheit 20 und die Verstelleinheit 19 stehen mit einer zentralen Regelungseinheit 25, die in einer Kransteuerung 26 integriert sein kann, in Signalverbindung. Die Signalverbindung kann kabelgebunden oder kabellos erfolgen.
Ferner ist eine zweite Sensoreinheit 27 zum Erfassen äußerer Einwirkungen vorgesehen. In der zweiten Sensoreinheit 27 sind gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Neigungssensor 28, ein Beschleunigungssensor 29 und ein Windmesser 30 zusammengefasst. Es ist denkbar, zusätzlich ein Thermometer in die zweite Sensoreinheit 27 zu integrieren. Wesentlich ist, dass die zweite Sensoreinheit 27 möglicherweise auftretende äußere Belastungen misst. Die zweite Sensoreinheit 27 ist mit der Regelungseinheit 25 in Signalverbindung.
Der Kran 1 weist ferner eine Überwachungseinheit 31 auf, die es einem Kranbetreiber ermöglicht, den Betrieb des Krans 1 und insbesondere die Verformung des Auslegers 7 quer zur Lastebene zu überwachen. Die Überwachungseinheit 31 weist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Kameras 32 auf, die an dem Ausleger 7 derart angebracht sind, dass eine Überwachung des Auslegers 7 jeweils vom Fußbereich und vom Kopfbereich ausgehend möglich ist. Einem Kranfahrer oder einem Kranbetreiber wird dadurch das Einsehen von Bereichen des Krans 1 ermöglicht, die vom Arbeitsplatz des Kranführers aus nicht sichtbar sind. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Überwachungsmöglichkeit für den Kranbetreiber.
Dazu weist die Überwachungseinheit 31 insbesondere eine Anzeigeeinheit, insbesondere in Form eines nicht dargestellten Monitors, auf, die im Bereich des Arbeitsplatzes des Kranführers angeordnet ist.
Die Wirkungsweise des Geomtrieaktors 18 ist in 3 dargestellt. Einer der in Folge der Last F verursachten Verformung des Auslegersystems wird mittels der Geometrieaktoren 18 entgegengewirkt, indem eine Drehung des oberen Auslegerabschnitts 13 im Gegenuhrzeigersinn um die Gelenkachse 15 des Gelenkelements 14 erfolgt. Der in 3 rechts dargestellte Geometrieaktor 18 wird gegenüber einer in 2 dargestellten Neutralstellung ausgefahren und/oder der in 3 links dargestellte Geometrieaktor 18 wird gegenüber einer in 2 dargestellten Neutralstellung eingefahren. Das Auslegersystem wird zur Lastebene gedreht, insbesondere soweit, bis die Last F auf der Auslegerlängsachse 11 angeordnet ist.
Nachfolgend wird anhand der 1 bis 4 ein Verfahren zum Betreiben des Krans 1 in 1 näher erläutert. Ausgangssituation ist der undeformierte Zustand des Auslegers 7. Dieser Zustand ist ein Kran-Idealzustand 7. In diesem Zustand 33 ist der Ausleger 7, also die Auslegerlängsachse 11, linear. In Folge einer Belastungssituation des Krans 1 und insbesondere des Auslegers 7 ergibt sich ein von dem Zustand 33 abweichender Verformungszustand 34. Der Zustand 33 ist in 2 in durchgezogener Linie dargestellt. Der Verformungszustand 34 ist in 2 in gestrichelter Linie dargestellt. In dem Verformungszustand 34 werden Signale der ersten Sensoreinheit 20 und der zweiten Sensoreinheit 27 ermittelt. Die erste Sensoreinheit 20 liefert Informationen über die Verformung des Auslegers 7 quer zur Lastebene. Die zweite Sensoreinheit 27 liefert Informationen über einen Neigungswinkel des Krans 1 gegenüber der Horizontalen, über eine Windgeschwindigkeit und über eine Drehbeschleunigung des Oberwagens 4 gegenüber dem Unterwagen 2. Der Neigungssensor 28 kann am Oberwagen 4, der Drehverbindung 3 und/oder dem Unterwagen 2 angeordnet sein. Es ist insbesondere denkbar, dass mehr als ein Neigungssensor 28 vorgesehen ist. Insbesondere kann der Neigungssensor 28 an einem Auslegerfuß, also insbesondere im Bereich der Auslegerwippachse 6, angeordnet sein.
