(57)【要約】  本発明は、クレーン（１）の長さセンサ、特に長さおよび角度センサ（１０）に関しており、前記長さセンサは、戻し調整システムを含んでいる。この戻し調整システムは、ドラムとケーブルを有し、このケーブルが前記ドラムに巻き挙げられており、さらに長さの検出のために前記ドラムから巻き下げられる。この戻し調整システムは、制御可能な電動モータを有していることを特徴としている。
2016528128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さセンサ、特にクレーン（１）の長さおよび角度センサ（１０）であって
ドラムとケーブルとを有する戻し調整システムを備え、前記ケーブルは、前記ドラム上に巻き上げられ、さらに長さの検出のために前記ドラムから巻き下げ可能である、長さセンサにおいて、
前記戻し調整システムが、制御可能な電動モータを有していることを特徴とする長さセンサ。
【請求項２】
前記モータは、その駆動軸が前記ドラムと同じ軸上に直接配置されている、請求項１記載の長さセンサ。
【請求項３】
前記モータは、ギアを介して前記ドラムに間接的に接続されている、請求項１記載の長さセンサ。
【請求項４】
前記長さセンサは、自身の給電部を有している、請求項１から３いずれか１項に記載の長さセンサ。
【請求項５】
長さセンサ、特にクレーン（１）の長さおよび角度センサ（１０）の動作方法であって、
ドラムとケーブルとを有する戻し調整システムを備え、前記ケーブルは、前記ドラム上に巻き上げられ、さらに長さの検出のために前記ドラムから巻き下げ可能である、方法において、
前記戻し調整システムが、制御可能な電動モータを備えており、
前記モータは、前記ケーブルが前記ドラムから巻き下げられるとき、および/または前記ドラムに巻き上げられるときに、前記ケーブルの予め設定された力経過特性が生じるように駆動制御されることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記モータは、前記ケーブルが前記ドラムから巻き下げられるとき、及び/又は前記ドラムに巻き上げられるときに、前記ケーブルのほぼ一定の力経過特性が生じるように駆動制御される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ケーブルに作用する力が、力センサを用いて測定される、請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
前記ドラムの回転が回転数センサを用いて測定され、この測定結果から前記ケーブルの巻き上げ長さ若しくは巻き下げ長さが検出される、請求項５から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
さらなる動作パラメータが、前記モータの駆動制御のために考慮される、請求項５から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つのさらなるジブ要素（５，６）を有する起伏可能及び伸縮可能なジブ（４）を備えた下部走行体（２）を含んでいるクレーンにおいて、
請求項１から４いずれか１項記載の長さセンサ、特に長さおよび角度センサ（１０）が設けられており、
前記長さセンサは、少なくとも１つのケーブル（１２）を有し、該ケーブル（１２）を用いて前記伸縮可能なジブ（４）のそのつどの長さが検出されることを特徴とする、クレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の各上位概念に記載の特徴による、長さセンサ、該長さセンサの動作方法、並びにそのような長さセンサが適用されるクレーンに関している。
【背景技術】
【０００２】
クレーンや掘削機のような現代の移動型機械のための安全に係る電子装置が統合されているセンサ構成部品の開発には、例えばＥＮ６１３２６などの欧州規格やＩＥＣ６１５０８などの国際規格など産業安全標準規格による適用がなされている。
【０００３】
クレーンの安全な運転のためには、とりわけ数多くのセンサからの情報が必要である。いろいろな長さ、様々な角度、圧力および力が測定され、包括的な数学モデルにおいて計算がなされる。引き続きこのモデルは、不安定性と安全距離について検査され、相応の推奨、提案または即時の反応が引き起こされ、監視が続けられる。
