EP4053065B1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines krandrehwerks sowie kran - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines krandrehwerks sowie kran Download PDF

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EP4053065B1
EP4053065B1 EP22155581.6A EP22155581A EP4053065B1 EP 4053065 B1 EP4053065 B1 EP 4053065B1 EP 22155581 A EP22155581 A EP 22155581A EP 4053065 B1 EP4053065 B1 EP 4053065B1
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EP
European Patent Office
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pressure
crane
slewing gear
valve
control
Prior art date
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Active
Application number
EP22155581.6A
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English (en)
French (fr)
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EP4053065A1 (de
Inventor
Richard Torghele
Christof Gassner
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Liebherr Werk Nenzing GmbH
Original Assignee
Liebherr Werk Nenzing GmbH
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Publication date
Application filed by Liebherr Werk Nenzing GmbH filed Critical Liebherr Werk Nenzing GmbH
Publication of EP4053065A1 publication Critical patent/EP4053065A1/de
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    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/94—Safety gear for limiting slewing movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
    • B66C13/30—Circuits for braking, traversing, or slewing motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/62—Constructional features or details
    • B66C23/84—Slewing gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
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    • B66C23/84—Slewing gear
    • B66C23/86—Slewing gear hydraulically actuated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C2700/00—Cranes
    • B66C2700/08—Electrical assemblies or electrical control devices for cranes, winches, capstans or electrical hoists
    • B66C2700/082—Control of the secondary movements, e.g. travelling, slewing, luffing of the jib, changing of the range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C2700/00—Cranes
    • B66C2700/08—Electrical assemblies or electrical control devices for cranes, winches, capstans or electrical hoists
    • B66C2700/084—Protection measures

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for controlling a crane slewing gear and a crane, in particular a crawler crane, with such a device.
  • the superstructure can, for example, comprise the boom together with the counter-jib or the boom and the mast, which is mounted on a stationary undercarriage, while in mobile cranes the undercarriage typically has a wheel or crawler chassis for moving the crane, while the rotating superstructure next to the boom a rear ballast and other components such as guy stand, derrick boom, etc. can have.
  • a floating body forms the undercarriage
  • rail cranes have a rail vehicle that can be moved on rails as the undercarriage.
  • the jib (or jib system including guying and, if applicable, ballast) rotates about a vertical axis by an actuation of the slewing gear (which can also be referred to as a slewing ring).
  • the crane slewing gears can usually be driven by one or more hydraulic motors and can have one or more holding brakes to fix the superstructure in a specific position. The latter are often also hydraulically driven.
  • the external influencing variables include the wind and heeling or inclination of the crane, the working load, the working radius, the dead weight and the experience of the crane operator.
  • the properties of the drive and the sensitivity of the crane control can be named as internal influencing variables.
  • the slewing motion of the crane can be driven at maximum power and speed without restriction, regardless of the possible crane configurations and loads.
  • improper operation of the slewing gear during operation for example with crawler cranes, or the actuation of an emergency stop with abrupt braking of the slewing movement can lead to impermissibly high lateral forces and thus to damage or even the crane tipping over.
  • the document US5159813A discloses a device for controlling a crane slewing gear comprising a hydraulic motor by means of which the slewing gear can be driven or braked, a load detection device, an alignment detection device, a hydraulic limiting circuit by means of which a hydraulic pressure applied to the motor can be limited to a limit value, and a control unit which is connected to the limiting circuit connected is.
  • the present invention is therefore based on the task of reducing the risk of damage caused by improper operation or external influences caused by impermissibly high lateral forces or torques in cranes with a slewing gear.
  • the measured load also includes, in particular, traction equipment or hoisting ropes, load handling equipment (e.g. hook blocks), sling equipment and/or hangers.
  • the load detection device can be a load cell.
  • the slewing gear is held in a stationary position by means of the holding brake.
  • a hydraulic limiting circuit by means of which a hydraulic pressure applied to the engine can be limited to a specific limit value.
  • Said hydraulic pressure can be a pressure difference.
  • a control unit is provided according to the invention, which is connected to the limiting circuit and set up, depending on at least the to determine a maximum permissible torque and/or a variable derived therefrom for a current rotational movement of the slewing gear based on the detected load and the detected alignment and, on this basis, to automatically limit an angular acceleration and/or angular velocity of the slewing gear by appropriate control or regulation of the limiting circle. This ensures that the torques acting on the crane structure do not exceed the maximum permissible torque.
  • the variable derived from the maximum permissible torque can be a maximum permissible angular acceleration.
  • the corresponding control of the limiting circuit and thus of the slewing gear motor can take place in that a maximum permissible pressure resulting from the maximum permissible torque (or the derived variable), in particular differential pressure, is calculated for the hydraulic system and the pressure in the hydraulic system is limited to a corresponding range becomes.
  • This can be the pressure difference between the supply lines or control lines of the slewing gear motor that are responsible for a right and a left movement.
  • the derived variable can be this permissible differential pressure, on which the hydraulic control of the slewing gear is based. It is also conceivable that all of the aforementioned variables are calculated in the control unit.
  • the limiting and braking circuits are connected to one another or interconnected and set up such that if the control unit fails or an emergency stop of the crane is triggered, the slewing gear can be braked automatically while maintaining the slewing gear limitation.
  • the load- and geometry-dependent slewing gear torque limitation according to the invention which ensures that the torques acting on the crane structure do not exceed the maximum permissible torque, is effective even when braking due to an emergency stop or a failure of the power supply to the crane.
  • the device according to the invention implements a load and geometry-dependent slewing gear limitation, taking into account the relevant influencing variables, in which the measurements and calculations required for slewing gear limitation and the corresponding control or regulation of the slewing gear drive are carried out automatically.
  • the crane driver does not have to actively intervene in the control process, so that the potential for danger due to incorrect operation is minimized. For safety reasons, an active influence on the control or regulation process can even be completely ruled out.
  • the approach according to the invention is superior to simply limiting the boom head speed and/or acceleration to a maximum permissible value.
  • the interaction of the influences of load capacity and boom dead weight changes significantly with the respective equipment status.
  • the maximum permissible lifting capacity also referred to as SWL - "safe working load" -
  • SWL - safe working load
  • the load and geometry-dependent slewing gear torque limit or slewing gear limitation protects the structure of the crane from being overloaded by the slewing gear.
  • the device according to the invention limits the maximum possible torque when accelerating and/or decelerating the slewing gear to a maximum permissible value, both during operation and in the event of an emergency stop, a power failure or some other fault.
  • the initial value here is in particular the maximum permissible angular acceleration of the superstructure with the existing Utilization of the maximum structure load capacity. From this, a maximum permissible torque or a maximum permissible pressure in the slewing gear is calculated according to the crane configuration, the current load and the current angular positions. In particular, the slewing gear pressure is limited to this maximum permissible pressure by the system. If a constant delay time is to be ensured, the crane rotation speed can also be limited by the device according to the invention.
  • the control unit is set up to take into account current geometry data of the crane for determining the maximum permissible torque and/or the variable derived therefrom. These can be read in directly via suitable sensors and/or stored in the control unit or in a memory to which the control unit has access. So it is conceivable that a database with the relevant data for all possible set-up states is stored in the crane and the crane driver selects the current set-up state (for example the current boom configuration and/or ballasting) in advance. Automatic detection of the current crane configuration via appropriate sensors is also possible. Provision of geometry data via a wireless communication channel is also conceivable, for example access by the control unit to a cloud with the stored data.
  • the geometric data relate to a set-up state, a dimension, a mass, the position of a center of gravity and/or a moment of inertia of the crane and/or at least one of its components.
  • the geometric data contain in particular all relevant component masses, center of gravity coordinates and dimensions of the entire machine or at least of the components of the crane that are decisive for the calculation of the permissible torque.
  • the moments of inertia of the components can also be calculated by the control unit from other geometric data.
  • control unit is set up to determine the maximum permissible torque and/or the variable derived therefrom to take current environmental data into account, with the environmental data preferably relating to a wind direction and/or wind strength detected by at least one wind measuring device. From this, the wind load acting on the crane can be determined, in particular with recourse to the previously mentioned geometric data of the crane.
  • the wind measuring device is preferably positioned at the boom tip (e.g. at the tip of a seesaw needle) and may comprise an anemometer. However, several wind measuring devices distributed over the crane can also be used to determine the instantaneous wind load more precisely.
  • the load currently being picked up by the crane and the current orientation of the crane can be detected in real time and made available to the control unit.
  • This also applies in particular to the measured environmental conditions, in particular the wind load.
  • the measurements can be taken at regular time intervals during the operating life of the crane.
  • the control unit is set up to adapt the maximum permissible torque and/or the variable derived therefrom for the current rotational movement of the slewing gear and the corresponding control or regulation of the limiting circuit as a function of the measurements in real time. Any change in the relevant influencing variables thus immediately leads to an adjustment or recalculation of the limit values on which the slewing gear limitation according to the invention is based, and thus to a change in the actuation of the slewing gear.
  • the current alignment of the crane relates to a current boom angle, a current inclination or heeling of the crane and/or a current slewing gear or slewing platform angle.
  • a more complex boom configuration for example using a main boom and a seesaw attached thereto, multiple angles between the respective boom components may also be measurable to capture the overall alignment. Should it be the outrigger If it is a telescopic jib, the telescoping state or the telescopic length also counts in particular for the detectable alignment.
  • the angle or angles can be measurable via angle sensors.
  • the current working radius in particular results from the measured angles in combination with the known dimensions of the crane.
  • the inclination or heeling can be measured using one or more electrical inclination sensors.
  • a simulation means is provided, which is set up to use a physical simulation model of the crane or at least one crane component, taking into account at least a current set-up status, a current alignment and a current lifted load of the crane, the maximum permissible torque and/or the torque thereof to calculate the derived variable for the current rotary movement of the slewing gear.
  • the simulation means can be provided in the control unit or can be executed by the control unit or can be implemented/executable in a separate simulation unit connected to the control unit.
  • the simulation unit can be located in the crane or outside of the crane (e.g. in the form of a cloud).
  • control unit is set up to calculate a maximum permissible hydraulic differential pressure and, on this basis, an angular acceleration and/or angular velocity of the slewing gear by appropriate control or regulation of the limiting circuit, in particular by appropriate electrical actuation of a limit pressure adjustment valve of the bounding circle to limit automatically.
  • the differential pressure is in particular the pressure difference between the control lines of the drive or motor responsible for a right and a left movement.
  • the brake circuit comprises a first hydraulic accumulator and a brake valve, with the holding brake, in particular a pressure chamber of the holding brake, being connected to a control pressure line via the brake valve in a first position of the brake valve and in a second Position of the brake valve can be connected to a hydraulic tank or a tank line or to the first hydraulic accumulator.
  • the brake valve is preferably electrically controllable and is in the de-energized state in particular in the second position.
  • the control pressure is, in particular, a comparatively low pressure level that is introduced into a control pressure line in order to activate certain functions. At the same time, the control pressure can be applied to a valve of the limiting circuit.
  • the first hydraulic accumulator can preferably be charged with control pressure via a check valve.
  • the brake valve can be a binary directional control valve.
  • the brake circuit includes a changeover valve, via which the brake valve can be connected to the tank or to the first hydraulic accumulator in the second position, the changeover valve preferably being hydraulically controllable via a control connection.
  • the switching valve is preferably a binary directional control valve. In the non-activated state, it preferably connects the brake valve to the tank, with the brake valve connecting in particular the holding brake to the changeover valve in the non-activated state. If the brake and changeover valves are not actuated, the holding brake is preferably relieved to the tank and is therefore applied.
  • the control connection of the switching valve can be connected to the tank or a tank line or to a high-pressure line of the limiting circuit via a first safety valve of the brake circuit.
  • the maximum of the operating pressures of the control lines preferably always prevails in the high-pressure line.
  • the first safety valve can be electrically controllable. Alternatively, it can be hydraulically controllable via a signal line ("slewing gear on") that can be pressurized when the slewing gear is actuated.
  • the first safety valve is preferably switched in a non-controlled state (control current or control pressure below the set control threshold of the valve) in such a way that the control port of the changeover valve connected to the high-pressure line.
  • the first safety valve can preferably be switched electrically or hydraulically together with a second safety valve of the limiting circuit.
  • the brake circuit is set up to automatically switch the brake valve to the second position and to the first hydraulic accumulator in the event of a failure of the control unit (e.g. due to a failure of the power supply) and/or if an emergency stop of the slewing gear is triggered connect to.
  • the first hydraulic accumulator is preferably connected to the tank via a throttle unit, so that the first hydraulic accumulator slowly discharges.
  • the holding brake is initially held open above the pressure level prevailing in the hydraulic accumulator (which in particular corresponds to the control pressure level immediately before the failure/emergency stop). If the pressure level in the accumulator falls below a minimum brake release pressure, the holding brake applies.
  • the slewing gear therefore initially remains controlled and limited in the event of a loss of power supply or an emergency stop.
  • the limiting circuit comprises two hydraulic control lines, each causing a left or right rotation of the slewing gear, and a hydraulic pressure limiting device, the latter being set up to connect the control lines to one another in a hydraulically conductive manner (so that the oil from the line with a higher pressure flows into the line with the lower pressure) if the pressure difference in the control lines exceeds a limit pressure which is dependent on the determined maximum permissible torque.
  • the pressure-limiting device comprises at least one hydraulic pressure-limiting valve, via which the control lines can be connected to one another in a hydraulically conductive manner and which can be hydraulically controlled or pilot-controlled via a pilot control line, the pilot control pressure prevailing in the pilot control line being adjustable via a hydraulic limit pressure circuit as a function of the determined maximum permissible torque.
  • the limit pressure circuit ensures that the at least one pressure relief valve opens when the pressure difference in the control lines exceeds a specific limit value or limit pressure, which is dependent on the permissible torque determined by the control unit or the permissible angular acceleration.
  • One pressure-limiting valve is preferably provided for each control line.
  • the limit pressure circuit comprises a differential pressure valve which is set up to connect the pilot control line to a tank when the limit pressure is exceeded by the pressure difference in the control lines, the differential pressure valve preferably being hydraulically controllable via a limit pressure line.
  • the differential pressure valve can be a pressure compensator, which opens when the pressure present at a high-pressure port exceeds the sum of a limit pressure present at a differential pressure port and a low pressure present at a low-pressure port.
  • the differential pressure valve can be controlled via the limit pressure line in particular in that the limit pressure defines the pressure difference between the other connections at which the differential pressure valve switches or opens.
  • the high-pressure connection is preferably supplied with the maximum and the low-pressure connection with the minimum of the operating pressures prevailing in the control lines, optionally reduced by a defined factor via one or more throttles.
  • the pressure in one of the two control lines is higher and forms the "high pressure" in the high-pressure line, which runs to the high-pressure connection of the differential pressure valve.
  • the pressure of the other line forms the low pressure.
  • the limit pressure circuit comprises a second hydraulic accumulator which is connected to the limit pressure line and which can be connected to a control pressure line via a second safety valve of the limit pressure circuit.
  • the control pressure line is preferably also connected to the brake pressure valve and via a check valve to the first hydraulic accumulator.