Der Beschleunigungssensor 29 ist insbesondere am Oberwagen 4 angeordnet, um die Drehbeschleunigung des Oberwagens zu erfassen. Es ist denkbar, mehrere Beschleunigungssensoren 29 am Oberwagen 4 anzuordnen, insbesondere am Auslegerkopf.
Der Windmesser 30 ist am Auslegerkopf angeordnet, um die dort herrschende Windgeschwindigkeit zu erfassen.
Diese Informationen und Messwerte werden der Regelungseinheit 25 übermittelt. In einem Regelungs-/Stellschritt werden von der Regelungseinheit 25 Stellsignale für die Verstelleinheit 19 erzeugt und an diese übermittelt. Die Stellsignale sind derart erzeugt, dass die Verformung des Auslegers 7 möglichst klein bleibt und insbesondere idealerweise verschwindet, also null ist.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel greift eine äußere Last F bei dem verformten Ausleger 7 außermittig gegenüber der Auslegerlängsachse 11 an. Eine Deformation des Auslegers 7’ kann auch aus einer geometrischen Imperfektion oder äußeren Lasten folgen. Die Verformung führt insbesondere zu einem Verkippen des oberen, zweiten Auslegerabschnitts 13 gegenüber dem unteren, ersten Auslegerabschnitt 12 um die Gelenkachse 15. Zusätzlich ist es denkbar, dass eine Deformation der Auslegerabschnitte 12, 13 selbst auftritt. Um der Verformung unmittelbar entgegenzuwirken, bewirken die Stellsignale, die während des Regelungs-/Stellschritts 35 erzeugt worden sind, eine Expansion, also Verlängerung, der in 3 rechts dargestellten Geometrieaktoren 18 und eine Kontraktion, also Verkürzung, der in 3 links dargestellten Geometrieaktoren 18. Dadurch wird der zweite Auslegerabschnitt 13 um die Gelenkachse 15 im Gegenuhrzeigersinn gemäß 3 verlagert.
Der Ausleger 7 wird von dem verformten Zustand zurück in den Ausgangszustand verlagert. Durch das Aktivieren der Geometrieaktoren 18 erfolgt ein aktives Reduzieren der Verformung des Auslegers 7 quer zur Lastebene. Das aktive Reduzieren erfolgt mittels der aktivierbaren Verstelleinheit 19. Die Verstelleinheit 19 wird über die Regelungseinheit 25 aktiviert. Es ist auch denkbar, dass ein manuelles Aktivieren der Verstelleinheit 19 beispielsweise durch einen Kranbetreiber erfolgt. Das Reduzieren der Verformung des Auslegers 7 ist in 4 durch den Verfahrensschritt 36 dargestellt. Alternativ zu dem Regelungs-/Stellschritt 35 kann ein Regelungs-/Stellschritt 35’ erfolgen, der anhand einer weiteren Ausführung noch erläutert wird. Insbesondere dann, wenn eine geregelte Verformungsreduzierung vorgesehen ist mittels der Regelungseinheit 25, erfolgt ein ständiges Rückführen von Messergebnissen der Sensoreinheiten 20, 27, also eine kontinuierliche Überwachung innerer und äußerer Lasten. Das bedeutet, dass die Verfahrensschritte 34, 35 und 36 wiederholt hintereinander ausgeführt werden können.
Der Ist-Zustand des Krans 1 und insbesondere des Auslegers 7 wird kontinuierlich kontrolliert in einem Kontrollschritt 37. Wenn die Kontrolle ergibt, dass die Ist-Verformung innerhalb eines vorgebbaren, veränderlich einstellbaren Toleranzbereichs liegt, kann eine erhöhte Tragfähigkeit des Krans 1 für den Betrieb freigegeben werden. In diesem Zustand 38 weist der Kran 1 eine erhöhte Tragfähigkeit und somit eine erhöhte Funktionalität auf. Sofern die Kontrolle ergibt, dass die Auslegerverformung außerhalb des Toleranzbereichs liegt, wird zum Betreiben des Krans 1 eine Standard-Tragfähigkeit zugrunde gelegt. In diesem Zustand 39 entspricht der Kran 1 einem aus dem Stand der Technik bekannten Kran ohne aktivierte Verstelleinheit, wie dies in 2 dargestellt ist. Die erhöhte Tragfähigkeit ist nicht freigegeben.
