DE102013019761A1

DE102013019761A1 - Verfahren zum Beeinflussen des Füllvolumens eines Greifers

Info

Publication number: DE102013019761A1
Application number: DE102013019761.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schwarzhans
Original assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-05-28
Also published as: US10099903B2; ES2536583A2; ES2536583R1; US20150148962A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen des Füllvolumens eines Greifers, insbesondere eines Schüttgutgreifers eines Krans, wobei der Greifer wenigstens ein Hub- und Schließwerk umfasst und wobei das Füllvolumen des Greifers während eines Schließvorgangs des Greifers durch Regelung/Steuerung der Greiferhubhöhe eingestellt wird, wobei die Greiferhubgeschwindigkeit und/oder Greifhubhöhe Regelparameter ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen des Füllvolumens eines Greifers.
Verfahren zum Beeinflussen der Füllvolumina von Kran-Greifern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei den bekannten Verfahren greift eine Regelungs-/Steuerungselektronik in den Bewegungsablauf eines Krans ein um den Bewegungsablauf in Hinsicht auf bestimmte Parameter zu optimieren. Beispielsweise soll durch den Eingriff in den Bewegungsablauf eine Umschlagssteigerung und dadurch eine bestmögliche Ausnutzung des Krans während seines Betriebs erreicht werden.
Auch sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, die durch entsprechende Eingriffe in die Bewegungsabläufe des Kranes eine Kranschonung durch Vermeidung von Überlastungen des Kranes erreichen sollen. Hierbei wird insbesondere die Statik des Kranes regelungs-/steuerungstechnisch geschont, indem die Aufnahmen von zu hohen Lasten zunächst erkannt und dann verhindert wird. Auch kommen derartige Verfahren als Fahrerassistentensysteme zur Verwendung, wobei gemäß den Verfahren beispielsweise eine Vereinfachung der Handhabung des Kranes erreicht werden soll.
Problematisch dabei ist, dass viele Einflussfaktoren den Füllgrad des Greifers bestimmen. So spielen sowohl der Eintrittswinkel des Greifers in das zu verladende Material, die Materialdichte, die innerhalb einer Ladung beispielsweise eines zu entladenden Schiffs um mehr als 20% schwanken kann, die Greifergeometrie oder der auf den Greifer wirkende Schrägzug eine Rolle. Da eine Überladung des Greifers zu einer Beschädigung des Krans führen kann, ziehen es die Bediener bzw. Fahrer der Krane vor, den Greifer zum Teil deutlich weniger zu befüllen, als dies eigentlich zulässig bzw. möglich wäre.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Beeinflussen des Füllvolumens eines Greifers bereitzustellen, mittels dem eine verbesserte Befüllung eines Greifers erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Beeinflussen des Füllvolumens eines Greifers, insbesondere eines Schüttgutgreifers eines Krans mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei der Greifer wenigstens ein Hub- und Schließwerk umfasst und wobei das Füllvolumen des Greifers während eines Schließvorgangs des Greifers durch Regelung/Steuerung der Greiferhubhöhe eingestellt wird, wobei die Greiferhubgeschwindigkeit und/oder die Greiferhubhöhe Regelparameter ist.
Vorteilhafterweise wird es so ermöglicht, dass der Bediener bzw. Fahrer die Schließgeschwindigkeit des Greifers vorgibt und das System basierend auf dem Modell die erforderliche Hubhöhe des Greifers während des Schließvorgangs dahingehend optimiert, dass der gewünschte Füllgrad erreicht wird.
Der Füllvorgang des Greifers wird dadurch teil-automatisiert, was es dem Bediener erleichtert, optimierte Greiferfüllstände zu erreichen, ohne dabei dem Bediener die finale Kontrolle über den Füllvorgang zu entziehen. Damit einhergehend wird eine mögliche Überlastung der Kranstruktur verringert und im optimalen Fall vermieden. Auch wird ein gegebenenfalls negativer Einfluss des Fahrers auf das Füllvolumen minimiert. Somit können auch weniger geübte Fahrer den Umschlag deutlich steigern bzw. es kann im Umkehrschluss der Arbeitsaufwand der Fahrer generell deutlich gesenkt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Regelungs-/Steuerungsvorrichtung mit dem Kran gekoppelt bzw. kann standardmäßig an dem Kran vorgesehen sein, die dafür ausgelegt ist, Sensoreingänge bzw. Sensorwerte zu erfassen, zu verarbeiten und Regelungs-/Steuerungssignale an den Kran bzw. dessen Aggregate auszugeben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass in Abhängigkeit von gemessenen Sensorwerten eine zum Erreichen einer von dem Kran zu hebenden Ziellast notwendige zeitliche Veränderung der Greiferhubhöhe kontinuierlich anhand eines Modells bestimmt wird.
Dabei kann das Modell vorteilhaft auf sich im Verlauf eines Kraneinsatzes verändernde Parameter wie z. B. eine sich verändernde Materialdichte des zu verladenden Materials oder sonstige sich verändernde Parameter dynamisch reagieren und auf den Kran bzw. auf vorliegende Anforderungen bezogen optimiert werden. Es liegt somit ein selbstlernendes System vor, das sich dynamisch unterschiedlichen Gegebenheiten anpassen kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass zusätzlich oder alternativ in Abhängigkeit von der Greiferschließgeschwindigkeit eine zum Erreichen der von dem Kran zu hebenden Ziellast notwendige zeitliche Veränderung der Greiferhubhöhe kontinuierlich anhand eines Modells bestimmt wird.
