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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen hydraulischen Kran gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, vorzugsweise einen Lastkran, ein Verfahren gemäß dem Anspruch
7 zur Berechnung der Ermüdungserscheinung
eines solchen Krans und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 zur Registrierung des
Hochhebens und Absetzens einer Last bei solch einem Kran.
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Ein derartiger hydraulischer Kran
ist durch die
JP 57 154 504 bekannt.
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Ein hydraulischer Kran ist, wie alle
anderen mechanischen Konstruktionen, einer zunehmenden Ermüdungserscheinung
während
des Betriebs ausgesetzt. Wenn die Ermüdungserscheinung einen bestimmten
Wert erreicht hat, ergibt sich ein großes Risiko von Kranzusammenbrüchen, die
zu ernsten personellen Verletzungen oder teuren Beschädigungen an
dem Kran selbst oder an Objekten in der Umgebung des Krans führen können. Um
einen sicheren und problemlosen Betrieb des Krans zu ermöglichen, ist
es deshalb ein großes
Bedürfnis,
die zunehmende Ermüdungserscheinung
des Krans zu berechnen. Auf der Grundlage einer solchen berechneten
Ermüdungserscheinung
ist es möglich,
den Zustand des Krans und sein Erfordernis einer Wartung abzuschätzen.
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Ein heutzutage verwendetes Verfahren
zur Berechnung der zunehmenden Ermüdungserscheinung von hydraulischen
Kränen
basiert darauf, daß die
Betriebszeit des Krans mittels eines Zeitzählers berechnet wird. Dabei
wird normalerweise die Zeit registriert, in der die Pumpe eingeschaltet
ist, die in dem hydraulischen System enthalten ist. Dies stellt jedoch
eine relativ schlechte Messung der zunehmenden Ermüdungserscheinung
des Kranes dar, da ein und derselbe Kran oft für verschiedene Arten von Arbeitsbetrieben
mit sehr unterschiedlicher Intensität benutzt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird somit
darin gesehen, einen hydraulischen Kran zu entwickeln, bei welchem
es möglich
ist, die zunehmende Ermüdungserscheinung
des Krans in einfacher und wirkungsvoller Weise zu berechnen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der
Kran Mittel aufweist, die mit einem Drucksensor in dem Hubzylinder des
Krans verbunden sind, wobei die Mittel ein Hochheben und Absetzen
einer Last durch Ermitteln der Geschwindigkeit von Druckveränderungen
in dem Zylinder registrieren und die Registrierungsmittel das Hochheben
und Absetzen der Last registrieren, wenn die Geschwindigkeit der
ermittelten Druckveränderung
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Auf diese Weise kann das Hochheben
und Absetzen einer Last durch den Kran in sehr einfacher Weise und
mit einfachen und billigen Mitteln registriert werden. Durch das
Hochheben und Absetzen der Last, was durch die Mittel registriert
wird, ist es möglich,
die Anzahl der Hebezyklen, die von dem Kran ausgeführt werden,
zu bestimmen, was eine Messung darstellt, die in guter Beziehung
zu der zunehmenden Ermüdungserscheinung
des Krans steht. Es hat sich gezeigt, daß die Anzahl der durchgeführten Hebezyklen
eine wesentlich bessere Messung der Ermüdungserscheinung des Krans
darstellt als die Zeit, in welcher der Kran in Betrieb gewesen ist.