  • the second safety valve can be electrically controlled. Alternatively, it can be hydraulically controllable via a signal line ("slewing gear on") that can be pressurized when the slewing gear is actuated. The signal line can operate/control the first safety valve at the same time.
  • the second safety valve can preferably be switched electrically or hydraulically together with a first safety valve of the brake circuit.
  • the limit pressure circuit includes a limit pressure adjustment valve that can be controlled by the control unit, by means of which the limit pressure line can be connected to a control pressure line (in particular the control pressure line described above) and the limit pressure can be adjusted as a function of the determined maximum permissible torque.
  • the limit pressure adjustment valve can have a falling characteristic so that the maximum limit pressure is set when there is no activation (provided that the control pressure in the control pressure line is > zero). The implementation of the load-dependent and geometry-dependent slewing gear limitation according to the invention thus takes place via the limit pressure circuit and in particular via a corresponding setting of the limit pressure by the limit pressure adjustment valve.
  • the limiting circuit is set up to automatically disconnect the second hydraulic accumulator from the control line in the event of a failure of the control unit and/or if an emergency stop of the slewing gear is triggered, so that the pressure of the second hydraulic accumulator prevails in the limit pressure line.
  • the connection can be separated by switching the second safety valve.
  • the high-pressure line is connected to the control lines via a valve arrangement in such a way that the higher pressure of the control lines always prevails in it, with the valve arrangement preferably comprising two valves, in particular check valves, via which one of the control lines each connected to the high-pressure line.
  • the low-pressure line can be connected to the control lines via valves, in particular check valves, in such a way that its pressure level (“low pressure") is always limited to the minimum of the pressures in the control lines.
  • an emergency stop or emergency stop function is provided, which can be triggered by the crane operator and/or automatically by the control unit if an emergency stop is triggered, whereby the power supply can be switched off automatically as a result of the triggering of the emergency stop function and/or the slewing gear can be braked automatically while maintaining the slewing gear limitation.
  • the present invention further relates to a crane with a slewing gear and a device according to the invention for controlling the slewing gear.
  • the slewing gear can include one or more slewing gear motors, which can be limited or controlled via the device according to the invention. This obviously results in the same advantages and properties as for the device according to the invention, which is why a repeated description is dispensed with at this point.
  • the crane can be a crawler crane.
  • the figure 1 shows in a block diagram the components and influencing factors of the device according to the invention and the method according to the invention for controlling a slewing gear 10 of a crane 1.
  • the permissible torque or the permissible angular acceleration for the slewing gear movement is calculated in a control unit 20, which is in the exemplary embodiments considered here are the CPU of the crane controller.
  • a crawler crane 1 is considered, which in the figure 2 is shown.
  • the crawler crane 1 comprises an undercarriage 2 with crawler undercarriages and an uppercarriage 3 mounted on the undercarriage 2 so that it can rotate about a vertical axis via a slewing gear 10.
  • the uppercarriage 3 has a boom 4 that can pivot about a horizontal axis, which in the exemplary embodiment considered here is a main boom 4a and a rocking needle 4a, which are braced over guy structures.
  • the superstructure 3 has a superstructure or rear ballast 5 with two lateral stacks of several ballast plates.
  • the guying of the main boom 4a takes place via a guying frame 7, which is mounted on the superstructure 3 so that it can pivot about a horizontal axis.
  • FIG 2 shows sections of various components of the crane 1 with elements of the device according to the invention, such as crane sensors or slewing gear components.
  • the slewing gear 10 can be seen at the bottom right, which comprises a large-diameter bearing 6 and several motors 12 driving the large-diameter bearing 6 via pinions.
  • an anemometer 19 At the tip of the seesaw needle 4b is an anemometer 19 for determining the current wind load.
  • the crane slewing gear 10 is controlled hydraulically, with an exemplary embodiment of the hydraulic system in FIG figure 3 shown and described below. For the sake of simplicity, in the figure 3 only one slewing gear motor 12 is shown.
  • a load and geometry-dependent slewing gear torque limitation (hereinafter also simply referred to as slewing gear limitation) is selected as a solution.
  • the initial value is the maximum permissible angular acceleration of the superstructure 3 when the maximum structural load is utilized. From this, a maximum permissible torque or a maximum permissible pressure in the slewing gear 10 is calculated according to the crane configuration, the current load and the current angular positions. The device according to the invention limits the slewing gear pressure to this maximum permissible pressure.
  • the crane rotation speed is also limited.
  • the slewing gear limitation also takes effect in the event of an emergency stop or failure of the crane control 20.
  • at least one hydraulic accumulator means that the maximum permissible pressure in the slewing gear 10 continues to be limited to the last permissible value and the holding brake 14 is applied until the slewing movement comes to a standstill, but no longer than for a few seconds, kept open.
  • the slewing gear torque limitation is permanently active, unless switched off via a correction value.
  • ⁇ I AL x + I OW + I WL ⁇ a allowed ⁇ M fq % ⁇ M W ⁇ M K are defined.
  • ⁇ I ( AL ) x denote the sum of the moments of inertia I ( AL ) of the various boom parts, i.e.
  • the following influencing variables are fed to the CPU or control unit 20, ie the physical simulation model executed by it.
  • the geometry information includes all relevant component masses, center of gravity coordinates and dimensions of the entire machine. These are supplied to the physical simulation model by preselecting the device setup state required for safe crane operation.
  • the influencing variables from the current workload and the current working radius are recorded via the force measuring straps 16, angle sensors 18 and pressure sensors and are also supplied to the physical simulation model.
  • the working load is the total load resulting from the hoisting ropes, bottom blocks, slings, hangers and the load to be manipulated.
  • Disturbance variables are those variables that can also have an effect on the crane system from outside, essentially beyond their control. These are in particular the heeling or inclined position of the machine and the wind load. The wind speed is recorded by means of an anemometer 19, the heeling by means of at least one electric inclination sensor 17 and is also supplied to the physical simulation model.
  • the physical simulation model calculates the maximum permissible boom angular accelerations in real time, taking into account all influences from a) - c), which in turn are converted into the maximum permissible slewing gear differential pressures and used to control the crane slewing gear 10 .
  • the hydraulic brake system is combined with the load and geometry-dependent slewing gear limitation to ensure the permissible braking acceleration even in the event of an abrupt loss of energy supply, e.g. if an emergency stop button is pressed or other events that lead to an abrupt loss of energy supply.
  • the basic device is loaded into 3D CAD software and measured in its standard state (superstructure 3, winches, standard equipment, etc.).
  • the mass moment of inertia in the z-axis of the entire superstructure including the winches is included as a constant in the GEO file "superstructure”.
  • the rear ballast 5 and the A-frame 7 are not included in the superstructure model and are calculated separately (e.g. partial ballasting).
  • J OW denotes the mass moment of inertia of the superstructure 3 (geo file specification)
  • J AB the mass moment of inertia of the guy stand or A-frame 7
  • J HB the mass moment of inertia of the rear ballast 5 (e.g. calculated from the mass of the rear ballast 5 multiplied by the radius of the center of gravity to the center of rotation)
  • J D is the mass moment of inertia of the derrick boom (if one is attached)
  • J DB is the mass moment of inertia of the derrick ballast (if one is used).
  • the permissible angular acceleration ⁇ per is calculated with the existing utilization of the maximum structural load as a special load case without wind and heeling, since these permissible forces can only occur in an emergency stop or outside of standard operation.
  • the permissible angular acceleration ⁇ perm is output as a curve (over several points) depending on the utilization of the maximum structural load.
  • J AL ⁇ m AL x ⁇ right AL x 2
  • J WL ⁇ m WL x ⁇ right WL x 2
  • J AL [kgm 2 ] is the mass moment of inertia of the boom system
  • m ( AL ) x [kg] the mass of an individual boom element
  • the pressure difference for controlling the slewing gear can be calculated. If a permanently specified maximum angular acceleration ⁇ max is defined for crane 1, the maximum permissible angular acceleration for crane 1 in the current configuration and alignment is the lower value of ⁇ perm and ⁇ max .
  • the value for ⁇ max is stored in the crane controller or in a memory or in a file loaded at the start of operation. For the sake of simplicity, it is only mentioned below that the relevant value is stored "in the crane controller".
  • M DW J in total ⁇ a allowed or.
  • M DW M engines ⁇ ⁇ p allowed + ⁇ p rub ⁇ f ⁇ i ⁇ Z R Z G .
  • ⁇ p allowed J in total ⁇ a allowed f ⁇ i ⁇ M engines ⁇ Z R Z G ⁇ ⁇ p rub , where ⁇ p friction [bar] is the pressure loss dependent on the crane type due to friction (e.g.
  • the friction loss ⁇ p friction at maximum speeds of the individual slewing gear stages is determined on the basis of tests on the test bench. These are type-dependent and therefore variable.
  • the loss pressure is necessary to maintain a constant speed and is measured at the slewing gear motor 12 by the crane 1 at a constant Rotational speed is rotated in the second stage.
  • the measured pressure loss corresponds to the friction losses in slewing gear stage 2. For practical reasons, a fixed value for ⁇ p friction can also be deducted here.
  • the previously determined maximum permissible differential pressure of the hydraulic system ⁇ p perm is limited to a specified ⁇ p max [bar], which is stored in the crane control. This ensures that crane 1 cannot reach a speed that cannot be slowed down within an integration time set on crane 1.
  • the maximum differential pressure corresponds to the maximum absolute pressure.
  • the maximum differential pressure corresponds to the difference between the maximum absolute pressure and the feed pressure.
  • the required minimum differential pressure ⁇ p min in the hydraulic system depends on the system and is stored in the crane control. If the calculated maximum permissible differential pressure ⁇ p perm is less than ⁇ p min , the calculated value must be set to ⁇ p min . However, it is preferably ensured in advance that there are no crane configurations for which ⁇ p perm is below ⁇ p min (eg 80 bar).
  • the permissible crane slewing speed can be determined in order to safely come to a standstill within the given integration time.
  • the minimum integration time t min is stored in the crane controller and can be a few seconds.
  • the achievable boom head speed depending on the permissible angular acceleration ⁇ perm is described with the following equation or the following algorithm:
  • v(K) [m/min] denotes the boom head speed without limit for a maximum permissible speed
  • t [s] the integration time from the slewing gear slide (set on the device)
  • t min [s] the minimum integration time that can be set on the device (t ⁇ t min )
  • r [m] the working radius of the working load and F Q as the permissible lateral force.
  • v ( K ) can additionally be limited to a specific maximum value, for example to 30 m/min.
  • the crane rotation speed can likewise be limited to a maximum value, for example to 0.2 rpm. This can be done using the following algorithm: where v max,head [m/min] denotes the maximum permitted head speed independent of the working radius and v max,pers [m/min] denotes the maximum permitted head speed independent of the working radius when transporting people.
  • n allowed v K 2 ⁇ ⁇ ⁇ right Max
  • n perm [rpm] the crane rotation speed depending on the maximum permissible angular acceleration ⁇ perm
  • r max the radius of the furthest head
  • the slewing gear limitation is not active in derrick mode.
  • the head speed is reduced to 30 m/min and the maximum rotational speed to 0.2 rpm.
  • the load and geometry-dependent slewing gear torque limitation can be provided, for example, for all operating modes without derrick and can be switched off via a correction value.
  • FIG 3 a circuit diagram of an exemplary embodiment of the hydraulic system of the crane 1 for driving the slewing gear 10 and for controlling the motor 12 is shown.
  • the slewing gear 10 is controlled by a hydraulic motor 12 which drives a shaft 13 in rotation.
  • a hydraulic motor 12 which drives a shaft 13 in rotation.
  • several such motors 12 can also be provided as the slewing gear drive.
  • the two pressure or control lines R and L for hydraulically driving the motor 12 are supplied with hydraulic oil from an energy source not shown here.
  • the control line R For a clockwise rotation of the slewing gear 10, the control line R and for a counterclockwise rotation, the control line L with a corresponding operating pressure.
  • a pressure sensor 30, 32 is connected to each control line R, L.
  • the hydraulic system has a brake circuit 100, a limiting circuit 200 and a limit pressure or differential pressure circuit 201 (the latter can also be regarded as part of the limiting circuit 200).
  • the brake circuit 100 can be housed in its own brake block.
  • the limiting circuit 200 can be accommodated in its own limiting block and/or the limit pressure circuit 201 in its own limit pressure block or differential pressure block.
  • tank line T The lines leading into a hydraulic tank are referred to below as tank line T. For the sake of simplicity, the tank itself is also provided with the reference symbol T.
  • Pilot operated secondary pressure relief valves 220, 222 are installed between the two control lines R, L of the drive 12 in such a way that they direct oil from the high pressure side to the low pressure side when responding.
  • the current operating pressure is taken from the higher-pressure side of the control lines R and L with the "high pressure" signal and fed to the differential pressure control.
  • Different pressures can prevail in the high-pressure line H, which is provided with the reference character H in FIG. 3, since throttles are arranged at different positions.
  • a signal or pressure level is generated via the throttle 218, which is limited via the check valves 214 and 216 to "low pressure", i.e. to the smaller of the pressure levels prevailing in the control lines R, L and is fed to the differential pressure control.
  • "high pressure” denotes the maximum and “low pressure” the minimum of the operating pressures "right” and “left” of the slewing gear 10.
  • the current operating pressure is measured via the throttles 228 and 229 and the differential pressure valve 206, which is designed as a pressure compensator in this exemplary embodiment ("high pressure") converted to a pilot pressure.
  • This pilot pressure acts via the throttles 230 and 232 as pilot control on the pressure-limiting valves 220 and 222.
  • the "high pressure” signal i.e. the pressure prevailing in the high pressure line H after the restrictor 228, acts on the high pressure side of the pressure compensator 206 to open it.
  • the "low pressure” signal i.e. the pressure prevailing in the low-pressure line N
  • the pressure compensator 206 opens when the "high pressure” signal exceeds the value formed from “low pressure” and "pressure difference signal".
  • the pilot pressure i.e. the pressure prevailing after the throttles 230 and 232
  • the pressure setting of the secondary pressure limitations 220, 222 is thus controlled or changed.
  • the differential pressure is controlled via an electrically controllable, proportional limit pressure adjustment valve 204, which is designed here as a pressure-reducing valve.
  • a control pressure which defines the maximum differential pressure between the control lines R, L is present at the limit pressure adjustment valve 204 .
  • the control pressure is converted by the limit pressure setting valve 204 into the limit pressure present at the pressure compensator 206 .
  • the limit pressure adjustment valve 204 has a falling characteristic curve, so that the maximum control pressure is present in the de-energized state, i.e. the maximum possible limit pressure prevails.
  • the limit pressure adjustment valve 204 is electrically controlled directly or indirectly by the control unit 20 .
  • the maximum permissible torque or the permissible angular acceleration ⁇ perm determined via the physical simulation model and the maximum permissible pressure difference ⁇ p perm derived therefrom are used in a corresponding control of the differential pressure present at the pressure compensator 206 or limit pressure implemented.
  • the adjustment of the limit pressure in the limit pressure line G by the valve 204 thus decides at what pressure difference in the control lines R and L the pressure relief valves 220, 222 open and oil flows from the high-pressure side to the low-pressure side.
  • i a pressure signal at the control pressure level of 0-30 bar corresponds to a pressure protection at the operating pressure level of 0-380 bar.