【０００４】
独国特許出願公開第１０２０１２２２１９０９号明細書からは、下部走行体を有しており、該下部走行体は、起伏可能且つ伸縮可能なジブを備え、該ジブは、少なくとも１つの別のジブ要素を備えており、長さおよび角度センサが設けられており、該長さ及び角度センサは、前記伸縮可能なジブの長さを検出するのに用いられる、少なくとも１つのケーブルを有しているクレーン、並びにこのようなクレーンを運転する方法が開示されている。
【０００５】
本発明の基礎となる課題は、戻し調整システムにおける戻し調整力を発生させるための純粋に機械式のスプリングシステムに比べてより改善された、クレーンの長さセンサ、特に長さおよび角度センサ、そのような長さセンサの相応の動作方法、並びにクレーンへのその適用方法を提供することである。
【０００６】
前記課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。
【０００７】
本発明によれば、長さセンサ、特に長さおよび角度センサに関して、戻し調整システムが、制御可能な電動モータを有することが提案されている。純粋に機械的に作用する戻し調整システムの場合、戻し調整力を発生させるためにスプリングが設けられているのに対して、本発明によれば、この戻し調整力が、制御可能な電動モータによって形成される。それにより、この戻し調整力を、所期の形式で制御ユニットを用いた相応の駆動制御によって所期のように作用させることが可能になる。そのためクレーンのもとで、伸縮ジブを伸ばしたり縮めたりする場合に、電動モータの駆動制御に基づいて、例えばケーブルを、常時一定の力、好適にはほぼ一定の力で、ドラムに巻き上げたり、ドラムから巻き下げたりすることが可能になる。ケーブルに作用するこのほぼ一定の力に基づいて、それがどの位の距離だけドラムに巻き上げられたり、ドラムから巻き下げられたりするかにかかわらず、動作継続時間にわたって摩耗を著しく減少させることが可能になる。この電動モータは、例えばドラムへの巻き上げの際には駆動モータとして機能するように駆動制御され、一方、ドラムからのケーブルの巻き下げの際には発電機として機能するように駆動制御される。もちろん電動モータは、ドラムからケーブルを繰り出す際にも発電機として機能し得る。
【０００８】
通常はそのような長さセンサは、その構成部品が１つのハウジング内に収容されたコンパクトな構成ユニットである。それ故本発明による長さセンサの場合、モータは、その駆動軸がドラムと同じ軸上に直接配置されているか、またはモータがギアを介してドラムと間接的に接続されている。モータの構造方式と性能等に応じて、モータをドラムに直接若しくは間接的に接続させることが可能である。モータをドラムに直接接続させることで得られる利点は、特にコンパクトな構成が可能になることである。これにより長さセンサのハウジング全体も小型化の構成が可能になる。一方モータをギアを介してドラムと間接的に接続させることで得られる利点は、それによって実質的に緻密なモータの制御を行うことが可能になることである。それにより、ケーブルに作用する力の設定調整を行うことが可能になる。その他にも両者（モータ軸とドラム軸の直接若しくは間接的な接続）のケースにおいては、ドラムにケーブルを巻き上げる際に、ドラムへのケーブル巻き上げに必要な力が、モータによっていつでも得られることが保証される。
【０００９】
本発明のさらなる構成によれば、長さセンサは、自身の給電部を有する。通常は、モータは、制御ユニットがその駆動制御を行うように、例えばクレーン等の外部からの給電部を介して給電される。しかしながらこの給電部が故障した場合には、長さセンサの自身の給電部は、少なくともモータを動作させるのに使用することができ、場合によっては制御ユニットを動作させるのにも用いることが可能である。このことは、まさにクレーンにおいて安全性の観点から特に重要である。
【００１０】