5 und 6 zeigen eine weitere Ausführung eines Auslegers 7 für einen Kran 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Geometrieaktoren 40 sind zumindest abschnittsweise in Gurtrohren 9 benachbarter Auslegerabschnitte 12, 13 angeordnet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Geometrieaktor 18 als hydraulisches Zylinderelement ausgeführt, wobei das Zylinderrohr in einem der Gurtrohre ortsfest gehalten ist. Gemäß 6 ist das Zylinderrohr in dem links dargestellten Gurtrohr 9 gehalten. Der Stößel des Zylinderelements ist mit einem freien Ende in einer dafür vorgesehenen Aufnahme 41 ortsfest in dem in 6 rechts dargestellten Gurtrohr 9 des zweiten Auslegerabschnitts 13 gehalten. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Stößel eine kugelkopfförmige Endung auf. Entsprechend ist die Aufnahme 41 mit einer zu der kugelkopfförmigen Endung korrespondierenden Ausnehmung ausgebildet. Der Stößel ist in der Aufnahme 41 bezüglich einer Längsverschiebung entlang der Gurtrohre 9 fixiert. Der Stößel ist in der Aufnahme 41 gelenkig angeordnet. Durch eine Längenveränderung des hydraulischen Zylinderelements ist eine unmittelbare Veränderung der Geometrie des Auslegers 7 gewährleistet.
Bei dem Gittermastausleger 7 ist es denkbar, eine Verformung ohne Gelenk, also ohne gelenkige Anordnung des Stößels in der Aufnahme 41 dadurch zu bewerkstelligen, dass eine Vielzahl der Geometrieaktoren 40, die als Kurzhubaktoren ausgeführt sind, vorzusehen. Jeder einzelne Kurzhubaktor erzeugt vergleichsweise geringe Verformungen, die innerhalb der Materialgrenzen liegen. Bei vergleichsweise großen Verstellwegen ist die gelenkige Anordnung vorteilhaft. Zusätzlich oder alternativ können andere Konstruktionsprinzipien wie beispielsweise ein Rohranschluss, der nicht als Rahmeneck wirkt, dienen.
7 zeigt eine weitere Ausführung einer Verstelleinheit für einen Kran. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Der Ausleger 42 weist zwei seitliche Abspanneinheiten 43 auf. Die Abspanneinheiten 43 dienen zum Abspannen des Auslegers 42 quer zur Lastebene mit einer Abspannkraft, die insbesondere als Zugkraft entlang eines Abspannelements einer seitlichen Auslegerabspanneinheit 43 wirkt. Die seitlichen Auslegerabspanneinheiten 43 sind achsensymmetrisch zu der Auslegerlängsachse 11 angeordnet. Derartige Auslegerabspanneinheiten 43 sind an sich aus der DE 20 2008 006 167 U1 bekannt, auf die bezüglich Details der seitlichen Auslegerabspanneinheiten 43 verwiesen wird.
Die Auslegerabspanneinheiten 43 weisen Abspannelemente 44 auf, die jeweils im Kopfbereich und im Fußbereich des Auslegers 42 angelenkt sind. Die Abspannelemente 44 sind jeweils zwischen dem Kopfbereich und dem Fußbereich des Auslegers 42 über eine Abspannstütze 45 geführt. Der Ausleger 42 ist ein Teleskopausleger.
Die Verstelleinheit 19 weist zwei Abspannaktoren 46 auf, die zum Erhöhen der Abspannkraft vorgesehen sind. Die Abspannaktoren 46 sind als Seilwinden ausgeführt, die fest am Ausleger 42 und insbesondere an dem größten Teleskop-Rohr angeordnet sind. Das Seil 48 der Seilwinde ist über eine Umlenkrolle 47, die insbesondere an der Abspannstütze 45 befestigt ist, zu dem Kopfbereich des Auslegers 42 geführt.
