Große Mobilkrane sind unverzichtbar für viele Aufgaben und häufig bei der Montage schwerer Teile, beispielsweise an Windenergieanlagen, im Einsatz. Eine optimale Abstützung soll verhindern, dass der Kran während des Hebens der Last umstürzt. Helfen kann dabei innovative Messtechnik in den Stützen.
Exklusiv in KEM Der Autor: Dr. Jörg Lantzsch, Fachjournalist in Wiesbaden, hat den Beitrag im Auftrag der Tecsis GmbH, Offenbach, erstellt
Die Sicherheit ist ein wichtiger Aspekt in der Hebetechnik. Beim Einsatz von Mobilkranen sind aber immer wieder Unwägbarkeiten vorhanden – speziell der vorhandene Platz und die Stabilität des Untergrunds spielen eine große Rolle. Ein Mobilkran verfügt über eine Abstützung, die üblicherweise aus vier hydraulischen Abstützzylindern besteht. Diese sind an Holmen montiert, die entweder ausgeschwenkt oder ausgefahren werden können. Die Abstützung sorgt dafür, dass die effektive Grundfläche des Mobilkrans vergrößert und dadurch eine hohe Tragfähigkeit erreicht wird. Zur weiteren Erhöhung der Standfestigkeit verfügen Mobilkrane am hinteren Ende des Kranaufbaus über Ballast, der variabel an die vorgesehene Traglast angepasst werden kann. Zur Ausstattung gehört außerdem eine Lastmomentbegrenzung, die ein Überlasten des Krans verhindern soll. In Abhängigkeit vom Rüstzustand schaltet diese alle Kranbewegungen ab, die das Lastmoment weiter vergrößern würden. Üblich ist dabei, dass der Kranführer den Rüstzustand von Hand eingibt. Kann beispielsweise eine der Stützen nicht ganz ausgefahren werden, da nicht ausreichend Platz vorhanden ist, reduziert sich die maximale Last, egal in welche Richtung der Hub erfolgen soll.
Um eine flexiblere Handhabung der Lastmomentbegrenzung zu ermöglichen, ist eine exakte Kenntnis der Parameter des Rüstzustands insbesondere in der Abstützung notwendig. Beim Baumaschinenhersteller Liebherr suchte man daher nach einer Lösung, die in den Stützen auftretenden Kräfte im Betrieb zu erfassen, um so die Lastmomentbegrenzung zu optimieren.
Querkräfte wirkungsvoll eliminieren
Durch die Messung der Abstützkräfte ist die Berechnung der Schwerpunktlage der sich ständig verändernden Krangeometrien möglich. Die Schwierigkeit besteht darin, dass ein Kraftaufnehmer in den Stützen ausschließlich die vertikalen Kräfte bestimmen soll. Bewegungen des Krans führen aber dazu, dass auch Querkräfte in die Stützen eingeleitet werden. Diese gilt es mit der eingesetzten Messtechnik wirkungsvoll zu eliminieren.
Um den sogenannten Abstütz-Kraft-Geber (AKG), der die Kräfte in den Stützen von Mobilkranen zuverlässig und genau erfasst, zu realisieren, hat sich Liebherr für den Sensor-Spezialisten Tecsis als Systempartner entschieden. „Neben dem Know-how, das Tecsis im Bereich der Kraftmessung mitbringt, war vor allem die Entwicklungskompetenz des Unternehmens ausschlaggebend“, begründet Erwin Morath, bei Liebherr zuständig für den Bereich Steuerungstechnik, die Entscheidung.
Bei der Aufgabe ging es neben der technischen Entwicklung auch um die kostengünstige Produktion von Kraftaufnehmern in großen Stückzahlen. „Die Anforderungen an die Messtechnik waren bei dieser Anwendung sehr hoch“, erklärt Klaus Härle, der das Projekt als Produkt- und Key-Account-Manager bei Tecsis betreut. Es mussten Kraftaufnehmer für die unterschiedlichen Krantypen und Abstützzylinder in den Messbereichen von 300 bis 4000 kN entwickelt, geprüft und gefertigt werden. Die Aufnehmer müssen eine Messgenauigkeit von besser 1 % aufweisen und gleichzeitig einen Querkraftanteil von bis zu 10 % tolerieren.
Da es sich um sicherheitsrelevante Bauteile handelt, muss mit den Aufnehmern der Performance Level e (PLe) gemäß DIN EN ISO 13849-1 erreichbar sein, um den notwendigen Performance Level der Gesamtmaschine hinreichend zu erfüllen. Auch die Umgebungsanforderungen sind hoch: So muss die eingesetzte Technik im Temperaturbereich von -40 bis +80 °C arbeiten und gleichzeitig eine sehr hohe EMV-Festigkeit aufweisen.
Von der Simulation zum fertigen Aufnehmer
„Die größte Herausforderung bestand darin“, so Härle, „die Aufnehmer so zu konstruieren, dass der Einfluss der Querkräfte fast vollständig eliminiert werden kann.“ Auf Basis der Anforderungen erarbeitete die Entwicklungsabteilung von Tecsis zwei Lösungsvorschläge, die in Simulationsrechnungen überprüft wurden. Dabei stand insbesondere der Einfluss, den die Querkräfte auf die Messgenauigkeit haben, im Blickpunkt. Aufgrund der Simulationen entschied man sich für eine Lösung mit spezieller Dünnfilmzellengeometrie als Sensorelement.
Besonders wichtig waren dabei die Tests, bei denen der Einfluss von Querkräften untersucht wurde. Im Prüflabor wurden die Aufnehmer dazu belastet, während die untere Bodenplatte auf einer schiefen Ebene angebracht war. Die Ergebnisse zeigten, dass die Messgenauigkeit auch dann besser als 1 % ist, wenn die Aufnehmer schräg belastet werden. Im nächsten Schritt wurden die Aufnehmer unter realen Bedingungen in den Stützen von Liebherr-Mobilkranen getestet. Auch dabei stellten die Prototypen unter Beweis, dass die Messgenauigkeit in jedem Fall innerhalb der geforderten Grenzen bleibt.
Bei dem Mobilkran LTM1750 bietet Liebherr das System zur Lastmomentbegrenzung mit dem Abstütz-Kraft-Geber jetzt serienmäßig an. Durch das neue System kann die Lastmomentbegrenzung gemäß der aktuellen Situation erfolgen, was zu einer größeren Flexibilität beim Einsatz des Krans führt. I
Info & Kontakt
Tecsis GmbH Klaus Härle, Produkt- und Key-Account-Manager Tel.: 069 5806-0 k.haerle@tecsis.de www.tecsis.de
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