WO2017174196A1 - Kran - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kran (1), insbesondere einen Turmdrehkran, mit einem an einem Hubseil angebrachten Lastaufnahmemittel (208), Antriebseinrichtungen zum Bewegen mehrerer Kranelemente und Verfahren des Lastaufnahmemittels, sowie einer Steuervorrichtung (3) zum Steuern der Antriebseinrichtungen derart, dass das Lastaufnahmemittel entlang eines Verfahrwegs zwischen zumindest zwei Zielpunkten verfährt, wobei die Steuervorrichtung ein Verfahrweg-Bestimmungsmodul (300) zum Bestimmen eines gewünschten Verfahrwegs zwischen den zumindest zwei Zielpunkten, und ein automatisches Verfahr-Steuer-Modul (310) zum automatischen Verfahren des Lastaufnahmemittels entlang des bestimmten Verfahrwegs besitzt.

Description

Kran

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kran, insbesondere einen Turmdrehkran, mit einem an einem Hubseil angebrachten Lastaufnahmemittel, Antriebseinrichtungen zum Bewegen mehrerer Kranelemente und Verfahren des Lastaufnahmemittels, sowie einer Steuervorrichtung zum Steuern der Antriebseinrichtungen derart, dass das Lastaufnahmemittel entlang eines Verfahrwegs zwischen zumindest zwei Zielpunkten verfährt.

Um den Lasthaken eines Krans zwischen zwei Zielpunkten verfahren zu können, müssen üblicherweise diverse Antriebseinrichtungen betätigt und gesteuert werden. Beispielsweise bei einem Turmdrehkran, bei dem das Hubseil von einer Laufkatze abläuft, die am Ausleger des Krans verfahrbar ist, muss üblicherweise das Drehwerk, mittels dessen der Turm mit dem darauf vorgesehenen Ausleger bzw. der Ausleger relativ zum Turm um eine aufrechte Drehachse verdreht werden kann, sowie der Katzantrieb, mittels dessen die Laufkatze entlang des Auslegers verfahren werden kann, und das Hubwerk, mittels dessen das Hubseil verstellt und damit der Lasthaken angehoben und abgesenkt werden kann, jeweils betätigt und gesteuert werden. Die genannten Antriebseinrichtungen werden hierbei üblicherweise vom Kranführer über entsprechende Bedienelemente wie beispielsweise in Form von Joysticks, Kippschaltern oder Drehknöpfe und dergleichen betätigt und gesteuert, was erfahrungsgemäß viel Gefühl und Erfahrung benötigt, um die Zielpunkte rasch und dennoch sanft ohne größere Pendelbewegungen anzufahren. Zwischen den Zielpunkten soll dabei möglichst rasch gefahren werden, während am jeweiligen Zielpunkt sanft angehalten werden soll.

Ein solches Steuer der Antriebseinrichtungen eines Krans ist angesichts der erforderlichen Konzentration für den Kranführer ermüdend, zumal oft immer wiederkehrende Verfahrwege und monotone Aufgaben zu erledigen sind, beispielsweise wenn beim Betonieren ein am Kranhaken aufgenommener Betonkübel vielfach zwischen einem Betonmischer, an dem der Betonkübel befüllt wird, und einem Betonierbereich, in dem der Betonkübel entleert wird, hin und her verfahren werden muss. Zum anderen kommt es bei nachlassender Konzentration oder auch nicht ausreichender Erfahrung mit dem jeweiligen Krantyp zu größeren Pendelbewegungen der aufgenommenen Last und damit zu einem entsprechenden Gefährdungspotential.

Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kran der eingangs genannten Art zu schaffen, der Nachteile des Standes der Technik vermeidet und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll ein ermüdungsfreierer Kranbetrieb mit reduziertem Risiko unerwünschter Lastpendelbewegungen erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch einen Kran gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Es wird also vorgeschlagen, die Steuervorrichtung im Sinne eines Autopiloten auszubilden, der das Lastaufnahmemittel des Krans automatisch zwischen zumindest zwei Zielpunkten verfahren kann. In die Steuervorrichtung ist ein Automatikmodus implementiert, in dem die Steuervorrichtung ohne manuelle Betätigung der Bedienelemente des Steuerstands durch den Maschinenführer den Lasthaken bzw. das Lastaufnahmemittel zwischen den Zielpunkten verfährt. Erfindungsgemäß besitzt die Steuervorrichtung ein Verfahrweg-Bestimmungsmodul zum Bestimmen eines gewünschten Verfahrwegs zwischen den zumindest zwei Zielpunkten, und ein automatisches Verfahr-Steuer-Modul zum automatischen Verfahren des Lastaufnahmemittels entlang des bestimmten Verfahrwegs. Mit dem genannten Verfahrweg-Bestimmungsmodul kann zwischen zwei Zielpunkten interpoliert werden bzw. eine Berechnung von Zwischenstellungen vorgenommen werden, die den Verfahrweg zwischen zwei Zielpunkten näher bestimmen. Das Verfahr-Steuer-Modul steuert dann anhand der interpolierten bzw. berechneten Zwischenstellungen die Antriebsregler bzw. Antriebseinrichtungen an, um mit dem Lastaufnahmemittel die genannten Zwischenstellungen und Zielpunkte anzufahren bzw. den bestimmten Verfahrweg automatisch abzufahren.

Der genannte Automatikmodus der Steuervorrichtung vermeidet ein vorzeitiges Ermüden des Kranführers und erleichtert insbesondere monotone Arbeiten wie ein ständiges Hin- und Herfahren zwischen zwei festen Zielpunkten. Zum anderen können durch die automatische Bestimmung des Verfahrwegs zwischen den Zielpunkten und die Ansteuerung der Antriebseinrichtungen in Abhängigkeit des solchermaßen festgelegten Verfahrwegs unerwünschte Pendelbewegungen der aufgenommenen Last durch ungeschickte Betätigung der manuellen Bedienelemente oder schlecht gewählte Verfahrwege vermieden werden.

Die Bestimmung des Verfahrwegs zwischen den Zielpunkten kann dabei grundsätzlich in verschiedener Art und Weise erfolgen. Beispielsweise kann das genannte Verfahrweg-Bestimmungsmodul ein PTP- bzw. Punkt-zu-Punkt- Steuermodul aufweisen, welches dazu ausgebildet ist, zwei Zielpunkte exakt anzufahren, wobei der Bahnverlauf zwischen den Punkten jedoch nicht fest definiert ist.

Ein solches PTP-Steuermodul kann hierbei eine Überschleiffunktion beinhalten, mittels derer der Verfahrweg so bestimmt wird, dass zum zeitoptimalen Verfahren ein definierter Zielpunkt nicht genau angefahren, sondern bei Erreichen dessen Überschleifbereichs zum nächsten Punkt abgebogen wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann die genannte Überschleiffunktion des PTP- Steuermoduls dabei asynchron arbeitend ausgebildet sein, so dass mit dem Überschleifen begonnen wird, wenn die letzte zu betätigende Antriebsachse bzw. Antriebseinrichtung die Raumkugel um den genannten Punkt herum erreicht. Alternativ kann die Überschleiffunktion auch synchron ausgebildet bzw. gesteuert sein, so dass mit dem Überschleifen begonnen wird, sobald die führende Bewegungs- bzw. Antriebsachse in die Raumkugel um den programmierten Punkt herum eindringt.

Alternativ oder zusätzlich zu dem genannten PTP-Steuermodul kann das Verfahrweg-Bestimmungsmodul jedoch auch ein Vielpunkt-Steuermodul aufweisen, welches zwischen zwei anzufahrenden Zielpunkten eine Vielzahl von Zwischenpunkten bestimmt, vorzugsweise derart, dass die genannten Zwischenpunkte eine dichte Folge von zeitäquidistanten Punkten bilden. Das Anfahren solcher zeitäquidistanten Zwischenpunkte, die in dichter Folge angeordnet sind, benötigt näherungsweise dieselbe Zeitspanne, so dass eine insgesamt harmonische Betätigung der Antriebseinrichtungen und damit ein harmonisches Verfahren der Kranelemente erreicht werden kann.

Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen Multipunkt-Steuermodul kann die Bestimmung des Verfahrweges auch durch ein Bahnsteuermodul erfolgen, welches eine kontinuierliche, mathematisch definierte Bewegungsbahn zwischen den Zielpunkten berechnet. Ein solches Bahnsteuermodul kann dabei einen Interpolator umfassen, der entsprechend einer vorgegebenen Bahnfunktion oder -teilfunktion beispielsweise in Form einer Geraden, eines Kreises oder eines Polynoms Zwischenwerte auf der berechneten Raumkurve ermittelt und sie an die Antriebseinrichtungen bzw. deren Antriebsregler gibt. Ein solcher Interpolator kann eine Linearinterpolation und/oder eine Kreisinterpolation und/oder eine Splineinterpolation und/oder Sonderinterpolationen, beispielsweise Bezier- oder Spiralinterpolationen ausführen, wobei dies mit oder ohne Überschleifen ausgeführt werden kann.

Die Programmierung bzw. Bestimmung der Bahnführung bzw. des Verfahrweges kann online oder offline erfolgen.

Bei einer Online-Programmierung kann die Bestimmung des gewünschten Verfahrweges insbesondere durch eine Teach-in-Einrichtung vorgenommen werden, mittels derer gewünschte Ziel- und Zwischenpunkte des gewünschten Verfahrweges durch manuelle Betätigung der Bedienelemente der Steuervorrichtung oder auch durch Betätigung eines Programmierhandgerätes angefahren werden, wobei die Teach-in-Einrichtung die genannten Ziel- und Zwischenpunkte speichert. Vorteilhafterweise kann ein erfahrener Kranführer mit der Steuerkonsole den Kran bzw. dessen Lasthaken entlang eines gewünschten Verfahrwegs zwischen den Endpunkten verfahren. Alle so erreichten Koordinaten bzw. Zwischenpunkte können in der Steuerung gespeichert werden. Im Automatikbetrieb kann die Steuervorrichtung des Krans dann alle gespeicherten Ziel- und Zwischenpunkte autonom anfahren.

Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Teach-in-Einrichtung kann das Verfahrweg-Bestimmungsmodul auch eine Playback-Einrichtung zum Bestimmen des gewünschten Verfahrweges durch manuelles Verfahren des Lasthakens entlang des gewünschten Verfahrwegs aufweisen. Während des manuellen Führens des Lasthakens entlang des gewünschten Verfahrwegs werden Koordinaten bzw. Zwischenpunkte aufgezeichnet, so dass die Steuervorrichtung des Krans die entsprechenden Bewegungen exakt wiederholen kann.

Alternativ oder zusätzlich können zur Online-Programmierung des gewünschten Verfahrweges auch noch weitere Maßnahmen ergriffen werden, beispielsweise eine Online-Programmierung vorgegebener Programmblöcke oder eine sensorgestützte Programmierung. Eine Offline-Bestimmung des gewünschten Verfahrweges kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung insbesondere durch Anbindung des Verfahrweg- Bestimmungsmoduls an einen externen Leitrechner erfolgen, der Zugriff auf ein Bauwerkdatenmodell besitzt und auf Basis der digitalen Daten des Bauwerkdatenmodells Ziel- und/oder Zwischenpunkte für die Bestimmung des Verfahrweges bereitstellt. Anhand der aus dem Bauwerkdatenmodell bereitgestellten Ziel- und/oder Zwischenpunkte kann das Verfahrweg- Bestimmungsmodul dann in der zuvor erläuterten Weise den Verfahrweg bestimmen, beispielsweise durch PTP-Steuerung, Vielpunktsteuerung oder Bahnsteuerung.

In einem solchen Bauwerkdatenmodell, das auch als BIM-Modell bezeichnet wird, sind digitale Informationen über das zu errichtende bzw. zu bearbeitende Bauwerk enthalten, wobei es sich hierbei insbesondere um ein Gesamtmodell handelt, das in der Regel die dreidimensionalen Planungen aller Gewerke, den Zeitplan und auch den Kostenplan enthält. Solche Bauwerkdaten- bzw. BIM-Modelle sind in der Regel computerlesbare Dateien oder Dateikonglomerate und ggf. verarbeitende Computerprogrammbausteine zum Verarbeiten solcher Daten, in denen Informationen und Charakteristika, die das zu errichtende bzw. zu bearbeitende Bauwerk und dessen relevante Eigenschaften in Form digitaler Daten beschreiben.

Anhand der vorteilhafterweise dreidimensionalen Bauwerkdaten, die als CAD- Daten vorliegen können, können für vorzunehmende Kranhübe die Zielpunkte bestimmt werden, wobei hierfür vorteilhafterweise ein Kranhub-Bestimmungsmodul vorhanden sein kann, das einerseits Zielpunkte für einen solchen Kranhub und deren Koordinaten identifiziert, beispielsweise die Anlieferungsstation eines Betonmischers und der Entleerbereich des Betonkübels für eine Betonieraufgabe. Zusätzlich können dann für die Bestimmung des Verfahrwegs Bauwerksdaten, die die Geometrie des Bauwerks in der jeweiligen Bauphase wiedergeben, berücksichtigt werden, um Kollisionen mit bereits existierenden Konturen des Bauwerks zu vermeiden. Sind solchermaßen die Zielpunkte und Kollisionen vermeidende Zwischenpunkte für den Verfahrweg identifiziert, können diese dem Verfahrweg-Bestimmungsmodul zur Verfügung gestellt werden, welches dann anhand dieser Ziel- und Zwischenpunkte in der bereits beschriebenen Weise den Verfahrweg bestimmt.

Für die Bestimmung des Verfahrwegs können auch Zwischenpunkte gesetzt werden, die Arbeitsbereichsbegrenzungen des Krans berücksichtigen, beispielsweise um Kollisionen mit anderen Kranen zu vermeiden. Solche Arbeitsbereichsbegrenzungen bzw. solche Arbeitsbereichsbegrenzungen definierende Daten können ebenfalls aus dem genannten Bauwerkdatenmodell gewonnen bzw. bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine manuelle Eingabe solcher Arbeitsbereichsbegrenzungen direkt am Kran möglich, die dann ebenfalls berücksichtigt werden können, wenn der gewünschte Verfahrweg für einen automatisierten Hub bestimmt und Zwischenpunkte hierfür gesetzt werden. Vorteilhafterweise können solche Arbeitsbereichsbegrenzungen auch dynamisch berücksichtigt werden, insbesondere wenn entsprechende digitale Daten für die Arbeitsbereichsbegrenzungen aus dem Bauwerkdatenmodell bzw. BIM-Modell bereitgestellt werden, welches Baufortschritte und sich ergebende Änderungen in verschiedenen Bauphasen berücksichtigt.

Das automatische Verfahr-Steuer-Modul der Steuervorrichtung des Krans kann grundsätzlich verschieden arbeiten, wobei das Verfahr-Steuer-Modul insbesondere autark arbeitend ausgebildet sein kann dahingehend, dass Verfahrgeschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen und die entsprechenden Ansteuersignale für die Antriebseinrichtungen nicht den Verfahrgeschwindigkeiten oder Beschleunigungen entsprechen müssen, die beispielsweise beim Teach-in- Prozess oder bei der Playback-Programmierung vorgegeben wurden. Das Verfahr- Steuer-Modul kann die Verfahrgeschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen der Antriebe autark bestimmen, insbesondere dahingehend, dass einerseits hohe Verfahrgeschwindigkeiten erreicht und die Leistung der Antriebseinrichtungen ausgenutzt wird, andererseits jedoch ein sanftes und pendelfreies Anfahren der Zielpunkte erreicht wird. Insbesondere kann das genannte Verfahr-Steuer-Modul an eine Pendeldämpfungseinrichtung angebunden sein und/oder Vorgaben einer Pendeldämpfungseinrichtung berücksichtigen. Solche