In Folge einer äußeren Belastung F und/oder in Folge von Störeinflüssen kann der Ausleger 42 deformieren und eine nicht-lineare Auslegerlängsachse 11’ aufweisen. Der verformte Zustand des Auslegers 42 ist in 7 in gestrichelter Linie dargestellt. In diesem Zustand ist eine ungestörte Signalübertragung zwischen den Sensorelementen 21 und 22’ der ersten Sensoreinheit 20 nicht mehr möglich. Aufgrund dessen verursacht die Regelungseinheit 25 ein Stellsignal für die Verstelleinheit 19, insbesondere für den in 7 links dargestellten Abspannaktor 46 in Form der Seilwinde. Die Seilwinde wird derart angetrieben, gemäß 7 im Gegenuhrzeigersinn, dass das Seil 48 auf die Seilwinde aufgerollt wird. Dadurch wird die Zugkraft in dem Seil 48, das parallel zu dem Abspannelement 44 geführt ist, erhöht. Der Ausleger 42 wird im Kopfbereich zurück in die Idealposition, gemäß 7 nach links, gezogen. Das bedeutet, dass die Regelungseinheit 25 derart auf die Abspannaktoren 46 einwirkt, dass die Verformung des Auslegers quer zur Lastebene gegenüber den einwirkenden Lasten und Vorformen optimiert wird. Dieser Verfahrensschritt ist in 4 mit 35’ gekennzeichnet.
8 und 9 zeigen eine weitere Ausführung einer Verstelleinheit eines Krans. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Wesentlicher Unterschied gegenüber den vorstehenden Ausführungen ist, dass die Verstelleinheit 19 einen mit der Lastangriffseinheit 16 und dem Ausleger 49 verbundenen Lastangriffsaktor 50 aufweist. Dadurch ist es ermöglicht, dass die Lastangriffseinheit 16, insbesondere die am Kopfbereich des Auslegers 49 angeordneten Umlenkrollen 17, relativ zu dem Ausleger 49, insbesondere quer zur Lastebene, verlagerbar sind. Dazu ist der Lastangriffsaktor 50, der als kraft- und/oder längenveränderliches Element ausgeführt ist, fest mit dem Ausleger 49, insbesondere in eine dafür vorgesehenen Halterung 51, am Kopfbereich des Auslegers 49 befestigt. Die Lastangriffseinheit 16 ist entlang eines Führungssystems 52 quer zur Lastebene an dem Ausleger 49 geführt verlagerbar. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Führungssystem 52 Schienen auf, entlang derer die Lastangriffseinheit 16 auf Rollen geführt verlagert werden kann. Der Lastangriffsaktor 50 dient zum unmittelbaren Verlagern des Lastangriffsorts am Ausleger 49. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lastangriffsaktor 50 als hydraulisches Zylinderelement ausgeführt.
Bei einer Verformung des Auslegers 49 werden der Lastangriffsaktor 50 und die Halterung 51 mit verlagert. Um zu vermeiden, dass auch die Lastangriffseinheit 16 außermittig verlagert wird, kann der Lastangriffsaktor 50 durch Ausfahren derart aktiviert werden, dass die Lastangriffseinheit 16 zurück in Richtung Idealposition verlagert wird. Eine Deformation des Auslegers 49 selbst wird bei diesem Ausführungsbeispiel bewusst toleriert, solange der Lastangriffsort in einem vorgegebenen Toleranzbereich ist.
In 10 ist eine Seitenansicht des Krans 1 gemäß 1 gezeigt. Daraus wird deutlich, dass eine weitere Verstelleinheit 19a unmittelbar zwischen dem Oberwagen 4 und dem Ausleger 7 angebracht ist. Mittels der Verstelleinheit 19a ist es möglich, den Neigungswinkel der Wippachse 6 gegenüber der Horizontalen zu verändern. Insbesondere greift die Verstelleinheit 19a am Fuß des Auslegers 7 an. Die Verstelleinheit 19a umfasst mindestens einen, insbesondere zwei, Exzenterbolzen, insbesondere sind also zwei Exzenterbolzen entlang der Wippachse 6 an den Fußlagern des Außlegers 7 zur Verbindung desselben mit dem Oberwagen 4 vorgesehen. Die Exzenterbolzen weisen eine Querschnittsfläche zur Wippachse 6 auf, die exzentrisch bezüglich der Wippachse 6 ausgeführt ist. Durch Drehen des Exzenterbolzens um die Wippachse 6 ist die Neigung der Wippachse gegenüber der Horizontalen beeinflussbar. Dadurch ist es möglich, eine Neigung des Auslegers 7 quer zur Lastebene zu beeinflussen. Durch Verdrehen des Exzenterbolzens wird eine Schrägstellung, also eine Neigung, des Auslegerfußes quer zur Lastebene hervorgerufen. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise durch ein gegensinniges Verdrehen von zwei Exzenterbolzen eine horizontale Ausrichtung der Wippachse bei geneigter Anordnung des Oberwagens 4 zu erreichen.
