Die exakte Erfassung der Abstützholme, der Winkel des Drehkranzes, der Neigung des Gesamtfahrzeuges, der Aufstellwinkel der Ausleger oder auch die exakte Position der Seilwinde sind heute integraler Bestandteil intelligenter Fahrzeugkräne. Die Notwendigkeit von Sensoren resultiert einerseits aus den Anforderungen der EN ISO 13849 oder der EN 13000 hinsichtlich der Sicherheitsrichtlinien und somit der Standsicherheit des Fahrzeugs, andererseits dienen die Sensoren dazu, die Effizienz und Leistungsfähigkeit mobiler Kräne zu erhöhen. Nachfolgend einige Beispiele:

Das Arbeitsumfeld auf Baustellen ist mitunter schwierig und beengt - mit der Folge, dass sich die Abstützungen von mobilen Kränen oft nicht vollständig ausfahren lassen; eine Reduktion auf nur 60 % der Abstützbreite eines mobilen Krans ist keine Seltenheit. Ein Kran ohne aktive Abstützüberwachung kann in einem solchen Fall nur mit verengtem Bauraum abgestützt werden. So geht ein großer Bereich des eigent­-lichen Leistungsspektrums verloren.

Damit dies nicht geschieht, ist es nötig, die Position jedes einzelnen Abstützholms zu jeder Zeit genau detektieren zu können. Die Firma Siko setzt auf robuste Seilzuggeber, um die Position jedes einzelnen Holms permanent zu überwachen und die Information an die Maschinensteuerung weiterzugeben. Auf dieser Datenbasis kann die Maschinensteuerung jeden Abstützholm des Krans so weit ausfahren, wie es die Platzverhältnisse zulassen. Dies ermöglicht beispielsweise auch ein variables Ausfahren der Abstüt­zungen: Auf einer Kranseite werden die Stützholme komplett ein- und auf der anderen Seite komplett ausgefahren. Aufgrund der halben Abstützbasis lässt sich so eine höhere Aus­ladung in die gewünschte Richtung erzielen, bevor die Lastmomentbegrenzung die Kranbewegung abschaltet.

Redundante ­Längen­messsysteme

In den letzten Jahren wurden verstärkt sichere Seilzuggebersysteme entwickelt, deren spezielle und vollständig redundante Sensorik zur absoluten Erfassung der Position eine erhöhte Sicherheit bietet. Hierbei erfassen zwei komplett voneinander getrennte Sensorsysteme die Position absolut und geben den Wert getrennt als Analogsignale aus. Mit Messlängen zwischen 3 m und 6 m eignen sich diese Sensoren insbesondere für die Positionserfassung der Abstützungen an Kränen und Arbeitsbühnen sowie zur Positionsbestimmung von Auslegern. In Kombination mit sicheren Steuerungen ermöglichen es die Seilzuggeber, im Gesamtsystem nach SIL2 PLd zertifiziert zu werden. Für die Nutzung digitaler Schnittstellen bietet Siko Seilzuggeber mit CANopen in einfacher sowie redundanter Ausführung, SAE J1939 oder CANopen Safety für Messlängen zwischen 1 m und 15 m an.

Exemplarischer Einsatz bei einem Feuerwehrfahrzeug. Die redundante Sensorik sorgt für Personen- und Prozesssicherheit.

© Siko

Neben der Wahl der richtigen Abstützweite ist die Position des Drehkranzes bei der Lastmomentbegrenzung ein wichtiger Faktor, der in die Berechnung der Kippkanten einzubeziehen ist. Um die Position des Drehkranzes permanent und sicher zu erfassen, bietet sich in diesem Bereich ein absoluter Drehgeber an. Bei dem speziell für diesen Einsatzfall ausgelegten Drehgeber von Siko wurde besonders auf die ­Adaption des Gebers an den Drehkranz geachtet: Die Wellenbelastbarkeit der Drehgeber wurde erhöht, zudem werden zum Einsatz an Drehkränzen optional formschlüssige und verfederte Außenzahnräder montiert. Sie dienen dazu, das Umkehrspiel des Drehkranzes zum Außenzahnrad auszugleichen.

