Sensorik Sensoren für mehr Sicherheit mobiler Krane

Autor / Redakteur: Torsten Fuchs* / Jan Vollmuth

Wo Lasten gehoben werden, entstehen automatisch Gefahren, insbesondere wenn sie von mobilen Kranen gehoben werden. Dies erfordert zuverlässige Stabilitätskontrollsysteme, die unterschiedliche Sensoren im Zusammenspiel mit den hydraulischen Komponenten erfordern.

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Berührungslose Winkelsensor vom Typ Gefran GRN detektieren bei Krananwendungen z.B. die Position von schwenkbaren Auslegern.
Berührungslose Winkelsensor vom Typ Gefran GRN detektieren bei Krananwendungen z.B. die Position von schwenkbaren Auslegern.
(Bild: Gefran)

Sicher ist sicher: Auch Krane mit einer Tragfähigkeit von mindestens 1000 kg oder einem Hubmoment von 40.000 Nm müssen die Anforderungen der EU-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und der harmonisierten technischen Norm DIN EN 12999:2011 erfüllen. Letztere konkretisiert die einschlägigen Anforderungen aus Anhang I der Maschinenrichtlinie. Sie fordert insbesondere die Integration einer Fahrzeugstabilitätskontrolle in die Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeugs.

Sach- oder Personenschäden vermeiden

In einem Kundenprojekt des italienischen Sensorspezialisten Gefran sollte das Stabilitätskontrollsystem des Fahrzeugs den Kranbetrieb automatisch einschränken, verzögern oder stoppen, wenn die Kriterien für die Stabilität des Systems nicht vollständig erfüllt sind. Das kann beispielsweise durch mangelnde Verlängerung der Seitenstützen bei kritischer Positionierung des Auslegers oder Überlast der Fall sein. Um Sach- oder Personenschäden zu vermeiden, müssen die Sicherheitseinrichtungen auch nach jahrelangem Betrieb im Freien und unter widrigen Bedingungen mit Staub, Feuchtigkeit und außerplanmäßigen Krafteinwirkungen absolut störungsfrei funktionieren.

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Um die Sicherheitsanforderungen zu gewährleisten, wurden unterschiedliche Sensoren im Zusammenspiel mit den hydraulischen Komponenten eingesetzt. Für den LKW-Kran beim betreffenden Kunden basierte das Stabilitätskontrollsystem auf drei Hauptsensoren: Der Seilzugsensor Gefran GSF detektiert die Position der seitlichen Kranstützen und bestimmt wie weit diese ausgefahren sind. Doppel-Achsen-Neigungssensoren vom Typ Gefran GIT ermitteln den Neigungswinkel des Fahrzeuges oder seines Untergrundes mit dem Ziel, automatisch zu beurteilen, ob der Kran möglicherweise so schief steht, dass eine Kippgefahr nicht ausgeschlossen werden kann. Ein berührungsloser Winkelsensor vom Typ Gefran GRN schließlich detektiert die Position des schwenkbaren Kranauslegers.

Alle drei Sensoren sind mit einer CANopen-Schnittstelle ausgestattet, die direkt an das Motorsteuergerät (ECU) angeschlossen ist, so dass jeder Arbeitsgang überwacht werden kann.

Zusammenspiel aller Komponenten

Seilzug-, Neigungs- und Winkelsensoren geben Auskunft über die Situation des Krans und ob alle nötigen Eigenschaften zur Sicherstellung der Maschinen- und Bedienersicherheit erfüllt sind. Ist dies der Fall, kann mit dem Kran gearbeitet werden. Die Informationen über das System, also das Zusammenspiel der Position des Auslegers, der seitlichen Stützen und des Kippwinkels der Kranbasis und die Erfüllung aller nötigen Sicherheitsparameter entscheiden über einen einwandfreien Betrieb oder eine automatische Verlangsamung oder Abschaltung bestimmter Funktionen. Diese Einschränkung wird aufrechterhalten bis Abhilfe geschaffen wurde.