  • a second safety valve 208, a pressure-limiting valve 212 used to limit the maximum pressure of the limit pressure, and a second hydraulic accumulator 202 are inserted into the limit-pressure line G. If a maximum value for the pressure control is exceeded, the pressure relief valve 212 switches and relieves the pressure limit line G against the tank T.
  • a pressure measuring device 210 is provided to measure the current value of the pressure control, which measures the limit pressure prevailing in the pressure limit line G and can be designed as an analog pressure sensor .
  • the second safety valve 208 is a digital, ie binary, directional seated valve (only two switching positions). In the in the figure 3 shown embodiment, this is electrically controlled
  • Brake circuit 100 (or brake block) includes an electrically controlled, digital brake valve 104, an electrically controlled, digital safety valve 108 and a hydraulically controlled, digital changeover valve 106. Brake circuit 100 or brake block also includes a first hydraulic accumulator 102, which has a check valve 112 is acted upon or charged with control pressure from the control line ST.
  • the outlet of the brake valve 104 embodied as a 3/2-way valve in the present exemplary embodiment is connected to a pressure chamber of the holding brake 14 .
  • the holding brake 14 By applying pressure (opening pressure), the holding brake 14 is released against the force applied by a compression spring, so that the shaft 13 can rotate freely. If the hydraulic pressure in the pressure chamber falls below a certain value (minimum brake opening pressure), the holding brake 14 engages and exerts a braking torque on the shaft 13 or the motor 12 .
  • the position of switchover valve 106 defines whether the outlet line of brake valve 104 is connected to the tank or tank line T or to accumulator pressure from first hydraulic accumulator 102 . Pressurized (first position of the brake valve 104) there is a connection to the first hydraulic accumulator 102 (and thus control pressure), pressure relieved (second position of the brake valve in which figure 3 shown) there is a connection to tank T.
  • the first safety valve 108 is a digital, ie binary, directional seated valve (only two switching positions). In the in the figure 3 shown embodiment, it is electrically controlled and designed as a 3/2-way valve.
  • the position of the first safety valve 108 defines whether the hydraulic control of the changeover valve 106 is subjected to the current operating pressure ("high pressure") of the slewing gear 10 (according to the figure 3 switching position shown: the control port of the changeover valve 106 is connected to the high-pressure line H of the limiting circuit 200) or the control port is tank-relieved.
  • the first and second safety valves 108, 208 can be controlled via a common electrical signal. Alternatively, the previously mentioned hydraulic control can take place via a hydraulic signal "slewing gear on”.
  • the safety valves 108, 208 are preferably switched as soon as the "Slewing gear on” signal assumes a specific value, for example a value greater than 5 bar.
  • the system In the de-energized state (diesel engine of crane 1 off, all valves not actuated), the system is depressurized. Any thermal expansion of the enclosed oil volume that may occur is reduced by leakage from the valves involved.
  • the holding brake 14 of the slewing gear 10 is closed.
  • the pressure switch-on stages of the slewing gear motor 12 is at a low pressure stage. If the holding brake 14 is overcome by external forces, the hydraulic motor 12 pumps oil against the resistance of the secondary pressure limitation (valves 220, 222) in accordance with the direction of rotation of the drive. Due to the pressure relief of the pilot control of the pressure-limiting valves 220, 222, the operating pressures that occur here are not sufficient to change anything in the switching state of the system.
  • control pressure is applied to the system (ie a control pressure >zero prevails in the control pressure line ST).
  • the first hydraulic accumulator 102 on the brake block is charged with control pressure from the line ST via the check valve 112 .
  • the control pressure is at the brake valve 104 and at the limit pressure adjustment valve 204. Because of its inverse characteristic, the limit pressure adjustment valve 204 applies control pressure to the second safety valve 208 .
  • the "high pressure" signal between the throttles 228, 229, 230 and 232 rises to the level of the feed (open hydraulic system: usually ⁇ 5 bar; closed hydraulic system: usually around 30-40 bar).
  • the switching threshold of the switchover valve 106 In order to keep the holding brake 14 closed, the switching threshold of the switchover valve 106 must be above the pressure level of the feed so that it is not switched. In a preferred exemplary embodiment, this switching threshold has a value of 5 bar in order to be able to be switched on by the signal “slewing gear on”. For this reason, said exemplary embodiment can only be used for slewing gears 10 operated in an open circuit.
  • the limit pressure adjustment valve 204 When the entry lever is closed, the limit pressure adjustment valve 204 is adjusted to the value specified by the software or the control unit 20 for the maximum permissible drive and braking torque. Due to the design, the limit pressure adjustment valve 204 delivers a minimum value for the pressure difference signal that cannot be undershot when there is full current, i.e. for the limit pressure in line G. Due to the transmission ratio in the pressure compensator 206, there is a minimum pressure protection of the slewing gear operating pressure of, for example, approx. 80 bar.
  • the slewing gear 10 behaves as described in the basic function as long as the operating pressure is below the currently permissible maximum pressure according to the limit pressure adjustment valve 204 .
  • the slewing gear drive 12 should not actively reach the pressure level specified by the limit pressure setting valve 204 by suitably controlling the slewing gear dynamics. This prevents unnecessary heat energy from accumulating.
  • the first and second safety valves 108, 208 are automatically actuated when the crane operator activates the "rotate slewing gear" command.
  • the first safety valve 108 switches to the position in which the control port of the switching valve 106 is connected to the tank line T.
  • the second safety valve 208 switches into the position in which the limit pressure setting valve 204 is connected to the pressure compensator 206, so that a limit pressure generated from the control pressure in accordance with the electrical actuation of the limit pressure setting valve 204 prevails in the limit pressure line G.
  • the limit pressure is not specified by the second hydraulic accumulator 202, but via the control pressure and the limit pressure adjustment valve 204.
  • the second hydraulic accumulator 202 is charged to the current limit pressure and the secondary pressure limitations of the valves 220 and 222 are thus pilot-controlled.
  • the differential pressure valve 206 opens so that oil flows from the pilot chambers of the secondary pressure relief valves 220, 222 into the tank T.
  • the pilot control of the pressure relief valves 220, 222 drops slightly as a result.
  • the operating pressure "right” or “left” (depending on the actuation of the slewing gear 10) opens the associated valve 220, 222 and oil flows from the high to the low pressure side of the slewing gear drive 12.
  • a further increase in the differential pressure i.e. the pressure difference in the control lines R and L, is prevented.
  • the first hydraulic accumulator or brake accumulator 102 is gradually emptied via the throttle 110 and the opening pressure in the holding brake 14 is thus reduced. If the minimum brake opening pressure is not reached, holding brake 14 closes. If, before the first hydraulic accumulator 102 is emptied, the "high pressure" signal in line H falls below the actuating pressure of switchover valve 106, the latter drops and connects holding brake 14 to tank line T, which Holding brake 14 can come up.
  • the entry lever is opened during the movement of the slewing gear, the activation of the energy source and thus the delivery of oil into the control lines R, L are first retracted in an integrated manner.
  • the actuation of the safety valves 108, 208 is canceled by appropriate electrical control.
  • the brake valve 104 is de-energized so that it assumes the second position (cf. figure 3 ).
  • the last value of the differential pressure control or the limit pressure in the line G is initially retained due to the second hydraulic accumulator 202 and gradually decreases via leakage at the differential pressure valve 206 . As long as the operating pressure is above the switching threshold of the changeover valve 106, the holding brake 14 remains open. With the exception of a diesel engine stop, the processes described above with regard to the "emergency stop actuated" state take place.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Krandrehwerks sowie einen Kran, insbesondere Raupenkran, mit einer solchen Vorrichtung.
  • Die meiste Krane, zu nennen seien hier beispielsweise Turmdrehkrane, Fahrzeugkrane und Schiffs- bzw. Schwimmkrane, umfassen einen oberen Teil mit einem Ausleger (auch als Oberwagen bezeichnet), welcher über ein Drehwerk drehbar auf einem unteren Abschnitt des Krans (auch als Unterwagen bezeichnet) gelagert ist. Bei Turmdrehkranen kann der Oberwagen beispielsweise den Ausleger samt Gegenausleger oder den Ausleger und den Mast umfassen, welcher auf einem stationären Unterwagen gelagert ist, während bei Fahrzeugkranen der Unterwagen typischerweise ein Rad- oder Raupenfahrwerk zum Verfahren des Krans aufweist, während der drehbare Oberwagen neben dem Ausleger einen Heckballast sowie weitere Komponenten wie Abspannbock, Derrickausleger etc. aufweisen kann. Bei Schiffskranen bildet ein Schwimmkörper den Unterwagen, während Schienenkrane ein auf Gleisen verfahrbares Schienenfahrzeug als Unterwagen aufweisen.
  • Bei all diesen Krantypen wird eine Drehung des Auslegers (bzw. Auslegersystems samt Abspannung und ggf. Ballast) um eine vertikale Achse durch eine Betätigung des Drehwerks (welches auch als Drehkranz bezeichnet werden kann) bewirkt. Die Krandrehwerke sind dabei üblicherweise über einen oder mehrere hydraulische Motoren antreibbar und können zum zum Fixieren des Oberwagens in einer bestimmten Position eine oder mehrere Haltebremsen aufweisen. Letztere sind häufig ebenfalls hydraulisch angetrieben.
  • Auf die gesamte Kranstruktur wirken Beschleunigungen aus unterschiedlichen Einflüssen, welche von außen über die Umwelt und/oder von innen über den Antrieb der Maschine durch den Kranfahrer hervorgerufen werden. Zu den äußeren Einflussgrö-βen zählen unter anderem die Störgrößen Wind und Krängung bzw. Neigung des Krans, die Arbeitslast, der Arbeitsradius, die Eigenlasten und die Erfahrung des Kranfahrers. Als innere Einflussgrößen können die Eigenschaften des Antriebs und die Sensitivität der Kransteuerung genannt werden.
  • In der Regel kann die Krandrehbewegung unabhängig von den möglichen Krankonfigurationen und Traglasten uneingeschränkt mit maximaler Leistung und Geschwindigkeit gefahren werden. Je nach Krankonfiguration und Traglast kann aber, beispielsweise bei Raupenkranen, eine unsachgemäße Bedienung des Drehwerks im Betrieb oder die Betätigung eines Nothalts mit abrupter Abbremsung der Drehbewegung zu unzulässig hohen Querkräften und dadurch zu einer Beschädigung oder gar einem Umkippen des Krans führen.
  • Bei einem Nothalt der Stopp-Kategorie 0 oder einem Ausfall der Maschine kommt es typischerweise zum sofortigen Anhalten des Drehwerks. Dies führt zu einer signifikant höheren Belastung des Auslegertragwerks. Diese Umstände führen ohne Gegenmaßnahmen zu signifikant höheren Trägheitsmomenten und in weiterer Folge zu signifikant höheren Belastungen des Auslegertragwerks.
  • Das Dokument US5159813A offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung eines Krandrehwerks umfassend einen hydraulischen Motor mittels welchem das Drehwerk antreibbar oder abbremsbar ist, eine Lasterfassungseinrichtung, eine Ausrichtungserfassungseinrichtung, einen hydraulischen Begrenzungskreis mittels welchem ein am Motor anliegender Hydraulikdruck auf einen Grenzwert begrenzbar ist, und eine Steuereinheit, welche mit dem Begrenzungskreis verbunden ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Kranen mit Drehwerk die Gefahr von Beschädigungen durch unsachgemäße Bedienung oder äußere Einflüsse, die durch unzulässig hohe Querkräfte bzw. Drehmomente hervorgerufen werden, zu reduzieren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Demnach wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Steuerung eines Krandrehwerks vorgeschlagen, welche folgendes umfasst:
    • mindestens einen hydraulischen Motor, mittels welchem das Drehwerk rotatorisch antreibbar oder abbremsbar ist,
    • mindestens eine Haltebremse, mittels welcher das Drehwerk im Stillstand gehalten werden kann,
    • einen hydraulischen Bremskreis, mittels welchem die Haltebremse hydraulisch steuerbar ist,
    • eine Lasterfassungseinrichtung, mittels welcher eine momentan vom Kran aufgenommene Last erfassbar ist, und
    • eine Ausrichtungserfassungseinrichtung, mittels welcher eine momentane Ausrichtung des Krans und/oder mindestens einer Krankomponente erfassbar ist.
  • Zur gemessenen Last zählen neben der vom Kran zu manipulierenden Traglast insbesondere auch Zugmittel bzw. Hubseile, Lastaufnahmemittel (z.B. Hakenflaschen), Anschlagmittel und/oder Gehänge. Bei der Lasterfassungseinrichtung kann es sich um eine Kraftmesslasche handeln. Mittels der Haltebremse wird das Drehwerk in einer unbewegten Position gehalten.
  • Erfindungsgemäß ist ein hydraulischer Begrenzungskreis vorgesehen, mittels welchem ein am Motor anliegender Hydraulikdruck auf einen bestimmten Grenzwert begrenzbar ist. Bei besagtem Hydraulikdruck kann es sich um eine Druckdifferenz handeln.
  • Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine Steuereinheit vorgesehen, welche mit dem Begrenzungskreis verbunden und eingerichtet ist, in Abhängigkeit wenigstens der erfassten Last und der erfassten Ausrichtung ein maximal zulässiges Drehmoment und/oder eine davon abgeleitete Größe für eine aktuelle Drehbewegung des Drehwerks zu ermitteln und auf dessen Grundlage eine Winkelbeschleunigung und/oder -geschwindigkeit des Drehwerks durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung des Begrenzungskreises automatisch zu begrenzen. Dadurch wird sichergestellt, dass die auf die Kranstruktur wirkenden Drehmomente das maximal zulässige Drehmoment nicht überschreiten.
  • Bei der von dem maximal zulässigen Drehmoment abgeleiteten Größe kann es sich um eine maximal zulässige Winkelbeschleunigung handeln. Die entsprechende Ansteuerung des Begrenzungskreises und somit des Drehwerksmotors kann dadurch erfolgen, dass ein sich aus dem maximal zulässigen Drehmoment (oder der abgeleiteten Größe) ergebender maximal zulässiger Druck, insbesondere Differenzdruck, für das Hydrauliksystems errechnet wird und der Druck im Hydrauliksystem auf einen entsprechenden Bereich begrenzt wird. Dabei kann es sich um die Druckdifferenz zwischen den für eine Rechts- und eine Linksbewegung zuständigen Versorgungsleitungen bzw. Steuerleitungen des Drehwerkmotors handeln. Entsprechend kann es sich bei der abgeleiteten Größe um diesen zulässigen Differenzdruck handeln, welcher der hydraulischen Steuerung des Drehwerks zugrunde gelegt wird. Ebenfalls ist es denkbar, dass in der Steuereinheit alle vorgenannten Größen berechnet werden.