Ebenfalls wichtig ist die Umrechnung der absoluten Position des Drehgebers im Verhältnis zur realen Position des Drehkranzes. Da der Drehgeber über ein Außenzahnrad mit dem Drehkranz verbunden wird und hierbei meist ungerade Übersetzungen entstehen, ist die Umrechnung für den Maschinenhersteller in einen 0- bis 360°-Wert nicht immer einfach. Denn die Position des Drehkranzes sollte immer in 360° aufgelöst werden können, egal wie oft der Drehkranz in eine Richtung dreht, und auch wenn der Drehgeber seinen internen Nullpunkt nach 4096 Umdrehungen überschreitet.

In den Drehgeber 'WV58MR' wurde daher eine Software implementiert, die dem Programmierer der Maschine dieses Problem abnimmt. Sie ermöglicht es, die Zähnezahl des Drehkranzes sowie die Zähnezahl des Außenzahnrads im Drehgeber zu parametrieren. So ist nahezu jede Übersetzung generierbar. Der Drehgeber gibt die exakte Position des Drehkranzes sowie dessen Geschwindigkeit aus.

Aufstellwinkel des Auslegers

Sobald sich der Teleskop-Ausleger eines Krans dem Himmel entgegen ausrichtet, ist es für die Lastmomentbegrenzung unumgänglich, den genauen Aufstellwinkel des Auslegers zu erfassen. Auch hierfür lässt sich ein redundanter Drehgeber in Singleturn-Ausführung und Schutzart IP67 verwenden, der an den Drehgelenken des Teleskops angebracht wird. Durch die einfache Adaptierung des Drehgebers erfasst er den exakten Aufstellwinkel direkt am Ausleger und gibt die Information über die Schnittstelle weiter.

Die robusten Neigungssensoren und Drehgeber von Siko sind schock- und vibrationsfest. Im Bild der Seilzuggeber ‚SG32‘, der redundante Drehgeber ‚WV58MR‘ und das Inklinometer ‚IK360‘ (v.l.n.r.).

© Siko

Hinsichtlich der Seiltrommel beim Auslegersystem sorgen Seilwindengeber für Sicherheit und füttern die Steuerung sowie die Sicherheitsanlage der Trommel mit Informationen. Dabei ist der Windengeber formschlüssig direkt mit der Tragseiltrommel gekoppelt und erfasst die Länge, die Richtung sowie die Geschwindigkeit des Tragseils. Durch die intern konfigurierbaren Positions- sowie Geschwindigkeitsgrenzwerte überwacht der Drehgeber die Funktionen der Tragseiltrommel permanent. Wird die Grenzgeschwindigkeit überschritten oder eine Grenzposition verletzt, melden es die beiden internen Sensorsysteme automatisch über Emergency Messages via Bus­signal an die Steuerung beziehungs­weise an die Sicherheitsanlage der Tragseiltrommel.

Sicherer Stand

Um einen festen Stand des Krans zu gewährleisten, muss außerdem bekannt sein, ob die Fahrzeugneigung ein Aufnehmen der Last unter den entsprechenden Bedingungen überhaupt zulässt. Um die Neigung des Fahrzeugs zum Boden einwandfrei zu detektieren, bietet sich die Einbeziehung der Erdanziehungskraft an: Der verwendete Neigungssensor nutzt die natürliche Erdanziehungskraft, um Positionen mit einer Systemgenauigkeit von ±0,1° präzise im Bereich bis zu 360° abzubilden. Die mikroelektromechanischen Messsysteme (MEMS) innerhalb des Sensors erfassen die genaue Ausrichtung des Fahrzeugs zum Boden. Den Neigungssensor gibt es als Ein-Achs- (0 bis 360°) oder als Zwei-Achs-­Variante (±80°). Der kompakte Sensor mit Dreipunktmontage lässt sich dank Schutzklasse IP69K auch im Unterwagen verbauen.

Intelligente Sensorik in mobilen Kränen ermöglicht es, zulässige Traglasten direkt in der Kransteuerung zu errechnen und bei Kranbewegungen in Echtzeit permanent zu aktualisieren. Eine intelligente Verknüpfung der Werte hilft bei der Errechnung der Kippkanten und des aktuellen Schwerpunktes des Krans mit Last. Dadurch profitiert die Steuerung beziehungsweise die absichernde Lastmomentbegrenzung; zudem lassen sich die gesammelten Informationen dem Kranführer zur Verfügung stellen, um Unfälle durch Fehlbedienung sowohl beim Rüsten als auch beim Heben von Lasten zu vermeiden.

Autor: Mathias Roth ist Branchenmanager Mobile Automation bei Siko in Buchenbach.