Pendeldämpfungseinrichtungen für Krane sind grundsätzlich in verschiedenen Ausführungen bekannt, beispielsweise durch Ansteuerung der Drehwerk-, Wipp- und Laufkatzenantriebe in Abhängigkeit von bestimmten Sensorsignalen, beispielsweise Neigungs- und/oder Gyroskopsignalen. Beispielsweise zeigen die Schriften DE 20 2008 018 260 U1 oder DE 10 2009 032 270 A1 bekannte Lastpendeldämpfungen an Kranen, auf deren Gegenstand insoweit, d.h. hinsichtlich der Ausbildung der Pendeldämpfungseinrichtung, ausdrücklich Bezug genommen wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Verfahr-Steuer-Modul zur Pendeldämpfung insbesondere den Auslenkwinkel bzw. den Schrägzug des Lasthakens des Krans gegenüber einer Vertikalen berücksichtigen, die durch die Laufkatze bzw. den Aufhängungspunkt des Hubseils gehen kann. Eine entsprechende Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Auslenkung des Lastaufnahmemittels gegenüber der Vertikalen kann beispielsweise optisch arbeitend ausgebildet sein und eine bildgebende Sensorik, beispielsweise eine Kamera aufweisen, die vom Aufhängungspunkt des Hubseils, beispielsweise der Laufkatze, im Wesentlichen senkrecht nach unten blickt. Eine Bildauswerteeinrichtung kann in dem von der bildgebenden Sensorik bereitgestellten Bild den Kranhaken identifizieren und dessen Exzentrizität bzw. dessen Verschiebung aus dem Bildzentrum heraus bestimmen, welche ein Maß für die Auslenkung des Kranhakens gegenüber der Vertikalen ist und damit das Lastpendeln charakterisiert.

Das genannte Verfahr-Steuer-Modul kann die solchermaßen bestimmten Auslenkung des Lasthakens berücksichtigen und die Antriebseinrichtungen derart ansteuern und/oder deren Beschleunigungen und Geschwindigkeiten derart bestimmen, dass die Auslenkungen des Lasthakens gegenüber der Vertikalen minimiert werden bzw. ein bestimmtes Maß nicht überschreiten.

Vorteilhafterweise kann die Positionssensorik dazu ausgebildet sein, die Last relativ zu einem fixen Weltkoordinatensystem zu erfassen und/oder die Verfahr- Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Last relativ zu einem fixem Weltkoordinatensystem zu postionieren.

Vorteilhafterweise kann eine Steuereinrichtung vorgesehen werden, welche die Last relativ zum fixen Weltkoordinatensystem oder dem Kranfundament positioniert und somit nicht direkt abhängig von der Kranstrukturschwingung und der Kranposition ist. Durch eine solche Steuereinrichtung wird die Lastposition von der Kranschwingung entkoppelt, wobei die Last nicht direkt relativ zum Kran, sondern relativ zum fixen Weltkoordinatensystem oder dem Kranfundament geführt wird.

Insbesondere können Strukturschwingungen des Krans bzw. dessen Strukturteile in der Steuereinrichtung mit berücksichtigt und durch das Fahrverhalten gedämpft werden. Dies wirkt sich wiederum schonend auf den Stahlbau aus, welcher dadurch weniger beansprucht wird.

Durch die Lastpositionserfassung kann dabei auch eine Schrägzugreglung realisiert werden, welche eine statische Verformung durch die angehängte Last eliminiert bzw. zumindest reduziert. Um eine Schwingungsdynamik zu reduzieren bzw. gar nicht erst entstehen zu lassen, kann die Pendeldämpfungseinrichtung dazu ausgebildet sein, das Drehwerk und das Katzfahrwerk so zu korrigieren, dass das Seil möglichst immer im senkrechten Lot zur Last steht, auch wenn sich der Kran durch das zunehmende Lastmoment immer mehr nach vorne neigt. Beispielsweise kann beim Anheben einer Last vom Boden die Nickbewegung des Krans infolge seiner Verformung unter der Last berücksichtigt und das Katzfahrwerk unter Berücksichtigung der erfassten Lastposition so nachgefahren bzw. unter vorausschauender Abschätzung der Nickverformung so positioniert werden, dass das Hubseil bei der sich ergebenden Kranverformung im senkrechten Lot über der Last steht. Die größte statische Verformung tritt dabei an dem Punkt auf, an dem die Last den Boden verlässt. Dann ist keine Schrägzugregelung mehr notwendig. In entsprechender Weise kann alternativ oder zusätzlich auch das Drehwerk unter Berücksichtuigung der erfassten Lastposition so nachgefahren und/oder unter vorausschauender Abschätzung einer Querverformung so positioniert werden, dass das Hubseil bei der sich ergebenden Kranverformung im senkrechten Lot über der Last steht.

Eine solche Schrägzugregelung kann zu einem späteren Zeitpunkt vom Bediener wieder aktiviert werden, der dadurch den Kran als Manipulator verwenden kann. Hierddurch kann dieser die Last nur durch Drücken und/oder Ziehen nachpositionieren. Die Schrägzugregelung versucht dabei der Auslenkung, welche vom Bediener hervorgerufen wird, zu folgen. Dadurch kann eine Manipulatorsteuerung realisiert werden.

Insbesondere kann das Verfahr-Steuer-Modul bei den pendeldämpfenden Maßnahmen nicht nur die eigentliche Pendelbewegung des Seils an sich berücksichtigen, sondern auch die Dynamik des Stahlbaus des Krans und dessen Antriebsstränge. Der Kran wird nicht mehr als unbeweglicher Starrkörper angenommen, der Antriebsbewegungen der Antriebseinrichtungen unmittelbar und identisch, d.h. 1 :1 in Bewegungen des Aufhängungspunktes des Hubseils umsetzt. Stattdessen betrachtet die Pendeldämpfungseinrichtung den Kran als weiche Struktur, die in ihren Stahlbauteilen wie beispielsweise dem Turmgitter, und in Antriebssträngen Elastizitäten und Nachgiebigkeiten bei Beschleunigungen zeigt, und berücksichtigt diese Dynamik der Strukturteile des Krans bei der pendeldämpfenden Beeinflussung der Ansteuerung der Antriebseinrichtungen.

Vorteilhafterweise kann die Pendeldämpfungseinrichtung Bestimmungsmittel zum Bestimmen von dynamischen Verformungen und Bewegungen von Strukturbauteilen unter dynamischen Lasten umfassen, wobei der Steuerbaustein der Pendeldämpfungseinrichtung, der das Ansteuern der Antriebseinrichtung pendeldämpfend beeinflusst, dazu ausgebildet ist, beim Beeinflussen der Ansteuerung der Antriebseinrichtungen die bestimmten dynamischen Verformungen der Strukturbauteile des Krans zu berücksichtigen.

Die Pendeldämpfungseinrichtung betrachtet also vorteilhafterweise die Kran- bzw. Maschinenstruktur nicht als starre, sozusagen unendlich steife Struktur, sondern geht von elastisch verformbaren und/oder nachgiebigen und/oder relativ weichen Struktur aus, die - zusätzlich zu den Stellbewegungsachsen der Maschine wie beispielsweise der Auslegerwippachse oder der Turmdrehachse - Bewegungen und/oder Positionsänderungen durch Verformungen der Strukturbauteile zulässt.

Die Berücksichtigung der Beweglichkeit der Maschinenstruktur infolge von Strukturverformungen unter Last oder dynamischen Belastungen ist gerade bei langgestreckten, schlanken und von den statischen und dynamischen Randbedingungen her bewusst - unter Berücksichtigung der notwendigen Sicherheiten - ausgereizten Strukturen wie bei Turmdrehkranen von Bedeutung, da hier spürbare Bewegungsanteile beispielsweise für den Ausleger und damit die Lasthakenposition durch die Verformungen der Strukturbauteile hinzukommen. Um die Pendelursachen besser bekämpfen zu können, berücksichtigt die Pendeldämpfung solche Verformungen und Bewegungen der Maschinenstruktur unter dynamischen Belastungen.

Hierdurch können beträchtliche Vorteile erreicht werden:

Zunächst wird die Schwingungsdynamik der Strukturbauteile durch das Regelverhalten der Steuereinrichtung reduziert. Dabei wird durch das Fahrverhalten die Schwingung aktiv gedämpft bzw. durch das Regelverhalten erst gar nicht angeregt.

Ebenso wird der Stahlbau geschont und weniger beansprucht. Insbesondere Stoßbelastungen werden durch das Regelverhalten reduziert. Femer kann durch dieses Verfahren der Einfluss des Fahrverhaltens definiert werden.