11 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Krans gemäß 1. In 11 ist eine weitere Verstelleinheit 19b dargestellt, die unmittelbar zwischen dem Unterwagen 2 und dem Oberwagen 4 angeordnet ist. Durch die Verstelleinheit 19b sind Unterwagen 2 und Oberwagen 4 unmittelbar miteinander verbunden. Die Verstelleinheit 19b ist unabhängig von der Drehverbindung 3 zwischen Oberwagen 4 und Unterwagen 2 angeordnet. Die Verstelleinheit 19b ermöglicht eine Relativverlagerung zwischen Oberwagen 4 und Unterwagen 2.
Zusätzlich oder alternativ kann eine in 11 gestrichelt angedeutete, weitere Verstelleinheit 19c in der Drehverbindung 3 integriert ausgeführt sein, um eine Relativverlagerung, insbesondere eine Beeinflussung der Neigung der Auslegerlängsachse 11 gegenüber dem Untergrund 8 zu ermöglichen.
Rein schematisch ist in 11 eine Bodenabstützeinheit dargestellt. Die Bodenabstützeinheit umfasst einen im Wesentlichen horizontalen Stützträger 54 und einen im Wesentlichen vertikal angeordneten Stützzylinder 55. An dem Kran können mehrere Bodenabstützeinheiten angeordnet sein. Die Bodenabstützeinheiten sind insbesondere mit dem Unterwagen 2 und/oder mit dem Oberwagen 4 verbunden. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Verstelleinheit 19d an der Bodenabstützeinheit vorgesehen. Die weitere Verstelleinheit 19d ist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel seitlich an dem Stützzylinder 55 angebracht. Mittels dieser Verstelleinheit 19d ist es möglich, eine Neigung des Krans 1, insbesondere des Unterwagens 2 gegenüber dem Boden 8 derart anzupassen, dass die Lastebene vertikal orientiert ist. Das bedeutet, dass die Wippachse 6 horizontal orientiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008006167 U1 [0002, 0018, 0065]
DE 202013001183 U1 [0002]
DE 102009016033 A1 [0002]
DE 102013205173 A1 [0002]
DE 202013011183 U1 [0018]

Claims

Kran mit a. einem Auslegersystem (7; 42; 49), b. einer Sensoreinheit (20, 27) zum Ermitteln einer Verformung des Auslegersystems (7; 42; 49) quer zu einer Lastebene, c. einer aktivierbaren Verstelleinheit (19; 19a; 19b; 19c; 19d) zur Beeinflussung der Verformung des Auslegersystems (7; 42; 49) quer zur Lastebene.
Kran gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Sensoreinheit (20, 27) und mit der Verstelleinheit (19; 19a; 19b; 19c; 19d) in Signalverbindung stehende Regelungseinheit (25) zum geregelten Beeinflussen der Verformung des Auslegersystems (7; 42; 49) quer zur Lastebene und/oder eine mit der Sensoreinheit (20, 27) in Signalverbindung stehende Überwachungseinheit (31) zum Überwachen der Verformung des Auslegersystems (7; 42; 49) quer zur Lastebene.
Kran gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktivierbare Verstelleinheit an dem Auslegersystem (7; 42; 49) angeordnet ist.
Kran gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (19a; 19b; 19c) zur Beeinflussung der Verformung des Auslegersystems an – einer Bodenabstützeinheit eines Unterwagens des Krans, – im Unterwagen, – zwischen dem Unterwagen und einem Oberwagen des Krans, – im Oberwagen und/oder – zwischen dem Oberwagen und dem Auslegersystem angeordnet ist.
Kran gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (20) ein erstes Sensorelement (21) und ein damit korrespondierendes zweites Sensorelement (22) aufweist, wobei insbesondere eine direkte Verbindungslinie zwischen den Sensorelementen (21, 22) in einem unverformten Zustand des Auslegers (7; 42; 49) parallel zur Auslegerlängsachse (11) orientiert ist.