Jeder Hebezyklus trägt
nämlich
zu einem Zunehmen der Ermüdungserscheinung
des Kranes bei und die Dauer eines Hebezyklus kann von beispielsweise 30
Sekunden, wenn der Kran für
Ausgrabungen mit einer hydraulischen Schaufel verwendet wird, bis
zu einigen Stunden variieren, wenn der Kran bei Montagearbeiten
verwendet wird um beispielsweise einen Transformator zu heben und
zu positionieren und diesen an einer Stelle zu halten, bis er an
dem vorgesehenen Ort fixiert ist. Im erstgenannten Fall wird die totale
Ermüdungserscheinung
des Krans beträchtlich höher sein
als in dem letztgenannten Fall während derselben
Zeitperiode.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Endung sieht vor, daß das
Registrierungsmittel mit einem oder mehreren Sensoren verbunden
ist, die Informationen betreffend die Steuerung und/oder die Bewegung
des Kranes zu dem Registrierungsmittel liefern, wobei die Registrierungsmittel
mittels dieser Information bestimmen, ob oder ob nicht eine Senkbewegung
des Krans stattfindet und daß die
Registrierungsmittel das Hochheben einer Last nicht registrieren,
wenn eine schnelle Druckveränderung
in dem Zylinder in Verbindung mit einer bestimmten Senkbewegung
nachgewiesen wird. Auf diese Weise werden die Mittel davor geschützt, durch
eine schnelle Druckveränderung
getäuscht
zu werden, welche durch den induzierten Druck an der Kolbenseite
des Zylinders bedingt ist, welcher sich durch Senkbewegungen dadurch
ergibt, daß ein
gewisser Druck auf der Kolbenstengelseite erforderlich ist, um das
Lasthalteventil des hydraulischen Systems zu öffnen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf
ein Verfahren zur Registrierung des Hochhebens und des Absetzens
einer Last bei einem hydraulischen Kran gemäß Anspruch 5 und auf ein Verfahren
zur Berechnung der Ermüdungserscheinung
eines hydraulischen Krans gemäß Anspruch
7.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der Zeichnungen näher
erläutert.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Hierbei stellen dar:
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1 Eine
Teilansicht eines hydraulischen Krans, der mit einer Schaufel ausgestattet
ist,
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2 eine
Teilansicht eines hydraulischen Krans, der mit einem Kragarm ausgestattet
ist,
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3 eine
schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung und
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4 eine
schematische Ansicht einer Steuereinheit mit einer Anzahl von Steuerteilen
zum Steuern von verschiedenen Kranfunktionen.
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In der Beschreibung wird der Ausdruck
Betriebsmittel benutzt, um die hydraulischen Kraftteile zu bezeichnen,
welche die Kranbewegungen ausführen,
die von dem Bediener des Krans angeordnet werden. Der Ausdruck Betriebsmittel
umfaßt
folglich die hydraulischen Zylinder 8, 9, 10, 14, 17 und 19,
die nachstehend erwähnt
sind. Der Ausdruck Steuerungsteil bezieht sich auf die Teile, beispielsweise Betätigungshebel,
mit welchen der Bediener die Ventilteile reguliert, die in dem Steuerungssystem
enthalten sind, die den Fluß der
hydraulischen Flüssigkeit zu
den entsprechenden Betriebsmitteln steuern. In dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
bestehen die Ventilteile aus sogenannten Wegeventilteilen.
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In 1 ist
ein hydraulischer Kran 1 gezeigt, der an einem Rahmen 2 angeordnet
ist, wobei der Rahmen beispielsweise mit einem Lastgestell verbunden
sein kann. Der Rahmen ist mit verstellbaren Stützbeinen 3 zum Stützen des
Krans 1 ausgestattet. Der Kran enthält eine Säule 4, die bezüglich des
Rahmens 2 um eine im wesentlichen senkrechte Achse drehbar
ist. Der Kran enthält
weiterhin einen inneren Ausleger 5, der gelenkig mit der
Säule 4 verbunden ist,
einen äußeren Ausleger 6,
der gelenkig mit dem inneren Ausleger 5 verbunden ist,
und einen Verlängerungsausleger 7,
der verschiebbar mit dem äußeren Ausleger 6 verbunden
ist. Der innere Ausleger 5 wird mittels eines hydraulischen
Hubzylinders 8 betrieben, der äußere Ausleger 6 mittels
eines hydraulischen äußeren Auslegerzylinders 9 und
der Verlängerungsausleger 7 mittels
eines hydraulischen Verlängerungsauslegerzylinders 10.