  • Erfindungsgemäß sind die Begrenzungs- und Bremskreise derart miteinander verbunden bzw. verschaltet und eingerichtet, dass bei einem Ausfall der Steuereinheit oder einer Auslösung eines Notstopps des Krans das Drehwerk unter Beibehaltung der Drehwerksbegrenzung automatisch abbremsbar ist. Mit anderen Worten wirkt die erfindungsgemäße last- und geometrieabhängige Drehwerksmomentenbegrenzung, bei der sichergestellt wird, dass die auf die Kranstruktur wirkenden Drehmomente das maximal zulässige Drehmoment nicht überschreiten, auch bei einem Abbremsen aufgrund eines Notstopps bzw. Nothalts oder eines Ausfalls der Stromversorgung des Krans.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine last- und geometrieabhängige Drehwerksbegrenzung unter Berücksichtigung der relevanten Einflussgrößen implementiert, bei der die zur Drehwerksbegrenzung erforderlichen Messungen, Berechnungen sowie die entsprechende Steuerung bzw. Regelung des Drehwerkantriebs automatisch durchgeführt werden. Der Kranführer muss in den Regelungsprozess nicht aktiv eingreifen, sodass das Gefahrenpotenzial aufgrund einer Fehlbedienung minimiert wird. Aus Sicherheitsgründen kann eine aktive Einflussnahme auf den Steuerungs- bzw. Regelungsprozess sogar gänzlich ausgeschlossen sein.
  • Der erfindungsgemäße Ansatz ist aufgrund der üblicherweise sehr hohen Anzahl an möglichen Ausrüstungsvarianten (insbesondere bei Mobilkranen) der alleinigen Begrenzung der der Auslegerkopfgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung auf einen zulässigen Höchstwert überlegen. So ändert sich beispielsweise das Zusammenspiel der Einflüsse aus Traglast und Auslegereigenmassen signifikant mit den jeweiligen Ausrüstungszuständen. So ist beispielsweise bei Verwendung eines kurzen Hauptauslegers und Maximaltraglast die maximal zulässige Traglast (auch als SWL - "safe working load" - bezeichnet) hauptbestimmend, während bei einer Verwendung eines Hauptauslegers mit langer Wippnadel die Eigenlasten des Auslegersystems hauptbestimmend sind.
  • All diese Einflüsse der Ausrichtung, Rüstung, Traglast und weiterer maßgeblicher Faktoren werden vorzugsweise von der erfindungsgemäßen Drehwerksbegrenzung automatisch berücksichtigt und durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebs automatisch in eine sichere Drehbewegung umgesetzt.
  • Die last- und geometrieabhängige Drehwerksmomentenbegrenzung bzw. Drehwerksbegrenzung schützt die Struktur des Krans vor Überlastung durch das Drehwerk. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird das maximal mögliche Drehmoment bei Beschleunigung und/oder Verzögerung des Drehwerks, sowohl im Betrieb als auch bei einem Nothalt, einem Stromausfall oder einem sonstigen Fehlerfall auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Ausgangswert ist hierbei insbesondere die maximal zulässige Winkelbeschleunigung des Oberwagens bei der vorhandenen Ausnutzung der maximalen Struktur-Traglast. Daraus errechnet sich entsprechend der Krankonfiguration, der aktuellen Last und den aktuellen Winkelstellungen ein maximal zulässiges Drehmoment bzw. ein maximal zulässiger Druck im Drehwerk. Durch das System wird insbesondere der Drehwerksdruck auf diesen maximal zulässigen Druck begrenzt. Falls eine konstante Verzögerungszeit gewährleistet werden soll, kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auch die Krandrehgeschwindigkeit begrenzt werden.
  • In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, für die Ermittlung des maximal zulässigen Drehmoments und/oder der davon abgeleiteten Größe aktuelle Geometriedaten des Krans zu berücksichtigen. Diese können über geeignete Sensoren direkt eingelesen und/oder in der Steuereinheit oder einem Speicher, auf den die Steuereinheit Zugriff hat, gespeichert sein. So ist es vorstellbar, dass im Kran eine Datenbank mit den relevanten Daten für alle möglichen Rüstzustände hinterlegt ist und der Kranführer den aktuellen Rüstzustand (beispielsweise die aktuelle Auslegerkonfiguration und/oder Ballastierung) vorab auswählt. Eine automatische Detektion der momentanen Krankonfiguration über entsprechende Sensoren ist auch möglich. Eine Bereitstellung von Geometriedaten über einen drahtlosen Kommunikationskanal ist ebenfalls denkbar, beispielsweise ein Zugriff der Steuereinheit auf eine Cloud mit den gespeicherten Daten.
  • Vorzugsweise betreffen die Geometriedaten einen Rüstzustand, eine Abmessung, eine Masse, die Lage eines Schwerpunkts und/oder ein Trägheitsmoment des Krans und/oder mindestens einer seiner Komponenten. Die Geometriedaten beinhalten insbesondere alle relevanten Bauteilmassen, Schwerpunktkoordinaten und Abmessungen der gesamten Maschine oder zumindest der für die Berechnung des zulässigen Drehmoments maßgeblichen Bauteile des Krans. Die Trägheitsmomente der Bauteile können auch aus anderen Geometriedaten durch die Steuereinheit berechnet werden.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, für die Ermittlung des maximal zulässigen Drehmoments und/oder der davon abgeleiteten Größe aktuelle Umgebungsdaten zu berücksichtigen, wobei die Umgebungsdaten vorzugsweise eine über mindestens eine Windmesseinrichtung erfasste Windrichtung und/oder -stärke betreffen. Daraus kann die auf den Kran wirkende Windlast ermittelt werden, insbesondere unter Rückgriff auf die zuvor erwähnten Geometriedaten des Krans. Die Windmesseinrichtung ist vorzugsweise an der Auslegerspitze (beispielsweise an der Spitze einer Wippnadel) positioniert und kann ein Anemometer umfassen. Zur genaueren Ermittlung der momentanen Windlast können aber auch mehrere über den Kran verteilte Windmesseinrichtungen verwendet werden.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die momentan vom Kran aufgenommene Last und die momentane Ausrichtung des Krans in Echtzeit erfassbar und der Steuereinheit zur Verfügung stellbar sind. Dies gilt insbesondere auch für die gemessenen Umweltbedingungen, insbesondere die Windlast. Die Messungen können in regelmäßigen Zeitabständen während der Betriebsdauer des Krans erfolgen. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, das maximal zulässige Drehmoment und/oder die davon abgeleitete Größe für die aktuelle Drehbewegung des Drehwerks sowie die entsprechende Steuerung oder Regelung des Begrenzungskreises in Abhängigkeit der Messungen in Echtzeit anzupassen. Jegliche Veränderung der maßgeblichen Einflussgrößen führt damit umgehend zu einer Anpassung bzw. Neuberechnung der Grenzwerte, die der erfindungsgemäßen Drehwerksbegrenzung zu Grunde liegen, und somit zu einer Veränderung der Ansteuerung des Drehwerks.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die momentane Ausrichtung des Krans einen momentanen Auslegerwinkel, eine momentane Neigung bzw. Krängung des Krans und/oder einen momentanen Drehwerks- bzw. Drehbühnenwinkel betrifft. Bei einer komplexeren Auslegerkonfiguration, beispielsweise unter Verwendung eines Hauptauslegers und einer daran befestigten Wippnadel, können auch mehrere Winkel zwischen den jeweiligen Auslegerkomponenten messbar sein, um die Gesamtausrichtung zu erfassen. Sollte es sich bei dem Ausleger um einen Teleskopausleger handeln, so zählt insbesondere auch der Teleskopierzustand bzw. die Telelänge zur erfassbaren Ausrichtung. Der oder die Winkel können über Winkelgeber messbar sein. Aus den gemessenen Winkeln ergibt sich in Kombination mit den bekannten Abmessungen des Krans insbesondere der momentane Arbeitsradius. Die Neigung bzw. Krängung kann über einen oder mehrere elektrische Neigungsgeber messbar sein.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist ein Simulationsmittel vorgesehen, welches eingerichtet ist, anhand eines physikalischen Simulationsmodells des Krans oder mindestens einer Krankomponente unter Berücksichtigung zumindest eines momentanen Rüstzustands, einer momentanen Ausrichtung und einer momentan gehobenen Last des Krans das maximal zulässige Drehmoment und/oder die davon abgeleitete Größe für die aktuelle Drehbewegung des Drehwerks zu berechnen. Das Simulationsmittel kann in der Steuereinheit vorgesehen bzw. durch die Steuereinheit ausführbar sein oder in einer separaten und mit der Steuereinheit in Verbindung stehenden Simulationseinheit implementiert / ausführbar sein. Die Simulationseinheit kann sich im Kran oder außerhalb des Krans (z.B. in Form einer Cloud) befinden.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, einen maximal zulässigen hydraulischen Differenzdruck zu berechnen und auf dessen Grundlage eine Winkelbeschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Drehwerks durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung des Begrenzungskreises, insbesondere durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung eines Grenzdruckeinstellventils des Begrenzungskreises, automatisch zu begrenzen. Bei dem Differenzdruck handelt es sich insbesondere um die Druckdifferenz zwischen den für eine Rechts- und eine Linksbewegung zuständigen Steuerleitungen des Antriebs bzw. Motors.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bremskreis einen ersten Hydraulikspeicher und ein Bremsventil umfasst, wobei die Haltebremse, insbesondere eine Druckkammer der Haltebremse, über das Bremsventil in einer ersten Stellung des Bremsventils mit einer Steuerdruckleitung und in einer zweiten Stellung des Bremsventils mit einem Hydrauliktank bzw. einer Tankleitung oder mit dem ersten Hydraulikspeicher verbindbar ist. Das Bremsventil ist vorzugsweise elektrisch steuerbar und befindet sich im stromlosen Zustand insbesondere in der zweiten Stellung. Bei dem Steuerdruck handelt es sich insbesondere um ein in eine Steuerdruckleitung eingebrachtes, vergleichsweise geringes Druckniveau zur Ansteuerung von gewissen Funktionen. Der Steuerdruck kann gleichzeitig an einem Ventil des Begrenzungskreises anliegen. Der erste Hydraulikspeicher kann vorzugsweise über ein Rückschlagventil mit Steuerdruck geladen werden. Das Bremsventil kann ein binäres Wegeventil sein.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bremskreis ein Umschaltventil umfasst, über welches das Bremsventil in der zweiten Stellung mit dem Tank oder mit dem ersten Hydraulikspeicher verbindbar ist, wobei das Umschaltventil vorzugsweise über einen Steueranschluss hydraulisch steuerbar ist. Das Umschaltventil ist vorzugsweise ein binäres Wegeventil. Im nicht angesteuerten Zustand verbindet es vorzugsweise das Bremsventil mit dem Tank, wobei das Bremsventil im nicht angesteuerten Zustand insbesondere die Haltebremse mit dem Umschaltventil verbindet. Bei fehlender Ansteuerung der Brems- und Umschaltventile wird die Haltebremse also vorzugsweise zum Tank entlastet und fällt daher ein.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Steueranschluss des Umschaltventils über ein erstes Sicherheitsventil des Bremskreises mit dem Tank bzw. einer Tankleitung oder mit einer Hochdruckleitung des Begrenzungskreises verbindbar ist. In der Hochdruckleitung herrscht vorzugsweise immer das Maximum der Betriebsdrücke der Steuerleitungen. Das erste Sicherheitsventil kann elektrisch ansteuerbar sein. Alternativ kann es über eine bei einer Betätigung des Drehwerks mit Druck beaufschlagbare Signalleitung ("Drehwerk ein") hydraulisch steuerbar sein. Vorzugsweise ist das erste Sicherheitsventil in einem nicht angesteuerten Zustand (Ansteuerstrom oder Ansteuerdruck unterhalb der eingestellten Steuerschwelle des Ventils) derart geschaltet, dass der Steueranschluss des Umschaltventils mit der Hochdruckleitung verbunden ist. Das erste Sicherheitsventil ist vorzugsweise zusammen mit einem zweiten Sicherheitsventil des Begrenzungskreises elektrisch oder hydraulisch schaltbar.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bremskreis eingerichtet ist, bei einem Ausfall der Steuereinheit (beispielsweise aufgrund eines Ausfalls der Stromversorgung) und/oder bei Auslösung eines Notstopps des Drehwerks automatisch das Bremsventil in die zweite Stellung zu schalten und mit dem ersten Hydraulikspeicher zu verbinden. Vorzugsweise ist in diesem Zustand der erste Hydraulikspeicher über eine Drosseleinheit mit dem Tank verbunden, sodass sich der erste Hydraulikspeicher langsam entlädt. Dadurch wird die Haltebremse bei einem Ausfall der Steuereinheit oder bei einem Notaus zunächst über das im Hydraulikspeicher herrschende Druckniveau (welches insbesondere dem Steuerdruckniveau unmittelbar vor dem Ausfall / Notaus entspricht) offengehalten. Fällt das Druckniveau im Speicher unter einen minimalen Bremsenöffnungsdruck, so fällt die Haltebremse ein. Das Drehwerk bleibt also bei einem Verlust der Stromversorgung oder bei einem Notaus zunächst geregelt und begrenzt.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Begrenzungskreis zwei jeweils eine Links- oder Rechtsdrehung des Drehwerks bewirkende hydraulische Steuerleitungen und eine hydraulische Druckbegrenzungsvorrichtung umfasst, wobei letztere eingerichtet ist, die Steuerleitungen hydraulisch leitend miteinander zu verbinden (sodass das Öl von der Leitung mit höherem Druck in die Leitung mit niedrigerem Druck fließt), wenn die Druckdifferenz in den Steuerleitungen einen von dem ermittelten maximal zulässigen Drehmoment abhängigen Grenzdruck übersteigt. Damit wird der über die Steuerleitungen angesteuerte Motor und somit die Drehwerkbewegung begrenzt.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Druckbegrenzungsvorrichtung mindestens ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil umfasst, über welches die Steuerleitungen miteinander hydraulisch leitend verbindbar sind und welches über eine Vorsteuerleitung hydraulisch steuerbar bzw. vorsteuerbar ist, wobei der in der Vorsteuerleitung herrschende Vorsteuerdruck über einen hydraulischen Grenzdruckkreis in Abhängigkeit des ermittelten maximal zulässigen Drehmoments einstellbar ist. Der Grenzdruckkreis sorgt dafür, dass das mindestens eine Druckbegrenzungsventil öffnet, wenn die Druckdifferenz in den Steuerleitungen einen bestimmten Grenzwert bzw. Grenzdruck überschreitet, welcher abhängig ist vom durch die Steuereinheit ermittelten zulässigen Drehmoment bzw. der zulässigen Winkelbeschleunigung. Vorzugsweise ist pro Steuerleitung ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grenzdrucckreis ein Differenzdruckventil umfasst, welches eingerichtet ist, bei einem Überschreiten des Grenzdrucks durch die Druckdifferenz in den Steuerleitungen die Vorsteuerleitung mit einem Tank zu verbinden, wobei das Differenzdruckventil vorzugsweise über eine Grenzdruckleitung hydraulisch steuerbar ist. Bei dem Differenzdruckventil kann es sich um eine Druckwaage handeln, welche öffnet, wenn der an einem Hochdruckanschluss anliegende Druck die Summe aus einem an einem Differenzdruckanschluss anliegenden Grenzdruck und einem an einem Niederdruckanschluss anliegenden Niederdruck überschreitet. In diesem Fall ist das Differenzdruckventil über die Grenzdruckleitung also insbesondere dadurch steuerbar, dass der Grenzdruck definiert, bei welcher Druckdifferenz zwischen den anderen Anschlüssen das Differenzdruckventil schaltet bzw. öffnet.