さらに本発明によれば、前記課題を解決するために、長さセンサの動作方法が提案されており、この場合戻し調整システムは、既に上記した制御可能な電動モータを備え、このモータは、ケーブルがドラムから巻き下げられるとき、および/またはドラムに巻き上げられるときに、ケーブルの予め設定した力経過特性曲線が生じるように駆動制御される。それによりモータの相応の駆動制御によって、例えばクレーンの伸縮ジブの長さを決定するケーブルが、この伸縮ジブの伸縮の際に常に同じ機械的な張力を有することが保証され、それによって伸縮ジブの長さを可及的に正確に検出できるようになる。
【００１１】
この目的のために本発明の改善構成によれば、モータは、ケーブルがドラムから巻き下げられるとき、及び/又はドラムに巻き上げられるときに、このケーブルのほぼ一定の力経過特性が生じるように駆動制御される。このケーブルの一定の、特にほぼ一定の力経過特性によって、ケーブルが、伸縮ジブの移動が可能な２つの終端点の間で常に同じ機械的な張力をケーブル内で生じることが保証される。このことは、特に好ましくは、通常、伸縮ジブにほぼ平行に配置されているケーブルが全くたるまないか、決定的なたるみにつながらないことを意味する。
【００１２】
伸縮ジブの長さがより長い場合に、ケーブルのたるみに起因する長さの不精度を補償するために、モータを次のように駆動制御することも考えられる。すなわち、長さの増加と共に、つまり伸縮ジブのさらなる伸長と共に、ケーブルに対する力を、モータの相応の駆動によって高めるような制御である。これによってケーブルはその延び具合において張力を維持し続け、たるみが回避される。モータの相応の駆動制御は、制御ユニットによって行われ、巻き下げられるケーブルの長さと共に伸長する伸縮ジブの長さを決定する際にも考慮することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の改善構成によれば、ケーブルに作用する力が力センサを用いて測定される。このことは、当該の力測定に基づいてモータが相応に駆動制御できるということだけでなく、ケーブルがその軸方向の延び具合においてたるんでいるか否かを決定することもできるという利点をもたらす。というのもドラムからのケーブルの巻き下げ（操り出し）の増加に伴い、既述のようにクレーンの伸縮ジブにほぼ平行に配置されているケーブルのたるみが生じるからである。そのため伸縮ジブの伸長の増加と共にケーブルのたるみを回避するためには、より大きな力を生じさせなければならない。測定された力とモータ駆動制御とを相関付けることで、ケーブルがその軸線方向の延び具合においてたるみを持たないこと若しくは顕著なたるみを持たないことが保証される。その一方で、この力測定によって、ドラムに対するケーブルの巻き下げおよび/または巻き上げの際の問題が識別されることも保証される。特にケーブルの破断若しくは滞留は、前記力測定によって非常に正確に検出することが可能である。というのも、測定される力が突発的に減少し、そのことでケーブル破断の存在が検出できるからである。但し、ケーブルに作用する力が所定の閾値を超えて増加するときには、ケーブルの滞留が推定される。これも力測定によって相応に検出でき、適宜に対処することが可能である。このこともクレーン運転時の安全性の観点から特に重要である。
【００１４】
本発明のさらなる改善構成によれば、さらなる動作パラメータがモータの駆動制御のために考慮される。これらの動作パラメータとは、本発明の次のような動作パラメータである。すなわちそれを用いることで、長さが長さセンサによって認識されるような動作パラメータである。これに対する典型的な例としては、例えば、固定のジブ要素を設け、これを出発点として、少なくとも１つのさらなる伸縮要素を延ばしたり縮めたりすることで伸縮ジブの長さが変化するような伸縮ジブを有するクレーンが挙げられる。クレーンの動作モードに応じて、モータも相応に駆動制御することが可能である。
【００１５】