Durch die Kenntnisse der Strukturdynamik und das Reglerverfahren kann insbesondere die Nickschwingung reduziert und gedämpft werden. Dadurch verhält sich die Last ruhiger und schwankt später in Ruhelage nicht mehr auf und ab.

Die vorgenannten elastischen Verformungen und Bewegungen der Strukturbauteile und Antriebsstränge und die sich hierdurch einstellenden Eigenbewegungen können grundsätzlich in verschiedener Art und Weise bestimmt werden. In Weiterbildung der Erfindung können die genannten Bestimmungsmittel eine Schätzeinrichtung umfassen, die die Verformungen und Bewegungen der Maschinenstruktur unter dynamischen Belastungen, die sich in Abhängigkeit von am Steuerstand eingegegebenen Steuerbefehlen und/oder in Abhängigkeit von bestimmten Ansteueraktionen der Antriebseinrichtungen und/oder in Abhängigkeit bestimmter Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsprofile der Antriebseinrichtungen ergeben, unter Berücksichtigung von die Kranstruktur charakterisierenden Gegebenheiten abschätzt.

Eine solche Schätzeinrichtung kann beispielsweise auf ein Datenmodell zugreifen, in dem Strukturgrößen des Krans wie Turmhöhe, Auslegerlänge, Steifigkeiten, Flächenträgheitsmomente und ähnliches abgelegt und/oder miteinander verknüpft sind, um dann anhand einer konkreten Lastsituation, also Gewicht der am Lasthaken aufgenommenen Last und momentane Ausladung, abzuschätzen, welche dynamischen Effekte, das heißt Verformungen im Stahlbau und in den Antriebssträngen für eine bestimmte Betätigung einer Antriebseinrichtung ergeben. In Abhängigkeit einer solchermaßen geschätzten dynamischen Wirkung kann die Pendeldämpfungseinrichtung dann in die Ansteuerung der Antriebseinrichtungen eingreifen und die Stellgrößen der Antriebsregler der Antriebseinrichtungen beeinflussen, um Pendelbewegungen des Lasthakens und des Hubseils zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Insbesondere kann die Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung solcher Strukturverformungen eine Berechnungseinheit aufweisen, die diese Strukturverformungen und sich daraus ergebende Strukturteilbewegungen anhand eines gespeicherten Berechnungsmodells in Abhängigkeit der am Steuerstand eingegebenen Steuerbefehle berechnet. Ein solches Modell kann ähnlich einem Finite-Elemente-Modell aufgebaut sein oder ein Finite-Elemente-Modell sein, wobei vorteilhafterweise jedoch ein gegenüber einem Finite-Elemente-Modell deutlich vereinfachtes Modell verwendet wird, das beispielsweise empirisch durch Erfassung von Strukturverformungen unter bestimmten Steuerbefehlen und/oder Belastungszuständen am echten Kran bzw. der echten Maschine bestimmt werden kann. Ein solches Berechnungsmodell kann beispielsweise mit Tabellen arbeiten, in denen bestimmten Steuerbefehlen bestimmte Verformungen zugeordnet sind, wobei Zwischenwerte der Steuerbefehle mittels einer Interpolationsvorrichtung in entsprechende Verformungen umgerechnet werden können.

Alternativ oder zusätzlich zu einem Abschätzen oder Berechnen der elastischen Verformungen und dynamischen Bewegungen der Strukturbauteile kann die Pendeldämpfungseinrichtung auch eine geeignete Sensorik umfassen, mittels derer solche elastischen Verformungen und Bewegungen von Strukturbauteilen unter dynamischen Belastungen erfasst werden. Eine solche Sensorik kann beispielsweise Verformungssensoren wie Dehnungsmessstreifen am Stahlbau des Krans, beispielsweise den Gitterfachwerken des Turms und/oder des Auslegers umfassen. Alternativ oder zusätzlich können Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssensoren vorgesehen sein, um bestimmte Bewegungen von Strukturbauteilen wie beispielsweise Nickbewegungen der Auslegerspitze und/oder rotatorische Dynamikeffekte am Ausleger zu erfassen.

Alternativ oder zusätzlich können auch Neigungssensoren oder Gyroskope beispielsweise am Turm, insbesondere an dessen oberen Abschnitt, an dem der Ausleger gelagert ist, vorgesehen sein, um die Dynamik des Turms zu erfassen. Beispielsweise führen ruckartige Hubbewegungen zu Nickbewegungen des Auslegers, die mit Biegebewegungen des Turm einhergehen, wobei eine Nachschwingen des Turm wiederum zu Nickschwingungen des Auslegers führt, was mit entsprechenden Lasthakenbewegungen einhergeht. Alternativ oder zusätzlich können auch den Antriebssträngen Bewegungs- und/oder Beschleunigungssensoren zugeordnet sein, um die Dynamik der Antriebsstränge erfassen zu können. Beispielsweise können den Umlenkrollen der Laufkatze für das Hubseil und/oder Umlenkrollen für ein Abspannseil eines Wippauslegers Drehgeber zugeordnet sein, um die tatsächliche Seilgeschwindigkeit am relevanten Punkt erfassen zu können.

Vorteilhafterweise sind auch den Antriebseinrichtungen selbst geeignete Bewegungs- und/oder Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungssensoren zugeordnet, um die Antriebsbewegungen der Antriebseinrichtungen entsprechend erfassen und in Zusammenhang mit den abgeschätzten und/oder erfassten Verformungen der Strukturbauteile wie des Stahlbaus und in den Antriebssträngen setzen zu können.

Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Berücksichtigung der Vorgaben einer Pendeldämpfungseinrichtung durch das Verfahr-Steuer-Modul können pendeldämpfende Maßnahmen auch bereits bei der Planung bzw. Bestimmung des gewünschten Verfahrwegs berücksichtigt werden. Beispielsweise kann das Verfahrweg-Bestimmungsmodul Knicke des Verfahrwegs runden oder Kurvenradien großzügig bemessen und/oder Schlangenlinien vermeiden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Turmdrehkrans, dessen Lasthaken zwischen zwei Zielpunkten in Form einer Betonanlieferungsstation und eines Betonierfelds hin und her zu verfahren ist, Fig. 2: ein schematisches Diagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise eines PTP-Steuermoduls, das den Verfahrweg im Sinne einer Punkt-zu-Punkt- Steuerung bestimmt,

Fig. 3: ein schematisches Diagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise eines

Vielpunkt-Steuermoduls, das den Verfahrweg im Sinne einer Vielpunkt- Steuerung bestimmt,

Fig. 4: die durch eine Vielpunkt-Steuerung erzeugte Verfahrbahn, die durch eine dichte Folge von zeitäquidistanten Punkten definiert wird, und

Fig. 5: zwei schematische Diagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise eines Bahnsteuermoduls, das den Verfahrweg als kontinuierliche, mathematisch berechnete Bewegungsbahn bestimmt, wobei das Teildiagramm (a) eine Bahnsteuerung ohne Überschleifen und das Teildiagramm (b) eine Bahnsteuerung mit Überschleifen zeigt,

Fig.6: eine schematische Darstellung eines Steuermoduls, das an den

Lasthaken oder ein daran befestigtes Bauteil angedockt werden kann, um den Lasthaken an einem Zielpunkt feinjustieren zu können oder für eine Play-Back oder Teach-In Programmierung händisch entlang einer gewünschten Bahn verfahren zu können, und

Fig. 7: eine schematische Darstellung von Verformungen und

Schwingungsformen eines Turmdrehkrans unter Last und deren Dämpfung bzw. Vermeidung durch eine Schrägzugregelung, wobei die Teilansicht a.) eine Nickverformung des Turmdehkrans unter Last und einen damit verknüpften Schrägzug des Hubseils zeigt, die Teilansichten b.) und c.) eine Querverformung des Turmdrehkrans in perspektivischer Darstellung sowie in Draufsicht von oben zeigen, und die Teilansichten d.) und e.) einen mit solchen Querverformungen verknüpften Schrägzug des Hubseils zeigen. Wie Fig. 1 zeigt, kann der Kran als Turmdrehkran ausgebildet sein. Der in Fig. 1 gezeigte Turmdrehkran kann beispielsweise in an sich bekannter Weise einen Turm 201 aufweisen, der einen Ausleger 202 trägt, der von einem Gegenausleger 203 ausbalanciert wird, an dem ein Gegengewicht 204 vorgesehen ist. Der genannte Ausleger 202 kann zusammen mit dem Gegenausleger 203 um eine aufrechte Drehachse 205, die koaxial zur Turmachse sein kann, durch ein Drehwerk verdreht werden. An dem Ausleger 202 kann eine Laufkatze 206 durch einen Katzantrieb verfahren werden, wobei von der Laufkatze 206 ein Hubseil 207 abläuft, an dem ein Lasthaken 208 befestigt ist.