  • Dem Hochdruckanschluss wird vorzugsweise das Maximum und dem Niederdruckanschluss das Minimum der in den Steuerleitungen herrschenden Betriebsdrücke zugeführt, ggf. über eine oder mehrere Drosseln reduziert um einen definierten Faktor. Je nach Drehrichtung des Drehwerks ist der Druck in einer der beiden Steuerleitungen höher und bildet den "Hochdruck" in der Hochdruckleitung, welche zum Hochdruckanschluss des Differenzdruckventils verläuft. Der Druck der anderen Leitung bildet den Niederdruck. Dadurch lässt sich durch Wahl des Grenzdrucks diejenige Druckdifferenz zwischen den Steuerleitungen einstellen, ab welcher das mindestens eine Druckbegrenzungsventil öffnet und die Drehwerksbegrenzung einsetzt.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grenzdrucckreis einen mit der Grenzdruckleitung verbundenen zweiten Hydraulikspeicher umfasst, welcher über ein zweites Sicherheitsventil des Grenzdruckkreises mit einer Steuerdruckleitung verbindbar ist. Die Steuerdruckleitung ist vorzugsweise ebenfalls mit dem Bremsdruckventil und über ein Rückschlagventil mit dem ersten Hydraulikspeicher verbunden. Das zweite Sicherheitsventil kann elektrisch ansteuerbar sein. Alternativ kann es über eine bei einer Betätigung des Drehwerks mit Druck beaufschlagbare Signalleitung ("Drehwerk ein") hydraulisch steuerbar sein. Die Signalleitung kann gleichzeitig das erste Sicherheitsventil betätigen / steuern. Das zweite Sicherheitsventil ist vorzugsweise zusammen mit einem ersten Sicherheitsventil des Bremskreises elektrisch oder hydraulisch schaltbar.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grenzdrucckreis ein durch die Steuereinheit steuerbares Grenzdruckeinstellventil umfasst, mittels welchem die Grenzdruckleitung mit einer Steuerdruckleitung (insbesondere der oben beschriebenen Steuerdruckleitung) verbindbar und der Grenzdruck in Abhängigkeit von dem ermittelten maximal zulässigen Drehmoment einstellbar ist. Das Grenzdruckeinstellventil kann eine fallende Kennlinie aufweisen, sodass bei fehlender Ansteuerung der maximale Grenzdruck eingestellt ist (vorausgesetzt, dass in der Steuerdruckleitung ein Steuerdruck > Null vorherrscht). Die Implementierung der erfindungsgemäßen last- und geometrieabhängigen Drehwerksbegrenzung erfolgt also über den Grenzdruckkreis und im Speziellen über eine entsprechende Einstellung des Grenzdrucks durch das Grenzdruckeinstellventil.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Begrenzungskreis eingerichtet ist, bei einem Ausfall der Steuereinheit und/oder bei Auslösung eines Notstopps des Drehwerks automatisch den zweiten Hydraulikspeicher von der Steuerleitung zu trennen, sodass in der Grenzdruckleitung der Druck des zweiten Hydraulikspeichers herrscht. Die Trennung der Verbindung kann durch Schaltung des zweiten Sicherheitsventils erfolgen. Somit wird die erfindungsgemäße Drehwerksbegrenzung auch bei einem Ausfall der Stromversorgung bzw. Steuereinheit oder bei einem Notaus aufrechterhalten.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hochdruckleitung über eine Ventilanordnung derart mit den Steuerleitungen verbunden ist, dass in ihr stets der höhere Druck der Steuerleitungen herrscht, wobei die Ventilanordnung vorzugsweise zwei Ventile, insbesondere Rückschlagventile, umfasst, über die je eine der Steuerleitungen mit der Hochdruckleitung verbunden ist. Analog kann die Niederdruckleitung über Ventile, insbesondere Rückschlagventile, derart mit den Steuerleitungen verbunden sein, dass ihr Druckniveau ("Niederdruck") stets auf das Minimum der Drücke in den Steuerleitungen begrenzt ist.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Notausbzw. Notstoppfunktion vorgesehen ist, welche durch den Kranbediener und/oder bei Vorliegen eines Notstoppauslösezustands automatisch durch die Steuereinheit auslösbar ist, wobei in Folge der Auslösung der Notstoppfunktion die Stromversorgung automatisch abschaltbar und/oder das Drehwerk unter Beibehaltung der Drehwerksbegrenzung automatisch abbremsbar ist. Dadurch kann ein abruptes Abbremsen, welches zu einem Auftreten unzulässig hoher Beschleunigungen führen kann, vermieden werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Kran mit einem Drehwerk und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Drehwerks. Das Drehwerk kann einen oder mehrere Drehwerksmotoren umfassen, welche über die erfindungsgemäße Vorrichtung begrenzbar bzw. steuerbar sind. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für die erfindungsgemäße Vorrichtung, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Bei dem Kran kann es sich um einen Raupenkran handeln.
  • Die vorliegende Erfindungsgemäß betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines Krandrehwerks mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit folgenden Schritten:
    • Erfassung einer momentan vom Kran aufgenommenen Last,
    • Erfassung einer momentanen Ausrichtung des Krans und/oder einer Krankomponente,
    • Ermittlung eines maximal zulässigen Drehmoments und/oder einer davon abgeleiteten Größe für eine aktuelle Drehbewegung des Drehwerks in Abhängigkeit wenigstens der erfassten Last und der erfassten Ausrichtung,
    • Steuern oder Regeln eines Antriebsmotors des Drehwerks derart, dass die Winkelbeschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Drehwerks auf einen vom maximal zulässigen Drehmoment abhängigen Wert begrenzt ist / sind, und
    • bei einem Ausfall der Steuereinheit oder der Auslösung eines Notstopps, automatisches Abbremsen des Drehwerk, sodass die maximal zulässige Winkelbeschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Drehwerks nicht überschritten wird / werden.
  • Auch hier ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für die erfindungsgemäße Vorrichtung, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Krandrehwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    Figur 2:
    verschiedene Ansichten eines Krans mit einem über die erfindungsgemäße Vorrichtung gesteuerten Drehwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei verschiedene Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Anordnung gezeigt sind; und
    Figur 3:
    einen Schaltplan des zur Steuerung des Drehwerksmotors verwendeten Hydrauliksystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild die Komponenten und Einflussfaktoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Drehwerks 10 eines Krans 1. Die Berechnung des zulässigen Drehmoments bzw. der zulässigen Winkelbeschleunigung für die Drehwerksbewegung findet in einer Steuereinheit 20 statt, bei welcher es sich in den hier betrachteten Ausführungsbeispielen um die CPU der Kransteuerung handelt.
  • Im folgenden Ausführungsbeispiel wird ein Raupenkran 1 betrachtet, welcher in der Figur 2 dargestellt ist. Der Raupenkran 1 umfasst einem Unterwagen 2 mit Raupenfahrwerken und einen über ein Drehwerk 10 um eine vertikale Achse drehbar auf dem Unterwagen 2 gelagerten Oberwagen 3. Der Oberwagen 3 weist einen um eine horizontale Achse schwenkbar gelagerten Ausleger 4 auf, welche im hier betrachteten Ausführungsbeispiel einen Hauptausleger 4a und eine Wippnadel 4a umfasst, welche über Abspannkonstruktionen abgespannt sind. Der Oberwagen 3 weist am Heck einen Oberwagen- bzw. Heckballast 5 mit zwei seitlichen Stapeln aus mehreren Ballastplatten auf. Die Abspannung des Hauptauslegers 4a erfolgt über einen um eine horizontale Achse schwenkbar am Oberwagen 3 gelagerten Abspannbock 7.
  • In der Figur 2 sind Ausschnitte verschiedener Komponenten des Krans 1 mit Elementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie Kransensoren oder Drehwerkskomponenten gezeigt. So ist rechts unten das Drehwerk 10 zu sehen, welches ein Großwälzlager 6 und mehrere das Großwälzlager 6 über Ritzel antreibende Motoren 12 umfasst. An der Spitze der Wippnadel 4b befindet sich ein Anemometer 19 zur Bestimmung der momentanen Windlast.
  • Die Ansteuerung des Krandrehwerks 10 erfolgt hydraulisch, wobei ein Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems in der Figur 3 gezeigt und weiter unten beschrieben ist. Der Einfachheit halber ist in der Figur 3 lediglich ein Drehwerksmotor 12 gezeigt.
    • 1. Überblick
  • Je nach Krankonfiguration und Traglast kann bei Raupenkranen eine unsachgemäße Bedienung des Drehwerkes im Betrieb oder eine Betätigung des Nothalts zu unzulässig hohen Querkräften führen. Bei einem Nothalt der Stopp-Kategorie 0 oder einem Ausfall der Maschine kommt es zum sofortigen Unterbrechen der Energiezufuhr zu dem oder den Antriebselementen und somit zum Einfall der Haltebremse(n) des Drehwerks. Dies führt zu einer signifikant höheren Belastung des Auslegertragwerkes. Diese Umstände führen ohne Gegenmaßnahme zu signifikant höheren Trägheitsmomenten und in weiterer Folge zu signifikant höheren Belastungen des Auslegertragwerks.
  • Erfindungsgemäß wird als Lösungsansatz eine last- und geometrieabhängige Drehwerksmomentenbegrenzung (im Folgenden auch schlicht als Drehwerksbegrenzung bezeichnet) gewählt. Ausgangswert ist die maximal zulässige Winkelbeschleunigung des Oberwagens 3 bei der vorhandenen Ausnutzung der maximalen Struktur-Traglast. Daraus errechnet sich entsprechend der Krankonfiguration, der aktuellen Last und den aktuellen Winkelstellungen ein maximal zulässiges Drehmoment bzw. ein maximal zulässiger Druck im Drehwerk 10. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird der Drehwerksdruck auf diesen maximal zulässigen Druck begrenzt.
  • Da eine konstante Verzögerungszeit gewährleistet werden soll, wird ebenfalls die Krandrehgeschwindigkeit begrenzt. Die Drehwerksbegrenzung greift auch bei einem Nothalt oder Ausfall der Kransteuerung 20. Durch mindestens einen hydraulischen Speicher wird der maximal zulässige Druck im Drehwerk 10 auch in diesen Fällen weiterhin auf den zuletzt zulässigen Wert begrenzt und die Haltebremse 14 bis zum Stillstand der Drehbewegung, maximal jedoch für einige Sekunden, offen gehalten.
  • Im gültigen Traglasttabellen-Bereich ist die Drehwerksmomentenbegrenzung, sofern nicht über einen Korrekturwert ausgeschaltet, insbesondere permanent aktiv.
  • Die Bestimmung der zulässigen Winkelbeschleunigung wird über die Ausgangsgleichung: ∑ I AL x + I OW + I WL ⋅ α zul ≤ M FQ % − M W − M K
    Figure imgb0001
     definiert. Hierbei bezeichnen ΣI(AL) x die Summe der Trägheitsmomente I(AL) der verschiedenen Auslegerteile, d.h. das Gesamtträgheitsmoment des Auslegers 4, I(OW) das Trägheitsmoment des Oberwagens 3, I(WL) das Trägheitsmoment der Arbeitslast, αzul die maximal zulässige Winkelbeschleunigung, M(FQ[%]) das sich aus der maximal zulässigen Querkraft ergebende Drehmoment, M(W) das sich aus der momentanen Windlast ergebende Moment und M(K) das sich aus der momentanen Krängung bzw. Schräglage des Krans 1 ergebende Moment.
  • Der CPU bzw. Steuereinheit 20, also dem von dieser ausgeführten physikalischen Simulationsmodell, werden dazu die nachstehenden Einflussgrößen zugeführt.
    • a) Einflüsse aus Geometriedaten
  • Die Geometrieinformationen beinhalten alle relevanten Bauteilmassen, Schwerpunktkoordinaten und Abmessungen der gesamten Maschine. Diese werden durch die für den sicheren Kranbetrieb erforderliche Vorwahl des Geräte-Rüstzustands dem physikalischen Simulationsmodell zugeführt.
    • b) Einflüsse aus Kransensorik
  • Über die Kraftmesslaschen 16, Winkelgeber 18 und Druckaufnehmer werden die Einflussgrößen aus der aktuellen Arbeitslast und des aktuellen Arbeitsradius erfasst und ebenfalls dem physikalischen Simulationsmodell zugeführt. Hierbei wird unter der Arbeitslast die sich aus den Hubseilen, Unterflaschen, Anschlagmittel, Gehänge und der zu manipulierenden Traglast ergebende Gesamtlast verstanden.
    • c) Einflüsse aus Störgrößen
  • Als Störgrößen werden jene Größen bezeichnet, die zusätzlich von außerhalb, im Wesentlichen unbeeinflussbar, auf das Kransystem einwirken können. Das sind insbesondere die Krängung bzw. Schräglage der Maschine und die Windlast. Die Windgeschwindigkeit wird mittels Windmesser 19, die Krängung mittels wenigstens einem elektrischen Neigungsgeber 17 erfasst und ebenfalls dem physikalischen Simulationsmodell zugeführt.
  • Das physikalische Simulationsmodell berechnet in Echtzeit unter Berücksichtigung aller Einflüsse aus a) - c) die maximal zulässigen Ausleger-Winkelbeschleunigungen, welche wiederum in die maximal zulässigen Drehwerks-Differenzdrücke umgerechnet und zur Ansteuerung des Krandrehwerks 10 herangezogen werden.
  • Jegliche Veränderungen der Einflussgrößen, einzeln oder in beliebiger Überlagerung, wie unter a) - c) angeführt, führen umgehend zu Veränderungen der Ansteuerung des Drehwerks 10. Hierbei wird die Veränderung der Ansteuerung des Drehwerks 10 immer aus der errechneten, zulässigen Auslegerwinkelbeschleunigung αzul bestimmt und begrenzt.
  • Für die Sicherstellung der zulässigen Bremsbeschleunigung auch bei abruptem Verlust der Energieversorg wie z.B. im Falle der Betätigung eines Notaustasters oder sonstigen Ereignissen, die zum abrupten Verlust der Energieversorgung führen, wird das hydraulische Bremssystem mit der last- und geometrieabhängigen Drehwerksbegrenzung kombiniert.
  • Im Folgenden wird ein konkretes Beispiel für die Implementierung der erfindungsgemäßen last- und geometrieabhängigen Drehwerksbegrenzung beschrieben.
    • 2. Berechnungsalgorithmus
  • Beim Verzögern durch Nothalt oder Maschinenausfall gelten prinzipiell die gleichen Ansätze wie beim Beschleunigen oder Verzögern im ordentlichen Kranbetrieb. Somit sind dieselben festgelegten Begrenzungen gültig. Alle notwendigen Berechnungsgrößen für die nachstehende Ausgangsgleichung sind entweder in den GEO-Files, in den Strukturdaten oder in der Software als bestehende Parameter bereits vorhanden.