Das Verfahren kann so als Eingabeparameter die z. B. von einem Bediener bestimmte bzw. bestimmbare Greiferschließgeschwindigkeit als Eingangsparameter nutzen und in Abhängigkeit von der Greiferschließgeschwindigkeit eine Greiferhubgeschwindigkeit so einstellen, dass während des Füllvorgangs des Greifers die erforderliche oder gewünschte Ziellast des Greifers erreicht wird. Das dabei verwendete Modell kann dabei so ausgelegt sein, dass es sowohl auf die Greiferschließgeschwindigkeit als auch auf weitere Sensorwerte zurückgreift.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die Greiferschließgeschwindigkeit von dem Bedienpersonal des Krans steuerbar ist. Hierdurch wird es dem Bedienpersonal bzw. dem Bediener des Krans vorteilhaft ermöglicht, über die von ihm mittels beispielsweise einer Eingabekonsole eingegebene Greiferschließgeschwindigkeit dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende Steuersignale bzw. Eingabewerte zuzuführen.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass während des Betriebs des Krans Parameter des Modells in Abhängigkeit von einer Zielabweichung kontinuierlich optimiert werden, wobei die Zielabweichung eine Abweichung zwischen der zu hebenden Ziellast und einer tatsächlich gehobenen Last ist.
Das Verfahren überprüft hierdurch automatisch die Effektivität seines Modells und kann entsprechend die Parameter des Modells im laufenden Betrieb so anpassen, dass eine Abweichung zwischen den tatsächlich gehobenen Lasten und einer gewünschten oder bestimmten Ziellast minimiert wird.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass mittels des Modells weitere Sensoreingänge bzw. Sensorwerte wie Gewicht des Greifers und/oder Materialeintrittswinkel und/oder Materialeindringtiefe erfasst werden.
Hierdurch wird es vorteilhaft ermöglicht, die Genauigkeit des Modells und damit die Effektivität des Kranbetriebs zu steigern. Prinzipiell sind jedoch zusätzliche Sensoren nicht erforderlich und das Verfahren kann in ansonsten aus dem Stand der Technik bekannten Kranen mit den darin standardmäßig vorgesehenen Sensoren eingesetzt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nun anhand der Figur erläutert.
Wie dem Blockschaltbild der einzigen 1 zu entnehmen ist, wird verfahrensgemäß eine Ziellast F_Z vorgegeben. Diese Vorgabe kann dabei automatisch durch eine Regelung/Steuerung des Krans und z. B. anhand einer ausladungsabhängigen Traglasttabelle des Krans erfolgen. Die Vorgabe der Ziellast F_Z kann aber auch manuell erfolgen, indem die gewünschte Ziellast F_Z z. B. durch einen Bediener bzw. Fahrer des Krans eingegeben wird.
Nachdem der Bediener die Schaufel bzw. den Greifer 8 ins Schüttgut 7 gesteuert hat, beginnt er den Greifer 8 zu schließen. Die Regelung/Steuerung detektiert dabei den Beginn des Greifvorganges anhand der ansteigenden Greiferschließkräfte des Greifers 8. Ab diesem Zeitpunkt kontrolliert der Bediener per Steueungselement, wie z. B. über einen Joystick, nunmehr den Schließvorgang des Greifers 8 durch die Vorgabe der gewünschten Schließgeschwindigkeit des Greifers 8 (v_SWV) in einem Arbeitsschritt 2.
Aus den verfügbaren Sensorwerten, wie z. B: der aktuellen Schließgeschwindigkeit des Greifers v_SW, der Kraft im Schließwerk F_SW, der Kraft im Haltewerk F_HW oder dem Schließgrad des Greifers G_S und der vorgegebenen angepeilten Ziellast F_Z errechnet ein Modell während des kompletten Schließvorgangs kontinuierlich die zeitliche Veränderung in der Höhe des Haltewerks in einem Arbeitsschritt 3. Hierbei wird als Ausgangswert eine Geschwindigkeit des Haltewerks v_HW von der Regelung/Steuerung ausgegeben, sodass im Verlauf des Greifvorganges durch Heben und/oder Senken des Greifers 8 die Zielvorgabe erreicht bzw. das Füllvolumen optimiert wird. Der Bediener behält jederzeit durch die Vorgabe der Greiferschließgeschwindigkeit v_SW die Kontrolle. Sowohl Stillstand, erneutes Greifen bzw. Öffnen als auch überlagerte Bewegungen des Haltewerks durch den Bediener sind jederzeit möglich und werden durch das Modell korrigiert. Als Haltewerk kann hier jegliche Einrichtung bezeichnet werden, die dem Halten und Bewegen des Greifers 8 dient.
Die gezeigte Anordnung ist durch jegliche Sensorik 4 erweiterbar, die in der Lage ist, den Greifvorgang genauer zu beschreiben. Dies kann z. B. durch die Erkennung der Materialeintrittswinkel des Greifers 8 anhand der Orientierung des Haltewerks relativ zum Kranausleger erfolgen. Es kann aber auch ein standardmäßig an einem Kran vorgesehene Sensoring von dem Verfahren genutzt werden.
Bei dem zur verfahrensgemäßen Regelung/Steuerung eingesetzten Modell handelt es sich um ein statistisch aus mehreren verfügbaren realen Datensätzen gelerntes mathematisches Modell, das den Zusammenhang zwischen verfügbaren Sensordaten und der notwendigen Interaktion in Hinsicht auf die Hubhöhe des Greifers unter Betrachtung einer final erreichten Greiferfüllung während des kompletten Greiferschließvorgangs abbildet. Das Bezugszeichen 5 zeigt dabei, dass die Grundlagen zum Erlernen bzw. Erstellen der Modellstruktur und der zugehörigen Parameter von den Datenaufzeichnungen an mehreren Kranen (Kran 1, Kran 2, Kran 3) mit entsprechender Sensorik gebildet wird.
Um optimale Ergebnisse in der Anwendung zu erhalten, werden die Parameter des Modells während des Materialumschlags anhand der Zielabweichungen kontinuierlich optimiert und an die gegebene Realität angepasst. Hierdurch wird ein für das aktuelle Material in Hinsicht auf dessen Dichte, Komprimierung oder Granularität und in Hinsicht auf die aktuellen Rahmenbedingungen wie beispielsweise den verwendeten Greifertyp oder die Materialeindringtiefe optimiertes Modell 6 erhalten. Dies ermöglicht dem Modell 6 sich adaptiv an sich ändernden Rahmenbedingungen während des Betriebs des Krans anzupassen und z. B. eine durch Komprimierung bedingte steigende Materialdichte bei steigender Eindringtiefe des Greifers 8 auszugleichen. Damit ist es möglich, ständig mit optimalen Modellen zu arbeiten und so eine optimale Greiferfüllung sicherzustellen.
Im Gegensatz zu Verfahren, bei denen das Drehmoment geregelt wird, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, durch Regelung der Geschwindigkeit des Greifers bzw. des Haltewerks eine deutliche Qualitätssteigerung bei der Regelung/Steuerung der Greiferfüllung zu erreichen. Erfindungsgemäß ist es nämlich möglich, das Greiferschließen auch bei sich ändernden Rahmenbedingungen wie z. B. sich ändernden Materialdichten, Eintrittswinkeln, Eintauchtiefen zu optimieren.