Wie Fig. 1 ebenfalls zeigt, kann der Kran 2 dabei eine elektronische Steuervorrichtung 3 aufweisen, die beispielsweise einen am Kran selbst angeordneten Steuerungsrechner umfassen kann. Die genannte Steuervorrichtung 3 kann hierbei verschiedene Stellglieder, Hydraulikkreise, Elektromotoren, Antriebsvorrichtungen und andere Arbeitsaggregate an der jeweiligen Baumaschine ansteuern. Dies können beispielsweise bei dem gezeigten Kran dessen Hubwerk, dessen Drehwerk, dessen Katzantrieb, dessen -ggf. vorhandener - Ausleger- Wippantrieb oder dergleichen sein.

Die genannte elektronische Steuervorrichtung 3 kann hierbei mit einem Endgerät 4 kommunizieren, das am Steuerstand bzw. in der Führerkabine angeordnet sein kann und beispielsweise die Form eines Tablets mit Touchscreen und/oder Joysticks aufweisen kann, so dass einerseits verschiedene Informationen vom Steuerungsrechner 3 an dem Endgerät 4 angezeigt und umgekehrt Steuerbefehle über das Endgerät 4 in die Steuervorrichtung 3 eingegeben werden können.

Die genannte Steuervorrichtung 3 des Krans 1 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die genannten Antriebsvorrichtungen des Hubwerks, der Laufkatze und des Drehwerks auch dann anzusteuern, wenn der Lasthaken 208 und/oder ein daran aufgenommenes Bauteil wie beispielsweise ein Betonkübel händisch von einem Maschinenbediener mittels eines Handsteuermoduls 65 mit einem Handgriff 66 manipuliert, wie dies Fig. 6 zeigt, d.h. in eine Richtung gedrückt oder gezogen und/oder verdreht wird bzw. dies versucht wird, um ein händisches Feindirigieren der Lasthaken- und damit Betonkübelposition beispielsweise beim Betonieren zu ermöglichen.

Hierzu kann der Kran 1 eine Erfassungseinrichtung 60 aufweisen, die einen Schrägzug des Hubseils 207 und/oder Auslenkungen des Lasthakens 208 gegenüber einer Vertikalen 61 , die durch den Aufhängungspunkt des Lasthakens 208, d.h. die Laufkatze 206 geht, erfasst.

Die hierzu vorgesehenen Bestimmungsmittel 62 der Erfassungseinrichtung 60 können beispielsweise optisch arbeiten, um die genannte Auslenkung zu bestimmen. Insbesondere kann an der Laufkatze 206 eine Kamera 63 oder eine andere bildgebende Sensorik angebracht sein, die von der Laufkatze 206 senkrecht nach unten blickt, so dass bei unausgelenktem Lasthaken 208 dessen Bildwiedergabe im Zentrum des von der Kamera 63 bereitgestellten Bilds liegt. Wird indes der Lasthaken 208 gegenüber der Vertikalen 61 ausgelenkt, beispielsweise durch händisches Drücken oder Ziehen am Lasthaken 208 bzw. dem in Fig. 9 gezeigten Betonkübel 50, wandert die Bildwiedergabe des Lasthakens 208 aus dem Zentrum des Kamerabilds heraus, was durch eine Bildauswerteeinrichtung 64 bestimmt werden kann.

In Abhängigkeit der erfassten Auslenkung gegenüber der Vertikalen 61 , insbesondere unter Berücksichtigung der Richtung und Größe der Auslenkung, kann die Steuervorrichtung 3 den Drehwerksantrieb und den Laufkatzenantrieb ansteuern, um die Laufkatze 206 wieder mehr oder minder exakt über den Lasthaken 208 zu bringen, d.h. die Steuervorrichtung 3 steuert die Antriebsvorrichtungen des Krans 1 derart an, dass der Schrägzug bzw. die erfasste Auslenkung möglichst kompensiert wird. Hierdurch kann ein intuitives, einfaches Dirigieren und feines Einstellen der Position des Lasthakens und einer daran aufgenommenen Last erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die genannte Erfassungseinrichtung 60 auch das genannte Steuer-Modul 65 umfassen, das mobil ausgebildet und an den Lasthaken 208 und/oder eine daran angeschlagene Last andockbar ausgebildet sein kann. Wie Fig. 6 zeigt, kann ein solches Hand-teuer-Modul 65 beispielsweise einen Haltegriff 66 umfassen, der mittels geeigneter Haltemittel 67 vorzugsweise lösbar an dem Lastaufnahmemittel 208 und/oder einem daran angelenkten Bauteil wie beispielsweise dem Betonkübel befestigt werden kann. Die genannten Haltemittel 67 können beispielsweise Magnethalter, Saugnäpfe, Rasthalter, Bajonettverschlusshalter oder ähnliches umfassen.

Dem genannten Haltegriff 66 können Kraft- und/oder Momentensensoren 68 und ggf. bei einer möglichen beweglichen Lagerung oder Ausbildung des Haltegriffs 66 auch Bewegungssensoren zugeordnet sein, mittels derer auf den Haltegriff 66 ausgeübte Kräfte und/oder Momente und/oder Bewegungen erfasst werden können. Die dem Haltegriff 66 zugeordnete Sensorik ist dabei vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass die Kräfte und/oder Momente und/oder Bewegungen hinsichtlich ihrer Wirkrichtung und/oder betragsmäßigen Größe erfasst werden können, vgl. Fig. 6.

Anhand der am Haltegriff 66 ausgeübten Manipulationskräfte und/oder -momente und/oder -bewegungen, die von der Erfassungseinrichtung 60 erfasst werden, kann die Steuervorrichtung 3 die Antriebseinrichtungen des Krans 1 derart ansteuern, dass die erfassten händischen Manipulationen in motorische Kranstellbewegungen umgesetzt werden.

Das solchermaßen ermöglichte manuelle Dirigieren des Betonkübels bzw. des Lastaufnahmemittels 208 ermöglicht es einerseits, automatisiert angefahrene Zielpositionen nochmals fein nachzujustieren. Andererseits ermöglicht es auch ein Bestimmen des gewünschten Verfahrweges zwischen zwei Zielpunkten im Sinne einer Playback-Steuerung. Um automatisierte Kranhübe ausführen zu können, beispielsweise zwischen der Betonanlieferungsstation und der Betonierfläche automatisch hin und her fahren zu können, umfasst die Steuervorrichtung 3 ein Verfahrweg-Bestimmungsmodul 300 zum Bestimmen eines gewünschten Verfahrwegs zwischen zumindest zwei Zielpunkten sowie ein automatisches Verfahr-Steuer-Modul 310 zum automatischen Verfahren des Lastaufnahmemittels entlang des bestimmten Verfahrwegs durch entsprechendes Ansteuern der Antriebseinrichtung des Krans 200.

Um verschiedene Betriebsarten zu ermöglichen, kann das genannte Verfahrweg- Bestimmungsmodul 300 verschiedene Arbeitsmodi haben und entsprechende Module aufweisen, insbesondere ein PTP- bzw. Punkt-zu-Punkt-Steuermodul 301 , ein Vielpunkt-Steuermodul 302 und ein Bahnsteuermodul 303, vgl. Fig. 1.

Ein solches PTP-Steuermodul 301 kann hierbei eine Überschleiffunktion beinhalten, mittels derer der Verfahrweg so bestimmt wird, dass zum zeitoptimalen Verfahren ein definierter Zielpunkt nicht genau angefahren, sondern bei Erreichen dessen Überschleifbereichs zum nächsten Punkt abgebogen wird, vgl. Fig. 2.