    • 3. Ermittlung des Trägheitsmoments des Grundgeräts
  • Das Grundgerät wird im Standardzustand (Oberwagen 3, Winden, Standardbestückung, usw.) in einer 3D-CAD-Software geladen und gemessen. Im GEO-File "Oberwagen" ist das Massenträgheitsmoment in der z-Achse des gesamten Oberwagens inkl. der Winden als Konstante mit aufgenommen. Der Heckballast 5 und der A-Bock 7 sind im Oberwagenmodell nicht berücksichtigt und werden separat berechnet (z.B. Teilballastierung). Das gesamte Trägheitsmoment Jgesamt [kgm2] errechnet sich aus: J gesamt = J OW + J AB + J HB + J D + J DB .
    Figure imgb0002
  • Hierbei bezeichnen JOW das Massenträgheitsmoment des Oberwagens 3 (Vorgabe GEO-File), JAB das Massenträgheitsmoment des Abspannbocks bzw. A-Bocks 7, JHB das Massenträgheitsmoment des Heckballasts 5 (z.B. berechnet aus der Masse des Heckballasts 5 multipliziert mit dem Radius des Schwerpunkts bzw. "center of gravity" zum Drehmittelpunkt), JD das Massenträgheitsmoment des Derrickauslegers (falls ein solcher angebaut ist) und JDB das Massenträgheitsmoment des Derrickballasts (falls ein solcher verwendet wird).
    • 3. Errechnung der zulässigen Winkelbeschleunigung
  • Die zulässige Winkelbeschleunigung αzul wird bei der vorhandenen Ausnutzung der maximalen Strukturtraglast als Sonderlastfall ohne Wind und Krängung berechnet, da diese zulässigen Kräfte nur im Nothalt bzw. außerhalb des Standardbetriebs auftreten können. Die zulässige Winkelbeschleunigung αzul wird als Kurve (über mehrere Stützpunkte) in Abhängigkeit der Ausnutzung der maximalen Strukturtraglast ausgegeben.
    • 4. Errechnung der Massenträgheitsmomente
  • Die Massenträgheitsmomente aus Auslegersegmenten und Arbeitslasten errechnen sich wie folgt: J AL = ∑ m AL x ⋅ r AL x 2 ,
    Figure imgb0003
     J WL = ∑ m WL x ⋅ r WL x 2 ,
    Figure imgb0004
     wobei JAL [kgm2] das Massenträgheitsmoment des Auslegersystems, m(AL) x [kg] die Masse eines einzelnen Auslegerelements (z.B. Anlenkstück, Zwischenstück, Kopf etc.), r(AL) x [m] den Schwerpunktabstand des betreffenden Auslegerstücks vom Rotationszentrum, JWL [kgm2] das Massenträgheitsmoment der Arbeitslasten, m(WL) x [kg] die Masse einer einzelnen Arbeitslast (WL, "working load") und r(AL) x [m] den Arbeitsradius der betreffenden Arbeitslast bezeichnen.
    • 5. Errechnung der zulässigen Drehwerksdrucks
  • Aus den Daten des oder der installierten Drehwerksmotoren 12, der Motorbestückung, der Anzahl der Motoren 12, den bekannten Trägheitsmomenten, dem Grenzmoment des Auslegers 4 und den Reibverlusten kann die Druckdifferenz für die Ansteuerung des Drehwerks berechnet werden. Falls für den Kran 1 eine fest vorgegebene maximale Winkelbeschleunigung αmax definiert ist, ist die für den Kran 1 in der aktuellen Konfiguration und Ausrichtung maximal zulässige Winkelbeschleunigung der kleinere Wert von αzul und αmax . Der Wert für αmax ist in der Kransteuerung bzw. einem Speicher hinterlegt oder in einer bei Betriebsbeginn geladenen Datei gespeichert. Im Folgenden wird der Einfachheit halber nur davon gesprochen, dass der betreffende Wert "in der Kransteuerung" hinterlegt ist.
  • Das zuvor betrachtete gesamte Massenträgheitsmoment Jgesamt multipliziert mit der zulässigen Winkelbeschleunigung αzul ergibt das Moment am Drehwerk MDM, welches über konstante Werte und die Druckdifferenz definiert ist: M DW = J gesamt ⋅ α zul
    Figure imgb0005
     bzw. M DW = M mot ⋅ Δp zul + Δp reib ⋅ f ⋅ i ⋅ Z R Z G .
    Figure imgb0006
  • Daraus ergibt sich die maximal zulässige Druckdifferenz Δpzul für die Ansteuerung des Drehwerkmotors 12 zu: Δp zul = J gesamt ⋅ α zul f ⋅ i ⋅ M mot ⋅ Z R Z G − Δp reib ,
    Figure imgb0007
     wobei Δpreib [bar] den krantypabhängigen Druckverlust durch Reibung (z.B. ermittelt durch Versuch), αzul [1/s] die durch das physikalische Simulationsmodell berechnete maximal zulässige Winkelbeschleunigung, / die Anzahl der Drehwerksmotoren 12, i das Übersetzungsverhältnis des Drehwerks, Z(R) die Zähnezahl des das Großwälzlager 6 antreibenden Ritzels, Z(G) die Zähnezahl des Großwälzlagers 6, Mmot [Nm/bar] das motorspezifische Drehmoment und Jgesamt [kgm2] das Gesamtmassenträgheitsmoment des Krans 1 samt Last darstellen.
    • 6. Ermittlung von Δpreib durch Versuch
  • Anhand von Versuchen am Prüfstand wird der Reibverlust Δpreib bei maximalen Geschwindigkeiten der einzelnen Drehwerkstufen ermittelt. Diese sind typabhängig und daher variabel. Der Verlustdruck ist notwendig, um eine konstante Drehzahl aufrecht zu erhalten und wird am Drehwerksmotor 12 gemessen, indem der Kran 1 bei konstanter Drehgeschwindigkeit in der zweiten Stufe gedreht wird. Der gemessene Verlustdruck entspricht den Reibverlusten in Drehwerksstufe 2. Aus praktischen Gründen kann hier auch ein fixer Wert für Δpreib in Abzug gebracht werden.
    • 7. Begrenzung auf Δpmαx
  • Der zuvor ermittelte maximal zulässige Differenzdruck des Hydrauliksystems Δpzul wird auf ein festgelegtes Δpmax [bar] begrenzt, welches in der Kransteuerung hinterlegt ist. Dies stellt sicher, dass der Kran 1 keine Geschwindigkeit erreichen kann, welche nicht innerhalb einer am Kran 1 eingestellten Integrationszeit abgebremst werden kann. Im offenen Hydrauliksystem entspricht der maximale Differenzdruck dem maximalen Absolutdruck. Im geschlossenen System entspricht der maximale Differenzdruck dagegen der Differenz aus maximalem Absolutdruck und Speisedruck.
    • 8. Betrachtung des Mindestdifferenzdrucks Δpmin
  • Der erforderliche Mindestdifferenzdruck Δpmin im hydraulischen System ist systembedingt und in der Kransteuerung hinterlegt. Wenn der berechnete maximal zulässige Differenzdruck Δpzul kleiner ist als Δpmin muss der berechnete Wert auf Δpmin gesetzt werden. Im Vorfeld wird aber vorzugsweise sichergestellt, dass es keine Krankonfigurationen gibt, für die Δpzul unter Δpmin (z.B. 80 bar) liegt.
    • 9. Bestimmung der maximal zulässigen Krandrehgeschwindigkeit
  • Aus der nun vorliegenden zulässigen Winkelbeschleunigung αzul lässt sich die zulässige Krandrehgeschwindigkeit ermitteln, um sicher in der gegebenen Integrationszeit zum Stillstand zu kommen. Die minimale Integrationszeit tmin ist in der Kransteuerung hinterlegt und kann einige Sekunden betragen. Die erreichbare Auslegerkopfgeschwindigkeit in Abhängigkeit der zulässigen Winkelbeschleunigung αzul wird mit folgender Gleichung bzw. folgendem Algorithmus beschrieben:
    Figure imgb0008
  • Hierbei bezeichnen v(K) [m/min] die Auslegerkopfgeschwindigkeit ohne Limit für eine zulässige Höchstgeschwindigkeit, t [s] die Integrationszeit aus dem Drehwerksschieber (eingestellt am Gerät), tmin [s] die minimal einstellbare Integrationszeit am Gerät (t ≥ tmin ) und r [m] den Arbeitsradius der Arbeitslast und der FQ als zulässige Querkraft. Mit dem Term (Δpmax + Δpreib )/(Δpzul + Δpreib ) wird ein zu hohes αzul auf eine mit Δpmαx erreichbare Winkelbeschleunigung ∝ normiert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Gerät mit der maximal möglichen Druckdifferenz Δpmax innerhalb der Integrationszeit t zum Stillstand gebracht werden kann. Der Faktor 60 dient der Umwandlung in m/min.
  • Bei einem Personentransport und/oder einem Derrickbetrieb kann v(K) zusätzlich auf einen bestimmten maximalen Wert begrenzt werden, beispielsweise auf 30 m/min. Bei einem Derrickbetrieb kann die Krandrehgeschwindigkeit ebenfalls auf einen maximalen Wert begrenzt werden, beispielsweise auf 0.2 U/min. Dies kann nach folgendem Algorithmus geschehen:
    Figure imgb0009
    Figure imgb0010
    wobei vmax,Kopf [m/min] die maximal zulässige Kopfgeschwindigkeit unabhängig vom Arbeitsradius und vmax,Pers [m/min] die maximal zulässige Kopfgeschwindigkeit unabhängig vom Arbeitsradius bei einem Personentransport bezeichnen.
  • Die daraus resultierende Krandrehgeschwindigkeit folgt der Gleichung: n zul = v K 2 ⋅ π ⋅ r max ,
    Figure imgb0011
     wobei nzul [1/min] die Krandrehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der maximal zulässigen Winkelbeschleunigung ∝ zul und rmax den Radius des am weitesten entfernten Kopfes darstellen.
  • Mit DWBmax,Umdrehung [1/min] als maximal zulässiger Drehgeschwindigkeit pro Modi (welche in der Kransteuerung hinterlegt sein kann), ergibt sich:
    Figure imgb0012
    Figure imgb0013
    • 10. Umsetzung der Drehwerksbegrenzung bei einem Derrickbetrieb
  • Die Drehwerksbegrenzung ist im Derrickbetrieb nicht aktiv. Im Derrickbetrieb wird die Kopfgeschwindigkeit auf 30 m/min und die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit auf 0.2 U/min reduziert.
    • 11. Drehwerksbegrenzung bei Schwimmkörpern
  • Bei einem Betrieb auf Schwimmkörpern bzw. "floating units" (z.B. Schiffskran) wird davon ausgegangen, dass die Neigung durch Last am Kran 10 verursacht wird. Wenn der Ausleger 4 des Krans 1 nicht in der Symmetrieachse des Schwimmkörpers ist, ergibt sich neben der Neigung in Auslegerrichtung auch eine seitliche Neigung. Dieser Zustand führt zu einer Kippmomenterhöhung, die über entsprechende Sensoren korrekt erfasst und berücksichtigt wird. Der Heckballast 5 wird unter dieser Betrachtung im Betrieb zur treibenden oder zur bremsenden Einflussgröße. Kleine seitliche Neigungen (<1%) sind i.d.R. vernachlässigbar.
    • 12. Gültigkeitsbereich
  • Die last- und geometrieabhängige Drehwerksmomentenbegrenzung kann beispielsweise für alle Betriebsarten ohne Derrick vorgesehen sein und kann über einen Korrekturwert ausschaltbar sein.
    • 13. Berücksichtigung von Wind
  • Bei der Betrachtung des Windes kann nur der treibende bzw. der bremsende Einfluss getrennt betrachtet werden. Dass der Wind schlagartig, das heißt ohne jede zeitliche Verzögerung, von treibend auf bremsend wechselt, kann i.d.R. ausgeschlossen werden. Wirkt der Wind treibend, erhöht sich die Verzögerungszeit, jedoch bleibt die Belastung auf den Ausleger 4 unverändert, da der zulässige Druck unverändert bleibt.
  • Wirkt der Wind bremsend, verkürzt sich die Verzögerungszeit, jedoch bleibt die Belastung auf den Ausleger 4 unverändert, da der zulässige Druck unverändert bleibt.
    • 14. Einfluss des Pendelns der Last auf die Struktur
  • Im bestimmungsgemäßen Kranbetrieb wird das Pendeln der Last vom Kranfahrer kontrolliert und minimiert. Da die last- und geometrieabhängige Drehwerksmomentenbegrenzung kein Fahrassistenzsystem ist, sondern die Funktion einer reinen "Boom-Protection" zu erfüllen hat, fließt in die Betrachtung nur der Notaus-Lastfall ein.
    • 15. Normierung Bedienhebel
  • Bei einer Begrenzung der Umdrehungsgeschwindigkeit entsteht bei einer Meisterschalteransteuerung ein Totweg. Der Grund hierfür ist, dass die maximal zulässige Umdrehungsgeschwindigkeit von der aktuellen geometrischen Stellung und den Messwerten des Geräts abhängt. Deshalb verändert sich dieser Wert während des Betriebs dauernd. Die Normierung des Meisterschalters darf jedoch davon nicht beeinflusst werden, da ansonsten das Gerät nicht mehr fahrbar ist.
    • 16. Hydrauliksystem
  • In der Figur 3 ist ein Schaltplan eines Ausführungsbeispiels des Hydrauliksystems des Krans 1 zum Antrieb des Drehwerks 10 bzw. zur Steuerung des Motors 12 gezeigt.
  • Das Drehwerk 10 wird über einen Hydraulikmotor 12 angesteuert, welcher eine Welle 13 rotatorisch antreibt. Selbstverständlich können als Drehwerkantrieb auch mehrere solcher Motoren 12 vorgesehen sein. Die beiden Druck- bzw. Steuerleitungen R und L zum hydraulischen Antrieb des Motors 12 werden von einer hier nicht dargestellten Energiequelle mit Hydrauliköl versorgt. Für eine Rechtsdrehung des Drehwerks 10 wird die Steuerleitung R und für eine Linksdrehung die Steuerleitung L mit einem entsprechenden Betriebsdruck beaufschlagt. Bei einer Betätigung des Drehwerks 10 weist also immer eine der beiden Steuerleitungen R, L ein höheres Druckniveau auf als die andere. An jede Steuerleitung R, L ist ein Drucksensor 30, 32 angebunden.
  • Das Hydrauliksystem weist einen Bremskreis 100, einen Begrenzungskreis 200 sowie einen Grenzdruck bzw. Differenzdruckkreis 201 auf (letzterer kann auch als Teil des Begrenzungskreises 200 angesehen werden). Der Bremskreis 100 kann in einem eigenen Bremsblock untergebracht sein. Ebenso kann der Begrenzungskreis 200 in einem eigenen Begrenzungsblock und/oder der Grenzdruckkreis 201 in einem eigenen Grenzdruckblock bzw. Differenzdruckblock untergebracht sein. Im Folgenden werden die in einen Hydrauliktank mündenden Leitungen als Tankleitung T bezeichnet. Der Einfachheit halber wird auch der Tank selbst mit dem Bezugszeichen T versehen.
  • Zwischen die beiden Steuerleitungen R, L des Antriebs 12 sind vorgesteuerte sekundäre Druckbegrenzungsventile 220, 222 so eingebaut, dass sie bei einem Ansprechen Öl von der Hochdruck- zur Niederdruckseite leiten.
