Mit Edelstahlbändern neue Wege gehen

Exklusiv in KEM Der Autor ist Klaus-Manfred Steinich, Geschäftsführer der ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH, Moosinning

Manche Anwendungen erfordern spezielle Lösungen. In diese Kategorie fallen auch die mobilen Arbeitsmaschinen. Bei der Entwicklung eines Mobilkrans müssen die Konstrukteure nicht nur die beengten Platzverhältnisse beachten, sondern auch einen ganzen Katalog von Sicherheitsanforderungen berücksichtigen, die sich in DIN-Vorschriften wiederfinden.

Das Augenmerk fällt dabei stark auf die Sensoren, die verantwortlich sind für die genaue Positionierung der Seitenausleger und der Teleskop- bzw. Gittermast-Ausleger. Wird aufgrund ungenauer Messung durch den Sensor nicht richtig positioniert, kann das zu gefährlichen Unfällen führen. Im schlimmsten Fall fällt der Kran um, weil die Gewichtsverteilung zwischen Hebe- und Stützvorrichtung nicht optimal ausgerichtet ist.

Mobile Kräne verfügen über ein Fahrwerk und werden in vielen Bereichen eingesetzt, wo einmalig schwere Teile aufzurichten, zu heben oder zu halten sind. Aufgrund der gesetzlichen Beschränkung von 12 t pro Achse versuchen die Hersteller von Mobilkränen, diese sehr kompakt zu bauen. Wird die Achslast überschritten, müssen Teile separat transportiert werden. Eine kompakte Konstruktion bedeutet, dass wenig Platz für den Einbau von Bauteilen wie Sensoren zur Verfügung steht. Das führt dazu, dass häufig und mehrfach umgelenkt werden muss.

Im Kranbau kommen Wegseil- oder Wegband-Sensoren zum Einsatz. Wegband-Sensoren wie die Positape-Produktreihe sind von den ASM-Ingenieuren speziell für Mobilkräne entwickelt worden, da sie auch bei diesen Bedingungen – häufiges und mehrfaches Umlenken – den hohen Sicherheitsbestimmungen entsprechen.

Mehrfaches Umlenken auf engem Raum, und das auch in gegenläufiger Richtung, beansprucht die Messkonstruktion und wirkt sich negativ auf die Lebensdauer aus. Messseile, wie sie in Wegseil-Sensoren verwendet werden, verfügen nicht über die für einen längerfristig sicheren Betrieb erforderliche Biegewechselzahl. Sie sind gut geeignet für stationäre Kräne und Hebeanlagen, wo Einbauvolumen nicht die große Rolle spielt, aber nicht für Mobilkräne. Aufgrund der verschärften Sicherheitsanforderungen ist es deshalb beispielsweise beim Bau von Mobilkränen kaum mehr möglich, Wegseil-Sensoren etwa in den Seitenauslegern von Mobilkränen einzusetzen.

Anders verhält es sich mit den Wegband-Sensoren. Statt dünner Stahlseile mit gedrillten Litzen wird in den Positape-Sensoren ein 10 mm breites, 0,08 mm dünnes, flexibles Edelstahlband verwendet. Dieses Edelstahlband lässt sich verschleißfrei und ohne Bruch auch mehrfach um Umlenkrollen führen.

Tests haben ergeben, dass sogar doppeltes Umlenken in gegenläufiger Richtung spielend bewältigt wird und zu Ergebnissen führt, die mit Seilen praktisch nicht möglich sind. Wegbänder haben gegenüber Wegseilen bei einfacher Umlenkung ein etwa zweifach so hohes Lebensdauer-Verhältnis. Bei Führung des Wegbandes über zwei Rollen und gleichzeitig in gegenläufiger Richtung steigt dieses Verhältnis auf nahezu das Zehnfache. ASM hat mit dieser patentierten Technologie Neuland betreten.

Die glatten Bänder haben nicht nur den Vorteil größerer Flexibilität, sondern sie lassen sich im Gegensatz zu Wegseilen lageweise aufrollen. Durch die axiale Wicklung sind kleinere Baugrößen möglich.

Zudem gibt es weitere Pluspunkte in Sachen Sicherheit: Während Messseile bei kurzfristigen Maximal- oder Überlasten in der Beschleunigung von der Trommel springen können, bleiben Messbänder an ihrem Platz und sind damit wesentlich sicherer. Diese Toleranz gegenüber maximalen Beschleunigungswerten, etwa bei Hebevorrichtungen, ist für Sensoren ein wichtiges Sicherheitskriterium.

Neben dem Edelstahlband besteht das Innere eines Wegband-Sensors aus einem magnetischen Multiturn-Encoder, der Bandwickeltrommel und einer Flachspiralfeder. Da mobile Maschinen oft widrigen Bedingungen wie Feuchtigkeit, Temperaturwechseln, Schock, Vibration, Staub und Schmutz ausgesetzt sind, ist nicht nur das Messmedium, hier das Edelstahlband, für die Zuverlässigkeit der Messung ausschlaggebend. Es spielen auch die anderen Komponenten eine wichtige Rolle.

So stellt ein magnetischer Encoder mit einer komplett vergossenen Sensorelektronik sicher, dass die Position auch in einem rauen Umfeld sicher erkannt wird. Der Encoder misst den Drehwinkel der Bandtrommel und berücksichtigt dabei auch den variablen Umfang, der von der Anzahl aufgewickelter Lagen abhängt. Elektronische Linearisierung über die Signalausgänge bestimmt die wahre Messlänge, die dadurch trotz zunehmendem Trommelumfang sehr präzise ist. In der Regel sind hier Linearitätswerte von ±0,1 % ausreichend. Manche Anwendungen erfordern allerdings eine Linearität von bis zu ±0,05 %, die deshalb von den Wegband-Sensoren optional unterstützt werden.

Wert legen die Kranhersteller auch auf eine einfache Wartung der Produkte. Dass sich die Wegbänder einfach reinigen lassen, ist ein positiver Nebeneffekt. Die Wegband-Sensoren verfügen über bereits ins Gehäuse integrierte Abstreifbürsten, die für ein ständig sauberes Messband sorgen.

Momentan gibt es sechs Positape-Modelle auf Basis der Wegband-Technologie, weitere sollen folgen. Sie alle sind für den Einsatz in rauen Umgebungen konzipiert und mit analogen Ausgängen von 0,5 bis 4,5 V/10V und 4 bis 20 mA ausgestattet. Die offshore-taugliche Version WB100M bietet sich beispielsweise für Maschinen an, die etwa auf Bohrinseln zum Einsatz kommen oder für Vertikalkräne in Werftanlagen.

Der Positape-Sensor WB61 ist mit 4 m Messlänge das kleinste und jüngste Modell. Er besitzt ein Kunststoffgehäuse und ist für preisbewusste Applikationen konzipiert, etwa für Gabelstapler, Bagger oder Hebebühnen. Trotz seiner kostengünstigen Bauweise entspricht er dennoch der Schutzart IP67.

ASM, Tel.: 08123 986-0, E-Mail: info@asm-sensor.de