Ein Mobilkran wird üblicherweise über vier hydraulische Abstützzylinder gesichert, die an Holmen montiert sind und ausgeschwenkt oder ausgefahren werden können. Zur weiteren Erhöhung der Standfestigkeit verfügen Mobilkrane am hinteren Ende des Kranaufbaus über Ballast, der an die Traglast angepasst wird. Zur Ausstattung gehört heute eine Lastmomentbegrenzung. 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.Messtechnik in den Abstützungen
Um eine flexiblere Handhabung der Lastmomentbegrenzung zu ermöglichen, ist eine exakte Kenntnis der Parameter des Rüstzustands insbesondere in der Abstützung notwendig. Bei Liebherr suchte man nach einer Lösung, die in den Stützen auftretenden Kräfte im Betrieb zu erfassen, um so die Lastmomentbegrenzung zu optimieren. Durch die Messung der Abstützkräfte ist die Berechnung der Schwerpunktslage 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 zu eliminieren. Um den Abstütz-Kraft-Geber (AKG), der die Kräfte in den Stützen von Mobilkranen erfasst, zu realisieren, hat man sich bei 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 für diese Entscheidung«, sagt Dipl.-Ing. Erwin Morath, der bei Liebherr für den Bereich Steuerungstechnik zuständig ist. Als Spezialist war tecsis für die Entwicklung und Fertigung von Kraftaufnehmern mit Dünnfilmtechnik prädestiniert für diese Aufgabe, bei der es neben der technischen Entwicklung auch um die kostengünstige Produktion von Kraftaufnehmern in großen Stückzahlen ging. »Die Anforderungen an die Messtechnik waren bei dieser Anwendung sehr hoch«, erklärt Dipl.-Ing. (FH) Klaus Härle, der das Projekt als Produkt- und Key-Account-Manager bei tecsis betreut. Für die Aufgabe mussten Kraftaufnehmer für die unterschiedlichen Krantypen und Abstützzylinder in den Messbereichen von 300 kN bis 4 000 kN entwickelt, geprüft und gefertigt werden. Die Aufnehmer müssen eine Messgenauigkeit von besser 1 % aufweisen und gleichzeitig einen Querkraftanteil von bis zu 10 % tolerieren.
»Neben dem Know-how, das tecsis im Bereich der Kraftmessung mitbringt, war vor allem die
Entwicklungskompetenz des Unternehmens ausschlaggebend für die Entscheidung für tecsis.«
Dipl.-Ing. Erwin Morath,
Steuerungstechnik Liebherr
Da es sich um sicherheitsrelevante Bauteile handelt, muss mit den Aufnehmern der Performance-Level e (PLe) gemäß DIN EN ISO 13 849-1 erreichbar sein. Gleichzeitig ist eine hohe Verfügbarkeit der Kraftaufnehmer zu gewährleisten. Auch die Umgebungsanforderungen an die Aufnehmer sind hoch, so muss die eingesetzte Technik im Temperaturbereich von – 40° C bis + 80° C arbeiten und gleichzeitig eine hohe EMV-Festigkeit aufweisen. »Die größte Herausforderung bestand jedoch darin«, so Härle, »die Aufnehmer so zu konstruieren, dass der Einfluss der Querkräfte fast vollständig eliminiert werden kann.« Auf Basis der Anforderungen erarbeitete die tecsis-Entwicklungsabteilung zwei Lösungsvorschläge, die in Simulationsrechnungen überprüft wurden. Man entschied sich für eine Lösung mit spezieller Dünnfilmzellengeometrie als Sensorelement, die anschließend als Prototyp gebaut und weiteren Prüfungen, auch am Kran, unterzogen wurde. Besonders wichtig waren hierbei die Tests, bei denen der Einfluss von Querkräften untersucht wurde. Im tecsis-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 konnten die Prototypen unter Beweis stellen, dass die Messgenauigkeit in jedem Fall innerhalb der geforderten Grenzen bleibt.
Neues für die flexibleAbstützbasis jetzt serienmäßig
Nach den Tests musste das Produkt in die Serienfertigung überführt werden. In der Fertigung und der Qualitätskontrolle bei tecsis wurden dafür neue Maschinen und Anlagen bereitgestellt, um die Aufnehmer in Serie fertigen und prüfen zu können. Ein Beispiel ist die 42 t schwere und hochpräzise Kraftprüfmaschine mit einem Kalibrierbereich von 12 000 kN. Bei dem Mobilkran LTM1750 wird das neue System zur Lastmomentbegrenzung mit dem Abstütz-Kraft-Geber seit der letzten Bauma serienmäßig angeboten. Durch das neue System kann die Lastmomentbegrenzung gemäß der aktuellen Situation erfolgen, was zu einer größeren Flexibilität beim Einsatz des Krans führt.
Dr. Jörg Lantzsch