上記したように、本発明は、ケーブルの巻き上げ若しくはケーブルの巻き下げが可能であるドラムを有しており、このドラムからは、ケーブルの巻き上げ長さ若しくは巻き下げ長さが直接検出可能である。ここでの長さは、さらなる要素、特に伸縮ジブに対する尺度となる。しかしながら実際には、これまでの機械的に作用する戻り調整システムを備えた純粋に機械的に作用する長さセンサのみの使用ではなく、これに角度センサを統合することが有益であることが実証されている。この角度センサを用いることで、下部走行体から突出するように構成された伸縮ジブの角度が測定され得る。しかしながら特に好適なのは、角度測定と、本発明に係る電気的に作用する戻し調整システムの両方を、長さおよび角度センサに統合していることである。これのために必要となる全ての要素、とりわけ角度センサ自体、ドラム、モータおよび所要のさらなる要素は、１つのハウジング内に収容されており、このハウジングは、クレーンの適切な箇所、特にクレーンの伸縮ジブに配置することが可能である。
【００１６】
本発明は、機械的なスプリングシステムに対する代替案として、長さおよび角度センサ（ＬＷＧ）のためのインテリジェントモーターブレーキを実現している。というのも既に上記したように、これまでのＬＷＧセンサにおいては、戻し調整力の生成のために純粋に機械式のスプリングシステムが使用されていた。そのような典型的な戻し調整システムでは、ほぼ一定の力経過特性が保証されるべきであり、環境への影響だけでなく、安全性への要求に関しても安定した関係が保証されるべきである。
【００１７】
適用業務側からの移り変わる要求にも柔軟に対応することができ、コストに関しても軽量化に関しても貢献度の高い電気的でパラメトリックな解決手段が試みられた。この領域では多数の試作品も存在し、とりわけコンセプト開発（キーワードシミュレーションモデル）の方向で、解決手段の設計並びに実現化がその後の評価も含めて多く存在している。
【００１８】
考察の説明：
・インテリジェント電動モータを用いた「力経過型スプリングシステム」特性曲線のシミュレーション
・クレーン状態（前進、後退、一時停止、全停止など）の識別、並びに制動に対する相応のプロファイルの定義（遅い、速い、試行、維持等）
・所定のポイントへの伸長によるケーブル長さの識別並びにそれと同時に行われる長さ測定（場合によっては別個の考察として）
・ケーブル破断やケーブル滞留時の識別と対処などの安全上の観点（インパルス検査）
・電源が落ちた時のための蓄電池の統合化（約３分〜５分の繋ぎブリッジ）。
【００１９】
作業用車両、特にクレーンの、長さおよび角度センサ（ＬＷＧ）のためのインテリジェントモーターブレーキは、機械的なスプリングシステムに対する代替的解決手段であり、この電気的でパラメトリックな解決手段は、適用業務側の移り変わる要求にも柔軟に対応し、低コスト化にも軽量化にも高い貢献度を示す。
【００２０】
以下では本発明の実施形態を、図１乃至図３に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】クレーンを示した図
【図２】長さおよび角度センサの基本構造を示した図
【図３】ケーブル内の２つの基本的な力経過特性曲線を示した線図
【００２２】
実施例の説明
詳細に図示した図１には、符号１でクレーンが示されており、このクレーン１は、例えば（走行運転用の駆動部を備えた）下部走行体２を有しており、この下部走行体２には、上部旋回体３が配置されている。この上部旋回体３には、起伏可能なジブ４（基本ジブ）が配置されており、このジブ４自体は、さらなるジブ要素５，６（１つの付加的ジブ要素のみまたは３以上のジブ要素）を有しているので、ジブ４は、そのジブ要素５，６を用いてそれ自体公知の形式で伸縮可能である。このことは、ジブ４乃至６の長さが可変であることを意味し、ここでは、これらの可変の長さが、クレーン１を安全に運転するためにも検出されなければならない。このジブ４を、下部走行体２若しくは上部旋回体３に対して動かす若しくは起伏させることができるようにするために、例えば油圧シリンダ７が設けられている。上部旋回体３に設けられた図示されていないウインチを起点として、ロープ８（クレーンロープ）がジブ要素６の先端を越えて、端部側に配置されたフック９まで延びている。ジブ４乃至６の長さ、および上部旋回体３若しくは下部走行体２に対して相対的な前記ジブの起伏を検出するために、原則として長さおよび角度センサ１０が設けられており、この長さ及び角度センサ１０の構造自体も公知である。この長さおよび角度センサ１０は、一方では上部旋回体３若しくは下部走行体２に対するジブ４の角度の検出に適するように構成されている（ここでは図示せず）。