Um zu messen wie weit ein Kranausleger ausgefahren ist, kommen Seilzugsensoren wie der potenziometrische Seilzugaufnehmer Gefran GSF zum Einsatz. Er ist je nach zu messender Länge für Messbereiche von 1800 bis 8300 mm erhältlich. Seilzugaufnehmer finden außerdem an den ausfahrbaren Fahrzeugstützen Verwendung. Hier messen sie an jeder Stütze, in welchen Abstand vom Fahrzeug diese bereits ausgefahren ist. Der für die Mobilhydraulik konzipierte Sensor GSF zeichnet sich durch hohe Leistung, die hohe IP-Schutzart 67, Schock- und Vibrationsfestigkeit und hohe elektromagnetische Verträglichkeit aus. Er bietet eine robuste und leistungsfähige Lösung für den Einsatz in Mobilkranen und anderen Hebezeugen. Das beständige Zugseil aus Edelstahl AISI316 mit einem Durchmesser von 0,85 mm wurde für noch bessere Haltbarkeit zusätzlich mit einer Nylonbeschichtung ausgestattet.

Sehr genau und einfach zu installieren

Abhängig von den LKW-Dimensionen, der Nutzlast und den Kundenanforderungen wird der Neigungsalarm normalerweise ausgelöst, wenn der Neigungssensor eine Grenzwertüberschreitung um ±1,2° bis 1,5° erfasst. Die hochpräzisen Neigungssensoren mit einer oder zwei Achsen von Gefran arbeiten auf Basis der MEMS-Technologie. Der für die Mobilhydraulik konzipierte Sensor Gefran GIT verfügt über Analog- und Digitalausgänge und ist schock- sowie vibrationssicher. Hohe Genauigkeit und einfacher Einbau machen empfehlen den Neigungssensor für den Einsatz in Hebezeugen, Erdbewegungsmaschinen und landwirtschaftlichen Maschinen. Sehr wichtig in diesem Zusammenhang ist die Performance des Neigungssensors hinsichtlich der thermischen Drift: Er kann bei Betriebstemperaturen von -40 bis 85 °C eingesetzt werden und erreicht eine Drift von weniger als 0,005° pro °C im Bereich von -10 bis 60 °C.

Ein Winkelsensor Gefran GRN kontrolliert die Position des drehbaren Kranauslegers. Der Bediener weiß dadurch jederzeit, auf welcher Position sich die Drehstation befindet. Kritische Positionen, die beispielsweise durch Berührung der Fahrerkabine erreicht werden, sollen so vermieden werden. Da der Winkelsensor GRN auf dem berührungslosen Hall-Effekt basiert, unterliegt er keinem Verschleiß und besitzt eine unbegrenzte mechanische Lebensdauer. Zudem besitzt er die hohe Schutzart IP69K. Winkelsensoren von Gefran verfügen über die E1 Zertifizierung.

Anspruchsvolles Sicherheitsmanagement

In der Vergangenheit wurde die Sicherheit bei der Kranaufstellung hauptsächlich durch den Betreiber und dessen Sichtprüfungen sichergestellt. Damit kam in erster Linie der Sorgfalt, der Erfahrung und der Fachkompetenz des Bedieners höchste Bedeutung zu. Durch den Einsatz modernster Sensoren für ein anspruchsvolles Sicherheitsmanagement kann der Bediener heute in seiner Verantwortung unterstützt werden. Neben seinen Fähigkeiten ist der Bediener nicht mehr auf sich alleine gestellt und kann in kritischen und schwierigen Situationen auf elektronische Hilfsmittel zurückgreifen, die zum Beispiel einen Fehler vermeiden und die Sicherheit erhöhen. Der Fortschritt bei den MEMS- und CMOS Hybrid-Hall-Technologien hat hier in den letzten Jahren bemerkenswerte Entwicklungsschritte ermöglicht. (jv)

* Torsten Fuchs ist Niederlassungsleiter, Gefran Deutschland GmbH

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