Kran gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (27) zum Erfassen von äußeren Einwirkungen dient und insbesondere einen Neigungsgeber (28), einen Beschleunigungsaufnehmer (29), ein Windmesser (30), Dehnungsmesser, Kraftmesser und/oder ein Thermometer umfasst.
Kran gemäß einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine quer zur Lastebene und/oder entlang einer Auslegerlängsachse (11) wirkenden Auslegerabspanneinheit (43) vorgesehen ist, wobei die Verstelleinheit (19; 19a; 19b; 19c; 19d) einen Abspannaktor (46) zum Anpassen der Abspannkraft aufweist, wobei der Abspannaktor (46) insbesondere als Seilwinde, Zylinderelement, Spindeltrieb, kraft- oder längenveränderliche Abspannstütze und/oder als längs der Auslegerlängsachse (11) verlagerbarer Anlenkpunkt der Abspannung ausgeführt ist.
Kran gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (7) einen ersten Auslegerabschnitt (12) und einen zweiten Auslegerabschnitt (13) aufweist, wobei die Verstelleinheit (19; 19a; 19b; 19c; 19d) mindestens einen mit dem ersten Auslegerabschnitt (12) und mit dem zweiten Auslegerabschnitt (13) verbundenen Geometrieaktor (18; 40) zum unmittelbaren Verändern der Geometrie des Auslegers (7) aufweist, wobei insbesondere mindestens ein den ersten Auslegerabschnitt (12) und den zweiten Auslegerabschnitt (13) miteinander verbindendes Gelenkelement (14) vorgesehen ist.
Kran gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (7) als Gittermastausleger ausgeführt ist, wobei der Geometrieaktor (40) zumindest abschnittsweise in Gurtrohren (9) benachbarter Auslegerabschnitte (12, 13) angeordnet ist.
Kran gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (19; 19a; 19b; 19c, 19d) einen mit einer Lastangriffseinheit (16) und dem Ausleger (49), insbesondere im Kopfbereich angeordneten, verbundenen Lastangriffsaktor (50) zum unmittelbaren Verlagern des Lastangriffsorts am Ausleger (49) aufweist, wobei der Lastangriffsaktor (50) insbesondere als Zylinderelement, Spindeltrieb, Linearmotor oder Triebstock ausgeführt ist.
Verfahren zum Beeinflussen einer Verformung eines Auslegersystems eines Krans gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfassend die Verfahrensschritte – Ermitteln einer Verformung des Auslegersystems (7; 42; 49) quer zur Lastebene mittels einer Sensoreinheit (20, 27) und – Beeinflussen der Verformung des Auslegersystems mittels einer aktivierbaren Verstelleinheit (19; 19a; 19b, 19c; 19d).
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein geregeltes Beeinflussen der Verformung des Auslegersystems mittels einer mit der Sensoreinheit (20, 27) und mit der Verstelleinheit (19; 19a; 19b; 19c; 19d) in Signalverbindung stehenden Regelungseinheit (25) erfasst und/oder ein Überwachen der Verformung des Auslegersystems mittels einer mit der Sensoreinheit (20, 27) in Signalverbindung stehenden Überwachungseinheit (31) und ein manuelles Beeinflussen der Verstelleinheit erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch ein Ermitteln von äußeren Einwirkungen mittels der Sensoreinheit (27).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch ein Berechnen einer Soll-Verformung des Auslegersystems mittels einer Berechnungseinheit, die insbesondere in der Regelungseinheit (25) integriert ist, und ein geregeltes Beeinflussen einer Ist-Verformung solange, bis die mittels der Sensoreinheit (20) ermittelte Ist-Verformung innerhalb eines vorgebbaren, veränderlich einstellbaren, Toleranzbereichs der Soll-Verformung liegt, zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Überwachen einer maximalen Tragfähigkeit des Krans (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kran (1) bei Ausfall der Sensoreinheit (20, 27), der Verstelleinheit-(19; 19a; 19b; 19c; 19d), der Regelungseinheit (25) und/oder der Überwachungseinheit (31) in einen sicheren Betriebsmodus wechselt.