Claims

Verfahren zum Beeinflussen des Füllvolumens eines Greifers, insbesondere eines Schüttgutgreifers eines Krans, wobei der Greifer wenigstens ein Hub- und Schließwerk umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllvolumen des Greifers während eines Schließvorgangs des Greifers durch Regelung/Steuerung der Greiferhubhöhe eingestellt wird, wobei die Greiferhubgeschwindigkeit und/oder Greifhubhöhe Regelparameter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von gemessenen Sensorwerten eine zum Erreichen einer von dem Kran zu hebenden Ziellast (F_Z) notwendige zeitliche Veränderung der Greiferhubhöhe kontinuierlich anhand eines Modells bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Greiferschließgeschwindigkeit eine zum Erreichen der von dem Kran zu hebenden Ziellast (F_Z) notwendige zeitliche Veränderung der Greiferhubhöhe kontinuierlich anhand eines Modells bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferschließgeschwindigkeit von dem Bedienpersonal des Krans steuerbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Krans Parameter des Modells in Abhängig keit von einer Zielabweichung kontinuierlich optimiert werden, wobei die Zielabweichung eine Abweichung zwischen der zu hebenden Ziellast (F_Z) und einer tatsächlich gehobenen Last ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Modells Sensoreingänge bzw. Sensorwerte wie Gewicht des Greifers und/oder Materialeintrittswinkel und/oder Materialeindringtiefe erfasst werden.