符号１１で、この長さおよび角度センサ１０の出力信号が示されており、この出力信号１１は、ここでは図示されていない制御装置に伝送される。ジブ４乃至６の、その都度調節された長さを検出するために、長さおよび角度センサ１０と、本実施形態ではジブ要素６の先端との間に、ケーブル１２が設けられている。このケーブル１２は、ジブ要素５，６が全縮した状態では、長さおよび角度センサ１０内に巻き取られ、ジブ要素５，６が伸長した場合には、長さおよび角度センサ１０内のケーブルドラムから繰り出される。この過程は、それ自体公知の方式で長さおよび角度センサ１０によって検出され、それによって出力信号１１は、ジブ４の動作角度のみならず、ジブ要素５，６を有するジブ４の、その都度調節された長さも制御装置に伝送する。
【００２３】
ケーブル１２には、必須ではないが、力センサ１３が配置されていてもよい。この力センサ１３は、図１の実施形態によれば、ケーブル１２の延長上に存在しており、さらにジブ要素６の端部領域（即ちジブ先端方向）に配置されている。但しこれは、力センサ１３及びその配置の１つの実施例にすぎず、ケーブル１２の延長上のその他の箇所も考察可能である。図１による力センサ１３が、ケーブル１２に対してその軸線方向に作用する力を直接に検出するのに対して、ケーブル１２に作用する力を間接的に（例えば誘導式に）検出するような力センサも考慮され得る。その他にも安全上の観点から、２つの同一の力センサ、又は２つの相互に異なる力センサが設けられていてもよい。ケーブル１２は、それ自体公知の形式で鋼索として構成されていてもよいので、その場合には、ジブ先端において検出された、ケーブル１２に作用する力を、好適な手段（これについては図２参照）を介して伝達することが必要になる。ケーブル１２がデータケーブルとして構成されている場合には、力センサ１３をこのデータケーブルに簡単に接続して、力センサ１３の信号を上部旋回体３の方に伝送することが可能である。そのためこの場合の出力信号１１には、ケーブル１２に作用する力も含まれる。
【００２４】
図２には、長さセンサ、特に長さおよび角度センサ１０の基本構造が示されている。ハウジング１４が設けられており、このハウジング１４内に長さセンサの必要な全ての構成要素が配設されている。ここではそれは少なくともドラム１５であり、このドラム１５においては、長さを定めるケーブル１２が巻き上げ若しくは巻き下げられる。その他にもこのハウジング１４内には、電気的に制御可能なモータ１６が設けられており、このモータ１６は、本発明によればこれまで公知のスプリング方式の機械式戻し調整システムに置き換わるものである。このハウジング１４は、好適な形式でジブ４に配設されて固定されている。その他に長さセンサは、ここでは図示されていない制御装置に接続されており、この制御装置に出力信号１１を伝送している。同じように長さセンサは、外部、特に制御装置から、モータ１６を動作させるためのエネルギを供給されてもよいし、および／または自身のエネルギ供給部を有していてもよい。
【００２５】
図３には、ケーブル１２内での２つの基本的な力経過特性曲線が示されており、これらの特性曲線は、モータ１６の相応の調整若しくは駆動制御により、伸縮可能なジブ４乃至６の最短長さ（全縮状態）と最長長さ（全伸状態）の間の経過に亘って生じたものである。なおここでは線形若しくはほぼ線形の力特性曲線も生じ得る。
【符号の説明】
【００２６】
１      クレーン
２      下部走行体
３      上部旋回体
４      ジブ
５      ジブ要素
６      ジブ要素
７      油圧シリンダ
８      ロープ
９      フック
１０    長さ及び角度センサ
１１    出力信号
１２    ケーブル
１３    力センサ
１４    ハウジング
１５    ドラム
１６    電気的に制御可能なモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2016528128.tif 000008
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