In dem gezeigten Beispiel ist ein Rotator 11 gelenkig an
dem äußeren und
dem Verlängerungsausleger
befestigt, wobei der Rotator bei seiner Drehung ein hydraulisches
Greifwerkzeug in Form einer Schaufel 12 trägt. Zwei Schaufelteile 13,
die in der Schaufel 12 enthalten sind, können relativ
zueinander mittels eines hydraulischen Greifzylinders 14 betrieben
werden, um die Schaufel 12 zu öffnen und zu schließen. Der
Rotator 11 ist drehbar bezüglich des Verlängerungsauslegers 7 mittels
nicht gezeigter hydraulischer Betriebsmittel.
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In dem Beispiel gemäß 1 ist der Kran 1 ausgerüstet, um
Ausgrabungen durchzuführen. Wenn
der Kran 1 für
einen genauen Hebebetrieb verwendet wird, kann der Rotator 11 und
die Schaufel 12 entfernt werden und durch einen Hebehaken
ersetzt werden. Um Hebevorgänge
durchzuführen,
die einen großen
Bereich erfordern, wird der Rotator 11 und die Schaufel 12 durch
einen Kragarm 15, siehe 2, ersetzt.
Der Kragarm 15 weist einen Kragarmausleger 16 auf,
der an dem Verlängerungsausleger 7 gelenkig
befestigt ist und mittels eines hydraulischen Kragarmauslegerzylinders 17 betrieben
wird. Der Kragarm kann weiterhin einen Verlängerungsausleger 18 aufweisen,
der mittels eines hydraulischen Verlängerungsauslegerzylinders 19 betrieben
werden kann. Ein und derselbe Kran kann folglich für eine große Anzahl
von verschiedenen Arbeitsbetrieben benutzt werden, wobei die Intensität (Hebefrequenz)
beträchtlich
variieren kann.
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Neben den in 1 und 2 gezeigten
Kranelementen kann der Kran auch mit einer hydraulisch gesteuerten
Winde ausgestattet sein, die in Verbindung mit einem Hebehaken entweder
mit oder ohne Kragarm verwendet werden kann. Der Kran 1 kann auch
mit anderen Arten von hydraulischen Greifwerkzeugen als einer Schaufel
ausgestattet sein, beispielsweise Greifwerkzeuge zum Hantieren mit Schrott
oder Paletten mit Baumaterial wie Steine oder Bauplatten.
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Das Steuerungssystem zum Steuern
der verschiedenen Kranfunktionen, zum Beispiel Heben/Senken mittels
des Hubzylinders 8, Kippen mittels des äußeren Auslegerzylinders 9,
Verlängerung/Verkürzung mittels
des Verlängerungsauslegerzylinders 10 etc.,
enthält
eine Pumpe 20, die hydraulische Flüssigkeit von einem Reservoir 21 zu
einem Wegeventilblock 22 pumpt. Der Wegeventilblock 22 enthält einen
Wegeventilteil 23 für
jedes der hydraulischen Betriebsmittel 8, 9, 10, 14, 17, 19,
an welche hydraulische Flüssigkeit
in einer üblichen
Weise geliefert wird in Abhängigkeit
von der Position des Schiebeteils in dem entsprechenden Ventilteil 23.
Die Position der Schiebeteile in den Wegeventilteilen 23 wird
entweder über
eine Anzahl von Steuerungsteilen in Form von Steuerhebeln 24 kontrolliert,
wobei jeder Hebel mit seinem eigenen Schiebeteil verbunden ist,
oder die Position wird durch eine Fernsteuerung über eine Steuereinheit 25,
siehe 4, gesteuert,
welche einen Steuerungshebel für
das entsprechende Schiebeteil aufweist. Im Falle einer Fernsteuerung
werden die Steuersignale über
ein Kabel übertragen
oder über
eine drahtlose Verbindung von der Steuerungseinheit 25 zu
einem Mikroprozessor, der bei Betrieb die Position der Schiebeteile
in den Ventilteilen 23 des Wegeventilblocks 22 in
Abhängigkeit von
der Größe des entsprechenden
Steuerungssignals von der Kontrolleinheit 25 steuert.
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Jedes einzelne Wegeventilteil 23 steuert folglich
die Größe und die
Richtung des Flusses der hydraulischen Flüssigkeit zu einem spezifischen
Betriebsmittel und steuert dadurch eine spezifische Kranfunktion.