  • Über die Rückschlagventile 224, 226 wird der druckhöheren Seite der Steuerleitungen R und L mit dem Signal "Hochdruck" der aktuelle Betriebsdruck entnommen und der Differenzdrucksteuerung zugeführt. In der Hochdruckleitung H, welche in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen H versehen ist, können unterschiedliche Drücke herrschen, da an verschiedenen Positionen Drosseln angeordnet sind. Aus "Hochdruck" wird über die Drossel 218 ein Signal bzw. Druckniveau erzeugt, welches über die Rückschlagventile 214 und 216 auf "Niederdruck", d.h. auf das kleinere der in den Steuerleitungen R, L herrschende Druckniveau begrenzt ist und der Differenzdrucksteuerung zugeführt wird. "Hochdruck" bezeichnet also unabhängig von der Drehrichtung des Drehwerks 10 das Maximum und "Niederdruck" das Minimum der Betriebsdrücke "rechts" und "links" des Drehwerks 10.
  • Über die Drosseln 228 und 229 sowie das in diesem Ausführungsbeispiel als Druckwaage ausgestaltete Differenzdruckventil 206 wird der aktuelle Betriebsdruck ("Hochdruck") in einen Vorsteuerdruck umgewandelt. Dieser Vorsteuerdruck wirkt über die Drosseln 230 und 232 als Vorsteuerung auf die Druckbegrenzungsventile 220 und 222.
  • Das Signal "Hochdruck" (d.h. der in der Hochdruckleitung H nach der Drossel 228 herrschende Druck) wirkt auf der Hochdruckseite der Druckwaage 206 darauf hin, diese zu öffnen. Das Signal "Niederdruck" (d.h. der in der Niederdruckleitung N herrschende Druck) wirkt auf der Niederdruckseite der Druckwaage 206 darauf hin, diese zu schließen, unterstützt von einem "Druckdifferenzsignal" der Druckansteuerung, welches sich über den in der Grenzdruckleitung G herrschenden Druck (Grenzdruck) ergibt.
  • Die Druckwaage 206 öffnet, wenn das Signal "Hochdruck" den aus "Niederdruck" und "Druckdifferenzsignal" gebildeten Wert übersteigt. In diesem Fall wird Vorsteuerdruck (d.h. der nach den Drosseln 230 und 232 herrschende Druck) in den Tank abgeleitet und damit die Druckeinstellung der sekundären Druckbegrenzungen 220, 222 angesteuert bzw. verändert.
  • Die Ansteuerung des Differenzdrucks erfolgt über ein elektrisch ansteuerbares, proportionales Grenzdruckeinstellventil 204, welches hier als Druckminderventil ausgestaltet ist. Am Grenzdruckeinstellventil 204 liegt ein Steuerdruck an, welcher den maximalen Differenzdruck zwischen den Steuerleitungen R, L definiert. Der Steuerdruck wird durch das Grenzdruckeinstellventil 204 in den an der Druckwaage 206 anliegenden Grenzdruck umgewandelt. Dabei weist das Grenzdruckeinstellventil 204 eine fallende Kennlinie auf, sodass im stromlosen Zustand der maximale Steuerdruck anliegt, d.h. der maximal mögliche Grenzdruck herrscht.
  • Das Grenzdruckeinstellventil 204 wird durch die Steuereinheit 20 direkt oder indirekt elektrisch angesteuert. Dadurch wird das über das physikalische Simulationsmodell ermittelte maximal zulässige Drehmoment bzw. die zulässige Winkelbeschleunigung ∝ zul und die daraus abgeleitete maximal zulässige Druckdifferenz Δpzul in eine entsprechende Steuerung des an der Druckwaage 206 anliegenden Differenzdrucks bzw. Grenzdrucks umgesetzt. Die Einstellung des Grenzdrucks in der Grenzdruckleitung G durch das Ventil 204 entscheidet also, ab welcher Druckdifferenz in den Steuerleitungen R und L die Druckbegrenzungsventile 220, 222 öffnen und Öl von der Hochdruck- auf die Niederdruckseite fließt.
  • Die Druckwaage 206 besitzt ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis i, welches beispielsweise bei i = 12,7 liegen kann. Dadurch entspricht z.B. ein Drucksignal auf Steuerdruckniveau von 0-30 bar einer Druckabsicherung auf Betriebsdruckniveau von 0-380 bar.
  • In die Grenzdruckleitung G ist ein zweites Sicherheitsventil 208, ein zur Maximaldruckbegrenzung des Grenzdrucks eingesetztes Druckbegrenzungsventil 212 und ein zweiter Hydraulikspeicher 202 eingefügt. Bei Überschreitung eines Maximalwerts für die Druckansteuerung schaltet das Druckbegrenzungsventil 212 und entlastet die Grenzdruckleitung G gegen den Tank T. Zur Messung des aktuellen Werts der Druckansteuerung ist eine Druckmesseinrichtung 210 vorgesehen, welche den in der Grenzdruckleitung G herrschenden Grenzdruck misst und als analoger Drucksensor ausgebildet sein kann.
  • Bei dem zweiten Sicherheitsventil 208 handelt es sich um ein digitales, d.h. binäres Wegesitzventil (nur zwei Schaltstellungen). In dem in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieses elektrisch angesteuert
  • Der Bremskreis 100 (bzw. Bremsblock) umfasst ein elektrisch angesteuertes, digitales Bremsventil 104, ein elektrisch angesteuertes, digitales Sicherheitsventil 108 und ein hydraulisch angesteuertes, digitales Umschaltventil 106. Ferner umfasst der Bremskreis 100 bzw. Bremsblock einen ersten Hydraulikspeicher 102, welcher über ein Rückschlagventil 112 mit Steuerdruck aus der Steuerleitung ST beaufschlagt bzw. aufladbar ist.
  • Der Ausgang des im vorliegenden Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Bremsventils 104 ist mit einer Druckkammer der Haltebremse 14 verbunden.
  • Durch Druckbeaufschlagung (Öffnungsdruck) wird die Haltebremse 14 entgegen der durch eine Druckfeder aufgebrachten Kraft gelöst, sodass die Welle 13 sich frei drehen kann. Unterschreitet der Hydraulikdruck in der Druckkammer einen gewissen Wert (minimaler Bremsöffnungsdruck), so greift die Haltebremse 14 und übt ein Bremsmoment auf die Welle 13 bzw. den Motor 12 aus. Die Stellung des Bremsventils 104 definiert also, ob die Haltebremse 14 des Drehwerks 10 geöffnet bleibt (erste Stellung des Bremsventils 104, erfolgt bei entsprechender elektrischer Ansteuerung) oder das Einfallen der Haltebremse 14 eingeleitet werden soll (zweite Stellung des Bremsventils 104, keine elektrische Ansteuerung bzw. Strom = 0).
  • Die Position des Umschaltventils 106 definiert, ob die Ablaufleitung des Bremsventils 104 mit dem Tank bzw. der Tankleitung T oder mit Speicherdruck aus dem ersten Hydraulikspeicher 102 verbunden wird. Druckbeaufschlagt (erste Stellung des Bremsventils 104) herrscht Verbindung zum ersten Hydraulikspeicher 102 (und damit Steuerdruck), druckentlastet (zweite Stellung des Bremsventils, in der Figur 3 gezeigt) herrscht Verbindung zum Tank T.
  • Bei dem ersten Sicherheitsventil 108 handelt es sich um ein digitales, d.h. binäres Wegesitzventil (nur zwei Schaltstellungen). In dem in der Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es elektrisch angesteuert und als 3/2-Wegeventil ausgebildet.
  • Die Stellung des ersten Sicherheitsventils 108 definiert, ob die hydraulische Ansteuerung des Umschaltventils 106 mit dem aktuellen Betriebsdruck ("Hochdruck") des Drehwerks 10 beaufschlagt wird (gemäß der in der Figur 3 gezeigten Schaltstellung: der Steueranschluss des Umschaltventils 106 ist mit der Hochdruckleitung H des Begrenzungskreises 200 verbunden) oder der Steueranschluss tankentlastet ist.
  • Die ersten und zweiten Sicherheitsventile 108, 208 können über ein gemeinsames elektrisches Signal angesteuert werden. Alternativ kann die zuvor angesprochene hydraulische Ansteuerung über ein hydraulisches Signal "Drehwerk ein" erfolgen. Dabei werden die Sicherheitsventile 108, 208 vorzugsweise geschaltet, sobald das Signal "Drehwerk ein" einen bestimmten Wert, beispielsweise einen Wert größer 5 bar, annimmt.
  • Die Sicherheitsventile 108, 208 definieren, ob die betriebsmäßige Ansteuerung von Haltebremse 14 und Differenzdruckventil 206 wirksam ist (bei elektrischer Ansteuerung: Strom = 1; bei hydraulischer Ansteuerung: z.B. Drucksignal > 5 bar), oder ob die Ansteuerung über die Drücke in den ersten und zweiten Hydraulikspeichern 102 und 202 erfolgt (bei elektrischer Ansteuerung: Strom = 0; bei hydraulischer Ansteuerung: z.B. Drucksignal < 5 bar).
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass hierin in Bezug auf die elektrische Ansteuerung der Ventile vereinfacht bei einer wirksamen Ansteuerung von "Strom = 1" (d.h. das elektrische Signal reicht aus, um das Ventil zu schalten) und bei ausbleibender (oder für eine Schaltung des Ventils nicht ausreichender) Ansteuerung von "Strom = 0" gesprochen wird. Ein Ansteuerstrom größer Null, welcher aber nicht für ein Schalten ausreicht, wird ebenfalls als "Strom = 0" bezeichnet.
  • Im energielosen Zustand (Dieselmotor des Krans 1 aus, sämtliche Ventile unbetätigt) ist das System drucklos. Eine eventuell auftretende thermische Ausdehnung des eingeschlossenen Ölvolumens wird über Leckagen der beteiligten Ventile abgebaut. Die Haltebremse 14 des Drehwerks 10 ist geschlossen. Die Druckzuschaltstufen des Drehwerksmotors 12 befindet sich auf niederer Druckstufe. Wird die Haltebremse 14 durch äußere Kräfte überwunden, fördert der Hydraulikmotor 12 entsprechend der Drehrichtung des Antriebs Öl gegen den Widerstand der sekundären Druckbegrenzung (Ventile 220, 222). Die hierbei auftretenden Betriebsdrücke reichen aufgrund der Druckentlastung der Vorsteuerung der Druckbegrenzungsventile 220, 222 nicht aus, um am Schaltzustand des Systems etwas zu ändern.
  • Mit Einschalten des Dieselmotors des Krans 1 wird das System mit Steuerdruck beaufschlagt (d.h. in der Steuerdruckleitung ST herrscht ein Steuerdruck > Null). Der erste Hydraulikspeicher 102 am Bremsblock wird über das Rückschlagventil 112 mit Steuerdruck aus der Leitung ST geladen. Der Steuerdruck liegt am Bremsventil 104 und am Grenzdruckeinstellventil 204 an. Aufgrund seiner inversen Kennlinie beaufschlagt das Grenzdruckeinstellventil 204 das zweite Sicherheitsventil 208 mit Steuerdruck.
  • Das Signal "Hochdruck" zwischen den Drosseln 228, 229, 230 und 232 steigt auf das Niveau der Einspeisung an (offenes Hydrauliksystem: i.d.R. < 5 bar; geschlossenes Hydrauliksystem: i.d.R. etwa 30-40 bar). Um die Haltebremse 14 dennoch geschlossen zu halten, muss die Schaltschwelle des Umschaltventils 106 oberhalb des Druckniveau der Einspeisung liegen, sodass es nicht geschaltet wird. Diese Schaltschwelle hat in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel den Wert 5 bar, um durch das Signal "Drehwerk ein" geschaltet werden zu können. Aus diesem Grund ist besagtes Ausführungsbeispiel nur für im offenen Kreis betriebene Drehwerke 10 nutzbar.
  • Mit Schließen des Einstiegshebels wird das Grenzdruckeinstellventil 204 auf den durch die Software bzw. die Steuereinheit 20 vorgegebenen Wert für das maximal zulässige Antriebs- und Bremsmoment verstellt. Bauartbedingt liefert das Grenzdruckeinstellventil 204 bei Vollbestromung einen nicht unterschreitbaren Mindestwert für das Druckdifferenzsignal, d.h. für den Grenzdruck in der Leitung G. Aufgrund des Übersetzungsverhältnisses in der Druckwaage 206 ergibt sich eine Mindestdruckabsicherung des Drehwerks-Betriebsdrucks von beispielsweise ca. 80 bar.
  • Mit Betätigung des Meisterschalters (Zustand "Drehwerksbetrieb") verhält sich das Drehwerk 10 wie in der Basisfunktion beschrieben, solange der Betriebsdruck unterhalb des aktuell zulässigen Maximaldrucks gemäß dem Grenzdruckeinstellventil 204 liegt. Der Drehwerksantrieb 12 soll durch geeignete Ansteuerung der Drehwerkdynamik das durch das Grenzdruckeinstellventil 204 vorgegebene Druckniveau nicht aktiv erreichen. So wird verhindert, dass unnötig Wärmeenergie anfällt.
  • Bei Betätigung des Befehls "Drehwerk drehen" durch den Kranführer werden die ersten und zweiten Sicherheitsventile 108, 208 automatisch betätigt. Das erste Sicherheitsventil 108 schaltet in die Stellung, in der der Steueranschluss des Umschaltventils 106 mit der Tankleitung T verbunden ist. Das zweite Sicherheitsventil 208 schaltet in die Stellung, in der das Grenzdruckeinstellventil 204 mit der Druckwaage 206 verbunden ist, sodass ein entsprechend der elektrischen Ansteuerung des Grenzdruckeinstellventils 204 aus dem Steuerdruck erzeugter Grenzdruck in der Grenzdruckleitung G herrscht. Somit wird der Grenzdruck nicht durch den zweiten Hydraulikspeicher 202, sondern über den Steuerdruck und das Grenzdruckeinstellventil 204 vorgegeben. Der zweite Hydraulikspeicher 202 wird auf den aktuellen Grenzdruck geladen und die sekundären Druckbegrenzungen der Ventile 220 und 222 damit vorgesteuert.
  • Wird der aktuell gültige maximale Differenzdruck bzw. Grenzdruck überschritten (z.B. durch äußere Kräfte aufgrund von Seitenwind, Schräglage oder Kollision mit Hindernissen), öffnet das Differenzdruckventil 206, sodass Öl aus den Vorsteuerkammern der Sekundär-Druckbegrenzungsventile 220, 222 in den Tank T fließt. Die Vorsteuerung der Druckbegrenzungsventile 220, 222 sinkt dadurch leicht ab. Der Betriebsdruck "rechts" oder "links" (je nach Betätigung des Drehwerks 10) öffnet das zugeordnete Ventil 220, 222 und Öl fließt von der Hoch- zur Niederdruckseite des Drehwerksantriebs 12. Ein weiterer Anstieg des Differenzdrucks, d.h. der Druckdifferenz in den Steuerleitungen R und L, wird verhindert.