In Weiterbildung der Erfindung kann die genannte Überschleiffunktion des PTP- Steuermoduls 301 dabei asynchron arbeitend ausgebildet sein, so dass mit dem Überschleifen begonnen wird, wenn die letzte zu betätigende Antriebsachse bzw. Antriebseinrichtung die Raumkugel um den genannten Punkt herum erreicht. Alternativ kann die Überschleiffunktion auch synchron ausgebildet bzw. gesteuert sein, so dass mit dem Überschleifen begonnen wird, sobald die führende Bewegungs- bzw. Antriebsachse in die Raumkugel um den programmierten Punkt herum eindringt.

Alternativ oder zusätzlich zu dem genannten PTP-Steuermodul 301 kann das Verfahrweg-Bestimmungsmodul 300 jedoch auch ein Vielpunkt-Steuermodul 302 aufweisen, vgl. Fig. 3, welches zwischen zwei anzufahrenden Zielpunkten 500, 510 eine Vielzahl von Zwischenpunkten 501 , 502, 503, 504 ...n bestimmt, vorzugsweise derart, dass die genannten Zwischenpunkte 501 , 502, 503, 504 ...n eine dichte Folge von zeitäquidistanten Punkten bilden, vgl. Fig. 4. Das Anfahren solcher zeitäquidistanten Zwischenpunkte 501 , 502, 503, 504 ...n , die in dichter Folge angeordnet sind, benötigt näherungsweise dieselbe Zeitspanne, so dass eine insgesamt harmonische Betätigung der Antriebseinrichtungen und damit ein harmonisches Verfahren der Kranelemente erreicht werden kann.

Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen Multipunkt-Steuermodul 302 kann die Bestimmung des Verfahrweges auch durch ein Bahnsteuermodul 303 erfolgen, welches eine kontinuierliche, mathematisch definierte Bewegungsbahn zwischen den Zielpunkten berechnet, vgl. Fig. 5. Ein solches Bahnsteuermodul kann dabei einen Interpolator umfassen, der entsprechend einer vorgegebenen Bahnfunktion oder -teilfunktion beispielsweise in Form einer Geraden, eines Kreises oder eines Polynoms Zwischenwerte auf der berechneten Raumkurve ermittelt und sie an die Antriebseinrichtungen bzw. deren Antriebsregler gibt. Ein solcher Interpolator kann eine Linearinterpolation und/oder eine Kreisinterpolation und/oder eine Splineinterpolation und/oder Sonderinterpolationen, beispielsweise Bezier- oder Spiralinterpolationen ausführen, wobei dies mit oder ohne Überschleifen ausgeführt werden kann. Fig. 5a zeigt eine Bahn ohne Überschleifen, Fig. 5b eine Bahn mit Überschleifen.

Die Programmierung bzw. Bestimmung der Bahnführung bzw. des Verfahrweges kann online oder offline erfolgen.

Bei einer Online-Programmierung kann die Bestimmung des gewünschten Verfahrweges insbesondere durch eine Teach-in-Einrichtung 320 vorgenommen werden, mittels derer gewünschte Ziel- und Zwischenpunkte des gewünschten Verfahrweges durch manuelle Betätigung der Bedienelemente der Steuervorrichtung oder auch durch Betätigung eines Programmierhandgerätes angefahren werden, wobei die Teach-in-Einrichtung 320 die genannten Ziel- und Zwischenpunkte speichert. Vorteilhafterweise kann ein erfahrener Kranführer mit der Steuerkonsole den Kran 2 bzw. dessen Lasthaken 208 entlang eines gewünschten Verfahrwegs zwischen den Endpunkten verfahren. Alle so erreichten Koordinaten bzw. Zwischenpunkte können in der Steuerung 3 gespeichert werden. Im Automatikbetrieb kann die Steuervorrichtung 3 des Krans 2 dann alle gespeicherten Ziel- und Zwischenpunkte autonom anfahren.

Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Teach-in-Einrichtung 320 kann das Verfahrweg-Bestimmungsmodul 300 auch eine Playback-Einrichtung 330 zum Bestimmen des gewünschten Verfahrweges durch manuelles Verfahren des Lasthakens entlang des gewünschten Verfahrwegs aufweisen. Während des manuellen Führens des Lasthakens 208 entlang des gewünschten Verfahrwegs, was beispielsweise mittels des Handsteuermoduls 65, vgl. Fig. 6, erfolgen kann, werden Koordinaten bzw. Zwischenpunkte aufgezeichnet, so dass die Steuervorrichtung 3des Krans 2 die entsprechenden Bewegungen exakt wiederholen kann.

Das automatische Verfahr-Steuer-Modul 310 kann vorteilhafterweise Vorgaben einer Pendeldämpfungseinrichtung 340 berücksichtigen, wobei die genannte Pendeldämpfungseinrichtung 340 vorteilhafterweise die Signale der vorgenannten Erfassungseinrichtung 60 nutzen kann, die die Auslenkung des Lasthakens 208 gegenüber der Vertikalen 61 erfasst.

Wie Fig. 1 ferner zeigt, kann die Steuervorrichtung 3 an einen externen, separaten Leitrechner 400 angebunden sein, der Zugriff auf ein Bauwerkdatenmodell im Sinne eines BIM-Modells haben kann und digitale Daten aus diesem Bauwerkdatenmodell der Steuervorrichtung 3 bereitstellen kann. In der eingangs erläuterten Weise können diese digitalen Daten aus dem Bauwerkdatenmodell insbesondere dazu genutzt werden, für die Bestimmung des gewünschten Verfahrwegs Ziel- und Zwischenpunkte bereitzustellen, die Bauwerksdaten in verschiedenen Phasen und Arbeitsbereichsbegrenzungen dynamisch berücksichtigen können.

Die genannte Steuervorrichtung 3 des Krans 1 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die genannten Antriebsvorrichtungen des Hubwerks, der Laufkatze und des Drehwerks auch dann anzusteuern, wenn die genannte Pendeldämpfungseinrichtung 340 pendelrelevante Bewegungsparameter erfaßt.

Hierzu kann der Kran 1 die genannte Erfassungseinrichtung 60 nutzen, die einen Schrägzug des Hubseils 207 und/oder Auslenkungen des Lasthakens 208 gegenüber der Vertikalen 61 , die durch den Aufhängungspunkt des Lasthakens 208, d.h. die Laufkatze 206 geht, erfasst. Insbesondere kann der Seilzugwinkel φ gegen die Schwerkraftwirklinie, d.h. die Vertikale 61 erfaßt werden, vgl. Fig. 1.

In Abhängigkeit der erfassten Auslenkung gegenüber der Vertikalen 61 , insbesondere unter Berücksichtigung der Richtung und Größe der Auslenkung, kann die Steuervorrichtung 3 mithilfe der Pendeldämpfungseinrichtung 340 den Drehwerksantrieb und den Laufkatzenantrieb ansteuern, um die Laufkatze 206 wieder mehr oder minder exakt über den Lasthaken 208 zu bringen und Pendelbewegungen zu kompensieren, bzw. zu reduzieren oder gar nicht erst eintreten zu lassen.

Hierzu kann die Pendeldämpfungseinrichtung 340 auch Bestimmungsmittel 342 zum Bestimmen von dynamischen Verformungen von Strukturbauteilen aufweisen, wobei der Steuerbaustein 341 der Pendeldämpfungseinrichtung 340, der das Ansteuern der Antriebseinrichtung pendeldämpfend beeinflusst, dazu ausgebildet ist, beim Beeinflussen der Ansteuerung der Antriebseinrichtungen die bestimmten dynamischen Verformungen der Strukturbauteile des Krans zu berücksichtigen.