Aus Gründen
der Klarheit ist nur der Wegeventilteil 23 für den Hubzylinder 8 in 3 dargestellt.
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Der Wegeventilblock 22 weist
weiterhin ein Nebenventil 26, mit dem überschüssige hydraulische Flüssigkeit
zurück
zu dem Reservoir 21 gepumpt werden kann, und ein elektrisch
gesteuertes Entleerventil 27 auf, mit dem die gesamte hydraulische
Flüssigkeit
von der Pumpe zurück
zu dem Reservoir 21 gebracht werden kann.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Wegeventilblock 22 von einem lastsensitiven und druckkompensierenden
Typ, was bedeutet, daß der hydraulische
Fluß,
der zu einem Betriebsmittel geliefert wird, zu jeder Zeit proportional
zu der Position des Schiebeteils in dem entsprechenden Wegeventilteil 23 ist,
das heißt
proportional zu der Position des Hebels 24. Das Wegeventilteil 23 weist
ein druckbegrenzendes Teil 28, ein druckkompensierendes
Teil 29 und das Wegeventil 30 auf. Der Wegeventilblock und
die Wege ventilteile dieses Typs sind bekannt und auf dem Markt erhältlich.
Jedoch können
auch andere Arten des Wegeventils als hier beschrieben verwendet
werden.
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Ein Lasthalteventil 31 ist
zwischen dem entsprechenden Betriebsmittel und dem zugeordneten Wegeventilteil 23 angeordnet,
wobei das Lasthalteventil sicherstellt, daß die Last hängen bleibt,
wenn das hydraulische System ohne Druck in Folge des Entleerventils 27 ist,
das den ganzen hydraulischen Fluß von Pumpe 20 direkt
zu dem Reservoir 21 zurückgegeben
hat.
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Ein Sensor 32 ist an jedem
der Wegeventilteile 23 angeordnet, um die Bewegungen des
Ventilschiebeteils in dem entsprechenden Wegeventilteil 23 nachzuweisen.
Diese Sensoren 32 sind mit einer Prozessoreinheit 33 verbunden,
die in passender Weise durch einen Mikroprozessor gebildet ist.
Mittels dieser Sensoren 32 kann die Prozessoreinheit 33 Informationen
erhalten, daß ein
bestimmtes Ventilschiebeteil beeinflußt ist und dadurch, wie der
Kran gesteuert ist. Falls die Ventilschiebeteile über eine Fernsteuerungseinheit 25 reguliert
werden, kann die Prozessoreinheit 33 statt dessen Informationen
erhalten, wie der Kran gesteuert ist, indem die Steuerungssignale,
welche von der Steuerungseinheit 25 übertragen werden, gelesen werden.
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Der Kran weist weiterhin ein Lastnachweismittel
in Form eines Drucksensors 34 auf, um den hydraulischen
Druck in dem Hubzylinder 8 zu messen. Der Drucksensor 34 ist
ebenso wie die Sensoren 32 in den Ventilteilen 23 mit
der Prozessoreinheit 33 verbunden.
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Der Kran 1 weist weiterhin
ein Mittel 36 auf, das registriert, wenn der Kran eine
Last hochhebt und absetzt. Die Mittel 36, die von nun an
als " Hubzähler" bezeichnet werden,
registrieren dies durch Nachweisen der Geschwindigkeit der Druckveränderungen
in dem Hubzylinder 8 des Krans, wobei die Druckveränderungen
durch den Drucksensor 34 gemessen werden, der dem Hubzylinder 8 zugeordnet
ist. Während eine
Last hochgehoben wird, steigt der Druck in dem Hubzylinder 8 gerade
in dem Moment sehr schnell an, wenn die Last von der Unterlage hochgehoben wird
und gerade frei hängt.