  • Bei Betätigung des Notstopps während der Drehwerkbewegung werden sämtliche elektrischen Ansteuerungen abgeschaltet und der Dieselmotor gestoppt. Das Bremsventil 104, das Grenzdruckeinstellventil 204 sowie die ersten und zweiten Sicherheitsventile 108, 208 fallen gemeinsam ab, d.h. die Betätigung der Sicherheitsventile 108, 208 wird aufgehoben.
  • Die Rotationsenergie des Oberwagens 3 mit Ausleger 4 und Last sowie eventuelle äußere Kräfte treiben den Motor 12 an. Es baut sich in den Steuerleitungen R, L je nach Drehrichtung ein Betriebsdruck auf, welcher der Drehbewegung entgegenwirkt. Von den Rückschlagventilen 224, 226 kommend, betätigt dieser Betriebsdruck das Umschaltventil 106, da sich das erste Sicherheitsventil 108 in der stromlosen Stellung in der Durchlassstellung (vgl. Figur 3) befindet. Durch den zweiten Hydraulikspeicher 202 wird der letztgültige Vorsteuerdruck auf die Ventile 220, 222 aufrechterhalten. Der im ersten Hydraulikspeicher 102 gespeicherte Steuerdruck hält über die Ventile 104 und 106 die Haltebremse 14 geöffnet. Der Oberwagen 3 wird mit zulässigem Moment abgebremst.
  • Über die Drossel 110 wird der erste Hydraulikspeicher bzw. Bremsspeicher 102 allmählich entleert und so der Öffnungsdruck in der Haltebremse 14 verringert. Mit Unterschreiten des minimalen Bremsöffnungsdrucks schließt die Haltebremse 14. Sinkt vor dem Entleeren des ersten Hydraulikspeichers 102 das Signal "Hochdruck" in der Leitung H unter den Betätigungsdruck des Umschaltventils 106, so fällt letzteres ab und verbindet die Haltebremse 14 mit der Tankleitung T, was die Haltebremse 14 einfallen lässt.
  • Bei einem Öffnen des Einstiegshebels während der Drehwerkbewegung wird erst die Ansteuerung der Energiequelle und somit die Förderung von Öl in die Steuerleitungen R, L integrierend zurückgefahren. Durch entsprechende elektrische Ansteuerung wird die Betätigung der Sicherheitsventile 108, 208 aufgehoben. Danach wird das Bremsventil 104 stromlos geschaltet, sodass es die zweite Stellung einnimmt (vgl. Figur 3).
  • Der letzte Wert der Differenzdrucksteuerung bzw. des Grenzdrucks in der Leitung G bleibt aufgrund des zweiten Hydraulikspeichers 202 zunächst erhalten und baut sich über Leckage am Differenzdruckventil 206 allmählich ab. So lange der Betriebsdruck oberhalb der Schaltschwelle des Umschaltventils 106 liegt, bleibt die Haltebremse 14 geöffnet. Mit Ausnahme eines Dieselmotor-Stopps laufen die Vorgänge ab, die oben bezüglich des Zustands "Notstopp betätigt" beschrieben sind.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Kran
    2
    Unterwagen
    3
    Oberwagen
    4
    Ausleger
    4a
    Hauptausleger
    4b
    Wippnadel
    5
    Heckballast
    6
    Großwälzlager
    7
    Abspannbock / A-Bock
    10
    Drehwerk
    12
    Motor / Drehwerkantrieb
    13
    Welle
    14
    Haltebremse
    16
    Kraftmesslasche
    17
    Neigungsgeber
    18
    Winkelgeber
    19
    Windmesser
    20
    Steuereinheit
    30
    Drucksensor
    32
    Drucksensor
    100
    Bremskreis
    102
    Erster Hydraulikspeicher
    104
    Bremsventil
    106
    Umschaltventil
    108
    Erstes Sicherheitsventil
    110
    Drosseleinheit
    112
    Rückschlagventil
    200
    Begrenzungskreis
    201
    Grenzdruckkreis
    202
    Zweiter Hydraulikspeicher
    204
    Grenzdruckeinstellventil
    206
    Differenzdruckventil (Druckwaage)
    208
    Zweites Sicherheitsventil
    210
    Druckmesseinrichtung
    212
    Druckbegrenzungsventil
    214
    Rückschlagventil
    216
    Rückschlagventil
    218
    Drossel
    220
    Druckbegrenzungsventil
    222
    Druckbegrenzungsventil
    224
    Rückschlagventil
    226
    Rückschlagventil
    227
    Drossel
    228
    Drossel
    229
    Drossel
    230
    Drossel
    232
    Drossel
    G
    Grenzdruckleitung
    H
    Hochdruckleitung
    L
    Steuerleitung für "Drehwerk nach links drehen"
    N
    Niederdruckleitung
    R
    Steuerleitung für "Drehwerk nach rechts drehen"
    ST
    Steuerdruckleitung
    T
    Tank / Tankleitung

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Krandrehwerks (10), umfassend:
    - mindestens einen hydraulischen Motor (12), mittels welchem das Drehwerk (10) antreibbar oder abbremsbar ist,
    - mindestens eine Haltebremse (14), mittels welcher das Drehwerk (10) im Stillstand gehalten werden kann,
    - einen hydraulischen Bremskreis (100), mittels welchem die Haltebremse (14) hydraulisch steuerbar ist,
    - eine Lasterfassungseinrichtung (16), mittels welcher eine momentan vom Kran (1) aufgenommene Last erfassbar ist,
    - eine Ausrichtungserfassungseinrichtung (17, 18), mittels welcher eine momentane Ausrichtung des Krans (1) und/oder mindestens einer Krankomponente erfassbar ist,
    - einen hydraulischen Begrenzungskreis (200), mittels welchem ein am Motor (12) anliegender Hydraulikdruck auf einen Grenzwert begrenzbar ist, und
    - eine Steuereinheit (20), welche mit dem Begrenzungskreis (200) verbunden und eingerichtet ist, in Abhängigkeit wenigstens der erfassten Last, der Krankonfiguration und der erfassten Ausrichtung ein maximal zulässiges Drehmoment und/oder eine davon abgeleitete Größe für eine aktuelle Drehbewegung des Drehwerks (10) zu ermitteln und auf dessen Grundlage eine Winkelbeschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Drehwerks (10) durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung des Begrenzungskreises (200) automatisch zu begrenzen,
    wobei die Begrenzungs- und Bremskreise (100, 200) derart miteinander verbunden und eingerichtet sind, bei einem Ausfall der Steuereinheit (20) oder einer Auslösung eines Notstopps das Drehwerk (10) unter Beibehaltung der Drehwerksbegrenzung automatisch abzubremsen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eingerichtet ist, für die Ermittlung des maximal zulässigen Drehmoments und/oder der davon abgeleiteten Größe aktuelle Geometriedaten des Krans (1) zu berücksichtigen, wobei die Geometriedaten vorzugsweise einen Rüstzustand, eine Abmessung, eine Masse, die Lage eines Schwerpunkts und/oder ein Trägheitsmoment des Krans (1) und/oder mindestens einer Krankomponente betreffen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eingerichtet ist, für die Ermittlung des maximal zulässigen Drehmoments und/oder der davon abgeleiteten Größe aktuelle Umgebungsdaten zu berücksichtigen, wobei die Umgebungsdaten vorzugsweise eine über mindestens eine Windmesseinrichtung (19) erfasste Windrichtung und/oder -stärke betreffen.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die momentan vom Kran (1) aufgenommene Last und die momentane Ausrichtung des Krans (1) in Echtzeit erfassbar und der Steuereinheit (20) zur Verfügung stellbar sind, wobei die Steuereinheit (20) eingerichtet ist, das maximal zulässige Drehmoment und/oder die davon abgeleitete Größe für die aktuelle Drehbewegung des Drehwerks (10) sowie die entsprechende Steuerung oder Regelung des Begrenzungskreises (200) in Echtzeit anzupassen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Ausrichtung des Krans (1) einen momentanen Auslegerwinkel, eine momentane Neigung des Krans (1) und/oder einen momentanen Drehwerkswinkel betrifft.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein vorzugsweise in der Steuereinheit (20) vorgesehenes Simulationsmittel, welches eingerichtet ist, anhand eines physikalisches Simulationsmodells des Krans (1) oder mindestens einer Krankomponente unter Berücksichtigung zumindest eines momentanen Rüstzustands, einer momentanen Ausrichtung und einer momentan gehobenen Last des Krans (1) das maximal zulässige Drehmoment und/oder die davon abgeleitete Größe für die aktuelle Drehbewegung des Drehwerks (10) zu berechnen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) eingerichtet ist, einen maximal zulässigen hydraulischen Differenzdruck zu berechnen und auf dessen Grundlage eine Winkelbeschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Drehwerks (10) durch eine entsprechende Steuerung oder Regelung des Begrenzungskreises (200), insbesondere durch elektrische Ansteuerung eines Grenzdruckeinstellventils (204), automatisch zu begrenzen.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskreis (100) einen ersten Hydraulikspeicher (102) und ein Bremsventil (104) umfasst, wobei die Haltebremse (14) über das Bremsventil (104) in einer ersten Stellung mit einer Steuerdruckleitung (ST) und in einer zweiten Stellung mit einem Tank (T) oder mit dem ersten Hydraulikspeicher (102) verbindbar ist und wobei das Bremsventil (104) vorzugsweise elektrisch steuerbar ist und dass vorzugsweise der Bremskreis (100) ein Umschaltventil (106) umfasst, über welches das Bremsventil (104) in der zweiten Stellung mit dem Tank (T) oder mit dem ersten Hydraulikspeicher (102) verbindbar ist, wobei das Umschaltventil (106) vorzugsweise über einen Steueranschluss hydraulisch steuerbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss des Umschaltventils (106) über ein erstes Sicherheitsventil (108) des Bremskreises (100) mit dem Tank (T) oder mit einer Hochdruckleitung (H) des Begrenzungskreises (200) verbindbar ist, wobei das erste Sicherheitsventil (108) vorzugsweise zusammen mit einem zweiten Sicherheitsventil (208) des Begrenzungskreises (200) elektrisch schaltbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskreis (100) eingerichtet ist, bei einem Ausfall der Steuereinheit (20) und/oder bei Auslösung eines Notstopps des Drehwerks (10) automatisch das Bremsventil (104) in die zweite Stellung zu schalten und mit dem ersten Hydraulikspeicher (102) zu verbinden sowie vorzugsweise den ersten Hydraulikspeicher (102) über eine Drosseleinheit (110) mit dem Tank (T) zu verbinden.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungskreis (200) zwei jeweils eine Links- oder Rechtsdrehung des Drehwerks (10) bewirkende hydraulische Steuerleitungen (R, L) und eine hydraulische Druckbegrenzungsvorrichtung umfasst, welche eingerichtet ist, die Steuerleitungen (R, L) miteinander leitend zu verbinden, wenn die Druckdifferenz in den Steuerleitungen (R, L) einen vom ermittelten maximal zulässigen Drehmoment abhängigen Grenzdruck übersteigt, dass vorzugsweise die Druckbegrenzungsvorrichtung mindestens ein hydraulisches Druckbegrenzungsventil (220, 222) umfasst, über welches die Steuerleitungen (R, L) miteinander verbindbar sind und welches über eine Vorsteuerleitung hydraulisch steuerbar ist, wobei der in der Vorsteuerleitung herrschende Vorsteuerdruck über einen hydraulischen Grenzdruckkreis (201) in Abhängigkeit des ermittelten maximal zulässigen Drehmoments einstellbar ist, dass besonders vorzugsweise der Grenzdruckkreis (201) ein Differenzdruckventil (206) umfasst, welches eingerichtet ist, bei einem Überschreiten des Grenzdrucks durch die Druckdifferenz in den Steuerleitungen (R, L) die Vorsteuerleitung mit einem Tank (T) zu verbinden, wobei das Differenzdruckventil (206) vorzugsweise über eine Grenzdruckleitung (G) hydraulisch steuerbar ist und dass ganz besonders vorzugsweise der Grenzdruckkreis (201) einen mit der Grenzdruckleitung (G) verbundenen zweiten Hydraulikspeicher (202) umfasst, welcher über ein zweites Sicherheitsventil (208) des Grenzdruckkreises (201) mit einer Steuerdruckleitung (ST) verbindbar ist, wobei das zweite Sicherheitsventil (208) vorzugsweise zusammen mit einem ersten Sicherheitsventil (108) des Bremskreises (100) elektrisch schaltbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzdrucckreis (201) ein durch die Steuereinheit (20) steuerbares Grenzdruckeinstellventil (204) umfasst, mittels welchem die Grenzdruckleitung (G) mit einer Steuerdruckleitung (ST) verbindbar und der Grenzdruck in Abhängigkeit vom ermittelten maximal zulässigen Drehmoment einstellbar ist, dass vorzugsweise der Begrenzungskreis (200) eingerichtet ist, bei einem Ausfall der Steuereinheit (20) und/oder bei Auslösung eines Notstopps des Drehwerks (10) automatisch den zweiten Hydraulikspeicher (202) von der Steuerleitung (ST) zu trennen, sodass in der Grenzdruckleitung (G) der Druck des zweiten Hydraulikspeichers (202) herrscht und dass besonders vorzugsweise eine Notstoppfunktion vorgesehen ist, welche durch den Kranbediener und/oder bei Vorliegen eines Notstoppauslösezustands automatisch durch die Steuereinheit (20) auslösbar ist, wobei in Folge der Auslösung des Notstopps die Stromversorgung automatisch abschaltbar und/oder das Drehwerk (10) unter Beibehaltung der Drehwerksbegrenzung mittels der Haltebremse (14) automatisch abbremsbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckleitung (H) über eine Ventilanordnung derart mit den Steuerleitungen (R, L) verbunden ist, dass in der Hochdruckleitung (H) stets der höhere Druck der Steuerleitungen (R, L) herrscht, wobei die Ventilanordnung vorzugsweise zwei Ventile, insbesondere Rückschlagventile (224, 226), umfasst, über die je eine der Steuerleitungen (R, L) mit der Hochdruckleitung (H) verbunden ist.
  14. Kran (1), insbesondere Raupenkran, mit einem Drehwerk (10) und einer Vorrichtung zur Steuerung des Drehwerks (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zur Steuerung eines Krandrehwerks (10) mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit den Schritten:
    - Erfassung einer momentan vom Kran (1) aufgenommenen Last,
    - Erfassung einer momentanen Ausrichtung des Krans (1) und/oder einer Krankomponente,
    - Ermittlung eines maximal zulässigen Drehmoments und/oder einer davon abgeleiteten Größe für eine aktuelle Drehbewegung des Drehwerks (10) in Abhängigkeit wenigstens der erfassten Last und der erfassten Ausrichtung,
    - Steuern oder Regeln des Motors (12) derart, dass die Winkelbeschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Drehwerks (10) auf einen vom maximal zulässigen Drehmoment abhängigen Wert begrenzt ist / sind, und
    - bei einem Ausfall der Steuereinheit (20) oder der Auslösung eines Notstopps, automatisches Abbremsen des Drehwerks (10), sodass die maximal zulässige Winkelbeschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit des Drehwerks (10) nicht überschritten wird / werden.
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