Dabei können die Bestimmungsmittel 342 eine Schätzeinrichtung 343 umfassen, die die Verformungen und Bewegungen der Maschinenstruktur unter dynamischen Belastungen, die sich in Abhängigkeit von am Steuerstand eingegegebenen Steuerbefehlen und/oder in Abhängigkeit von bestimmten Ansteueraktionen der Antriebseinrichtungen und/oder in Abhängigkeit bestimmter Geschwindigkeitsund/oder Beschleunigungsprofile der Antriebseinrichtungen ergeben, unter Berücksichtigung von die Kranstruktur charakterisierenden Gegebenheiten abschätzt. Insbesondere kann eine Berechnungseinheit 348 die Strukturverformungen und sich daraus ergebende Strukturteilbewegungen anhand eines gespeicherten Berechnungsmodells in Abhängigkeit der am Steuerstand eingegebenen Steuerbefehle berechnen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Pendeldämpfungseinrichtung 340 auch eine geeignete Sensorik 344 umfassen, mittels derer solche elastischen Verformungen und Bewegungen von Strukturbauteilen unter dynamischen Belastungen erfasst werden. Eine solche Sensorik 344 kann beispielsweise Verformungssensoren wie Dehnungsmessstreifen am Stahlbau des Krans, beispielsweise den Gitterfachwerken des Turms 201 oder des Auslegers 202 umfassen. Alternativ oder zusätzlich können Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssensoren vorgesehen sein, um bestimmte Bewegungen von Strukturbauteilen wie beispielsweise Nickbewegungen der Auslegerspitze oder rotatorische Dynamikeffekte am Ausleger 202 zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich können auch Neigungssensoren oder Gyroskope beispielsweise am Turm 201 , insbesondere an dessen oberen Abschnitt, an dem der Ausleger gelagert ist, vorgesehen sein, um die Dynamik des Turms 201 zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich können auch den Antriebssträngen Bewegungs- und/oder Beschleunigungssensoren zugeordnet sein, um die Dynamik der Antriebsstränge erfassen zu können. Beispielsweise können den Umlenkrollen der Laufkatze 206 für das Hubseil und/oder Umlenkrollen für ein Abspannseil eines Wippauslegers Drehgeber zugeordnet sein, um die tatsächliche Seilgeschwindigkeit am relevanten Punkt erfassen zu können.

Insbesondere kann die Pendeldämpfungseinrichtung 340 eine Filtereinrichtung bzw. einen Beobachter 345 umfassen, der die Kranreaktionen beobachtet, die sich bei bestimmten Stellgrößen der Antriebsregler 347 einstellen und unter Berücksichtigung vorbestimmter Gesetzmäßigkeiten eines Dynamikmodells des Krans, das grundsätzlich verschieden beschaffen sein kann und durch Analyse und Simulation des Stahlbaus gewonnen werden kann, anhand der beobachteten Kranreaktionen die Stellgrößen des Reglers beeinflusst. Eine solche Filter- bzw. Beobachtereinrichtung 345 kann insbesondere in Form eines sogenannten Kaimanfilters 346 ausgebildet sein, dem als Eingangsgröße die Stellgrößen der Antriebsregler 347 des Krans und die Kranbewegungen, insbesondere der Seilzugwinkel φ gegenüber der Vertikalen 62 und/oder dessen zeitliche Änderung bzw. die Winkelgeschwindigkeit des genannten Schrägzugs, zugeführt wird und der aus diesen Eingangsgrößen anhand von Kaiman- Gleichungen, die das Dynamiksystem der Kranstruktur, insbesondere dessen Stahlbauteile und Antriebsstränge, modellieren, die Stellgrößen der Antriebsregler 347 entsprechend beeinflusst, um die gewünschte pendeldämpfende Wirkung zu erzielen.

Mithilfe einer solchen Schrägzugregelung können insbesondere Verformungen und Schwingungsformen des Turmdrehkrans unter Last gedämpft bzw. von Anfang an vermieden werden, wie sie in Fig. 7 beispielhaft gezeigt sind, wobei dort die Teilansicht a.) zunächst schematisch eine Nickverformung des Turmdehkrans unter Last infolge eines Durchbiegens des Turms 201 mit dem damit einhergenden Absenken des Auslegers 202 und einen damit verknüpften Schrägzug des Hubseils zeigt,.

Ferner zeigen die Teilansichten b.) und c.) der Fig. 7 beispielhaft in schematischer Weise eine Querverformung des Turmdrehkrans in perspektivischer Darstellung sowie in Draufsicht von oben mit den dabei auftretenden Verformungen des Turms 201 und des Auslegers 202.

Schließlich zeigt die Fig. 7 in ihren Teilansichten d.) und e.) einen mit solchen Querverformungen verknüpften Schrägzug des Hubseils.

Um der entsprechenden Schwingungsdynamik entgegenzuwirken, kann die Pendeldämpfungseinrichtung 340 eine Schrägzugregelung umfassen. Insbesondere wird mittels der Bestimmungsmittel 62 die Position des Lasthakens 208, insbesondere auch dessen Schrägzug gegenüber der Vertikalen, das heißt die Auslenkung des Hubseils 207 gegenüber der Vertikalen erfasst und dem genannten Kaimanfilter 346 zugeführt.

Vorteilhafterweise kann die Positionssensorik dazu ausgebildet sein, die Last bzw. den Lasthaken 208 relativ zu einem fixem Weltkoordinatensystem zu erfassen und/oder die Pendeldämpfungseinrichtung 340 dazu ausgebildet sein, die Last relativ zu einem fixem Weltkoordinatensystem zu postionieren.

Durch die Lastpositionserfassung kann dabei eine Schrägzugreglung realisiert werden, welche eine statische Verformung durch die angehängte Last eliminiert bzw. zumindest reduziert. Um eine Schwingungsdynamik zu reduzieren bzw. gar nicht erst entstehen zu lassen, kann die Pendeldämpfungseinrichtung 340 dazu ausgebildet sein, das Drehwerk und das Katzfahrwerk so zu korrigieren, dass das Seil möglichst immer im senkrechten Lot zur Last steht, auch wenn sich der Kran durch das zunehmende Lastmoment immer mehr nach vorne neigt.

Beispielsweise kann beim Anheben einer Last vom Boden die Nickbewegung des Krans infolge seiner Verformung unter der Last berücksichtigt und das Katzfahrwerk unter Berücksichtigung der erfassten Lastposition so nachgefahren bzw. unter vorausschauender Abschätzung der Nickverformung so positioniert werden, dass das Hubseil bei der sich ergebenden Kranverformung im senkrechten Lot über der Last steht. Die größte statische Verformung tritt dabei an dem Punkt auf, an dem die Last den Boden verlässt. Dann ist keine Schrägzugregelung mehr notwendig. In entsprechender Weise kann alternativ oder zusätzlich auch das Drehwerk unter Berücksichtuigung der erfassten Lastposition so nachgefahren und/oder unter vorausschauender Abschätzung einer Querverformung so positioniert werden, dass das Hubseil bei der sich ergebenden Kranverformung im senkrechten Lot über der Last steht.

Eine solche Schrägzugregelung kann zu einem späteren Zeitpunkt vom Bediener wieder aktiviert werden, der dadurch den Kran als Manipulator verwenden kann. Hierddurch kann dieser die Last nur durch Drücken und/oder Ziehen nachpositionieren. Die Schrägzugregelung versucht dabei der Auslenkung, welche vom Bediener hervorgerufen wird, zu folgen. Dadurch kann eine Manipulatorsteuerung realisiert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Kran, insbesondere Turmdrehkran, mit einem an einem Hubseil (207) angebrachten Lastaufnahmemittel (208), Antriebseinrichtungen zum Bewegen mehrerer Kranelemente und Verfahren des Lastaufnahmemittels (208), sowie einer Steuervorrichtung (3) zum Steuern der Antriebseinrichtungen derart, dass das Lastaufnahmemittel (208) entlang eines Verfahrwegs zwischen zumindest zwei Zielpunkten (500, 510) verfährt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (3)

- ein Verfahrweg-Bestimmungsmodul (300) zum Bestimmen eines gewünschten Verfahrwegs zwischen den zumindest zwei Zielpunkten (500, 510), und

- ein automatisches Verfahr-Steuer-Modul (310) zum automatischen Verfahren des Lastaufnahmemittels (208) entlang des bestimmten Verfahrwegs

aufweist.

2. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahrweg- Bestimmungsmodul (300) ein Punkt-zu-Punkt-Steuermodul (301) zum Bestimmen des Verfahrwegs zwischen den Zielpunkten (500, 510) aufweist.

3. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Punkt-zu-Punkt- Steuermodul (301) eine Überschleiffunktion aufweist und asynchron arbeitend ausgebildet ist derart, dass bei Erreichen eines Überschleifbereichs eines Zielpunkts ohne genaues Anfahren dieses Zielpunkts zum nächsten Zielpunkt abgebogen wird, wobei mit dem Überschleifen begonnen wird, wenn die letzte Bewegungsachse eine Raumkugel um den Zielpunkt erreicht.

4. Kran nach Anspruch 2, wobei das Punkt-zu-Punkt-Steuermodul (301) eine Überschleiffunktion aufweist und synchron arbeitend ausgebildet ist derart, dass bei Erreichen eines Überschleifbereichs eines Zielpunkts ohne genaues Anfahren dieses Zielpunkts zum nächsten Zielpunkt abgebogen wird, wobei mit dem Überschleifen begonnen wird, wenn die führende Bewegungsachse eine Raumkugel um den Zielpunkt erreicht.

5. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahrweg- Bestimmungsmodul (300) ein Vielpunkt-Steuermodul (302) zum Bestimmen einer Vielzahl von Zwischenpunkten (501 , 502, 503 ...) zwischen zwei Zielpunkten (500, 510) aufweist.

6. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Vielpunkt- Steuermodul (302) dazu ausgebildet ist, die Vielzahl der Zwischenpunkte äquidistant voneinander festzulegen.

7. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahrweg- Bestimmungsmodul (300) ein Bahnsteuermodul (303) zum Bestimmen einer kontinuierlichen, mathematisch definierten Bahn zwischen zwei Zielpunkten (500, 510) aufweist.

8. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahrweg- Bestimmungsmodul (300) mit einer Teach-in-Einrichtung (320) zum Bestimmen des gewünschten Verfahrwegs durch manuelles Anfahren der gewünschten Ziel- und Zwischenpunkte (500 ... 510) verbunden ist.

9. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahrweg- Bestimmungsmodul (300) mit einer Playback-Einrichtung (330) zum Bestimmen des gewünschten Verfahrwegs und/oder gewünschter Ziel- und Zwischenpunkte (500 ... 510) des Verfahrwegs durch manuelles Verfahren des Lastaufnahmemittels entlang des gewünschten Verfahrwegs verbunden ist.

10. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahrweg- Bestimmungsmodul (300) an einem externen Leitrechner (400) angebunden ist, der Zugriff auf ein Bauwerkdatenmodell (BIM) besitzt und Ziel- und Zwischenpunkte (500 ... 510) für die Bestimmung des Verfahrwegs bereitstellt.

11. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahrweg- Bestimmungsmodul (300) dazu ausgebildet ist, Arbeitsbereichsbegrenzungen zu berücksichtigen und den Verfahrweg um Arbeitsbereichsbegrenzungen herum zu bestimmen.

12. Kran nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, wobei von dem Leitrechner (400) zyklisch oder kontinuierlich aktualisierte Daten betreffend die Arbeitsbereichsbegrenzungen und/oder betreffend Bauwerkskonturen verschiedener Bauphasen bereitgestellt werden und das Verfahrweg- Bestimmungsmodul dazu ausgebildet ist, bei der Bestimmung des Verfahrwegs die aktualisierten Daten betreffend die Arbeitsbereichsbegrenzung und/oder Bauwerkskonturen zu berücksichtigen.

13. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Pendeldämpfungseinrichtung (340) vorgesehen ist, wobei das automatische Verfahr-Steuer-Modul (310) Vorgaben und/oder ein Signal der Pendeldämpfungseinrichtung (340) bei der Ansteuerung der Antriebseinrichtungen und der Bestimmung der Verfahrgeschwindigkeiten und/oder -beschleunigungen der Antriebseinrichtungen berücksichtigt.

14. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Pendeldämpfungseinrichtung (340) eine Erfassungseinrichtung (60) zum Erfassen der Auslenkung des Hubseils (207) und/oder des Lastaufnahmemittels (208) gegenüber einer Vertikalen (61) durch einen Aufhängungspunkt des Hubseils (207) aufweist, wobei das automatische Verfahr-Steuer-Modul (310) die Antriebseinrichtungen in Abhängigkeit eines Auslenkungs- und/oder Schrägzugsignals der genannten Erfassungseinrichtung (61) ansteuert.

15. Kran nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pendeldämpfungseinrichtung (340) Bestimmungsmittel (342) zum Bestimmen von Verformungen und/oder Bewegungen von Strukturbauteilen des Krans infolge dynamischer Belastungen aufweist, wobei der Steuerbaustein (341) der Pendeldämpfungseinrichtung (340) dazu ausgebildet ist, beim Beeinflussen der Ansteuerung der Antriebseinrichtungen die bestimmten Verformungen und/oder Bewegungen der Strukturbauteile infolge dynamischer Belastungen zu berücksichtigen.

16. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Strukturbauteile einen Turm (201) und/oder einen Ausleger (202) umfassen und die Bestimmungsmittel (342) dazu ausgebildet sind, Verformungen und/oder Belastungen des Turms (201) und/oder des Auslegers (202) infolge dynamischer Belastungen zu bestimmen.

17. Kran nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturbauteile Antriebsstrangteile wie Drehwerksteile, Katzantriebsteile und dergleichen, umfassen und die Bestimmungsmittel (342) dazu ausgebildet sind, Verformungen und/oder Bewegungen der Antriebsstrangteile infolge dynamischer Belastungen zu bestimmen.

18. Kran nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Bestimmungsmittel (342) eine Schätzeinrichtung (343) zum Schätzen der Verformungen und/oder Bewegungen der Strukturbauteile infolge dynamischer Lasten auf Basis von digitalen Daten eines die Kranstruktur beschreibenden Datenmodells aufweisen.

19. Kran nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Bestimmungsmittel (342) eine Berechnungseinheit (348) aufweisen, die Strukturverformungen und sich daraus ergebende Strukturteilbewegungen anhand eines gespeicherten Berechnungsmodells in Abhängigkeit von am Steuerstand eingegebenen Steuerbefehle berechnet.

20. Kran nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Bestimmungsmittel (342) eine Sensorik (344) zum Erfassen der Verformungen und/oder Dynamikparameter der Strukturbauteile aufweisen.

21. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sensorik (344) einen Neigungs- und/oder Beschleunigungssensor zum Erfassen von Turmneigungen und/oder -geschwindigkeiten, einen Drehgeschwindigkeitsund/oder -beschleunigungssensor zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung eines Auslegers und/oder einen Nickbewegungssensor zum Erfassen von Nickbewegungen und/oder -beschleunigungen des Auslegers, und/oder einen Seilgeschwindigkeitsund/oder -beschleunigungssensor zum Erfassen von Seilgeschwindigkeiten und/oder -beschleunigungen des Hubseils (207) aufweist.

22. Kran nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , wobei die Pendeldämpfungseinrichtung (340) eine Filter- und/oder Beobachtereinrichtung (345) zum Beeinflussen der Stellgrößen von Antriebsreglern (347) zum Ansteuern der Antriebseinrichtungen aufweist, wobei die genannte Filter- und/oder Beobachtereinrichtung (345) dazu ausgebildet ist, als Eingangsgrößen die Stellgrößen der Antriebsregler (347) und die erfassten und/oder geschätzten Bewegungen von Kranelementen und/oder Verformungen und/oder Bewegungen von Strukturbauteilen, die infolge dynamischer Belastungen auftreten, zu erhalten und in Abhängigkeit der für bestimmte Reglerstellgrößen erhaltenen dynamikinduzierten Bewegungen von Kranelementen und/oder Verformungen von Strukturbauteilen die Reglerstellgrößen zu beeinflussen.

23. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Filter- und/oder Beobachtereinrichtung (345) als Kaiman-Filter (346) ausgebildet ist.

24. Kran nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem Kaiman-Filter (346) erfasste und/oder geschätzte und/oder berechnete und/oder simulierte Funktionen, die die Dynamik der Strukturbauteile des Krans charakterisieren, implementiert sind.

25. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (3) eine Positionssensorik umfaßt, die dazu ausgebildet ist, das Lastaufnahmemittel (208) relativ zu einem fixem Weltkoordinatensystem zu erfassen, und/oder dazu ausgebildet ist, das Lastaufnahmemittel (208) relativ zu einem fixen Weltkoordinatensystem zu postionieren.