Die gleiche schnelle Druckveränderung
tritt auf, wenn die Last abgesetzt wird und nichts mehr durch den
Kran getragen wird. Diese Druckveränderungen sind viel schneller
als die Druckveränderungen,
die durch die normalen natürlichen
Schwankungen bedingt sind, die zu jeder Zeit in der Stahlstruktur
des Krans präsent
sind, und dadurch kann der Hubzähler 36 "Hochheben" und "Schwankungen" trennen. Folglich
wird ein Hochheben und ein Absetzen einer Last regi striert, wenn
die Geschwindigkeit der Druckveränderung
in dem Hubzylinder 8 einen gewissen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Wenn es zu Lasten kommt, die sehr
klein für den
Kran sind (etwa kleiner als 10 % der maximalen Kapazität des Krans),
kann es problematisch sein, ein Hochheben und ein Absetzen einer
Last in der vorbeschriebenen Weise zu registrieren. Jedoch bringen
diese kleinen Lasten einen so kleinen Beitrag zu der zunehmenden
Ermüdungserscheinung,
daß sie
in diesem Zusammenhang vernachlässigt
werden können.
Eine ernstere Komplikation für
den Hubzähler 36 ist
jedoch der induzierte Druck auf der Kolbenseite des Hubzylinders,
der sich während
Senkbewegungen dadurch ergibt, daß ein bestimmter Druck auf der
Kolbenstengelseite erforderlich ist, um das Lasthalteventil 31 zu öffnen, das
mit dem Hubzylinder 8 assoziiert ist. Praktische Tests
haben gezeigt, daß dies
solch eine schnelle Druckveränderung
geben kann, daß der
Hubzähler
getäuscht
wird. Dieses Problem kann jedoch dadurch gelöst werden, daß der Hubzähler 36 über die
Sensoren, welche die Bewegungen der Schiebeteile in den Wegeventilteilen 23 registrieren,
Informationen enthält,
ob eine Senkbewegung des Krans stattfindet oder nicht. In diesem Zusammenhang
registriert der Hubzähler 36 ein Hochheben
einer Last nicht, wenn eine schnelle Druckveränderung in dem Hubzylinder 8 stattfindet
in Verbindung mit einer gleichzeitigen Registrierung einer Senkbewegung.
Der Kran kann auch mit anderen Arten von Sensoren wie hier beschrieben
ausgestattet werden, um dem Hubzähler 36 Informationen
zu geben, ob der Kran eine Senkbewegung durch Nachweis der Steuerung
und/oder der Bewegungen des Krans ausführt oder nicht.
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Der Hubzähler 36 ist passend
durch einen Mikroprozessor gebildet und ist vorzugsweise mit der Prozessoreinheit 33 verbunden,
an welche er Informationen überträgt, welche
die registrierten Hochheben und Absetzen einer Last betreffen. In 3 ist der Hubzähler 36 als
eine Einheit gezeigt, welche separat von der Prozessoreinheit ist,
aber er kann vorteilhafterweise in diese integriert sein.
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Der Kran 1 weist weiterhin
Mittel 35, vorzugsweise integriert in die Prozessoreinheit 33 zur
Berechnung der zunehmenden Ermüdungserscheinung des
Krans auf, wobei diese Mittel 35 die Ermüdungserscheinung
auf der Grundlage der Anzahl des registrierten Hochhebens und Absetzens
einer Last durch den Hubzähler 36 berechnen.
Es ist hier realisiert, daß ein
Hochheben und ein nachfolgendes Absetzen einer Last einem ausgeführten Hubzyklus
entspricht. Die berechnete Ermüdungserscheinung
wird dem Betreiber und/oder dem Wartungspersonal des Krans mittels
eines angepaßten
Displaymittels präsentiert.
Es ist auch möglich,
daß die
Prozessoreinheit 33 ein Signal oder einen Alarm aussendet,
wenn die zugenommene Ermüdungserscheinung
einen gewissen vorbestimmten Wert erreicht hat.
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Die Information von einem Hubzähler 36 von der
Art, wie hier beschrieben, kann auch für andere Funktionen in einem
Kran als für
die Berechnung einer zunehmenden Ermüdungserscheinung verwendet
werden. Die Information kann beispielsweise in einem System zum
Steuern der maximal erlaubten Hubkraft in einem hydraulischen Kran
verwendet werden, wie näher
in einer Patentanmeldung beschrieben ist, welche gleichzeitig mit
der hier vorliegenden Patentanmeldung eingereicht wurde.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt
und eine Vielzahl von Abänderungen
sind im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche möglich.