Kollisionschutz und Überlastschutz für Krananlagen

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Kollisionschutz und Überlastschutz für Krananlagen
17. Kranfachtagung, 27. März 2009, Technische Universität Dresden
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Kollisionschutz und Überlastschutz für Krananlagen
Dipl.-Ing. Dirk Becker
PIAB Kraftmesstechnik Ost GmbH, Irxleben
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Einleitung
In den letzten Jahren hat sich die Entwicklung von beweglichen Anlagen, z. B. Krananlagen, infolge gewachsener Ansprüche dahin orientiert, dass die Verfügbarkeit des
Arbeitsbereiches, die Arbeitsgeschwindigkeit, die geometrisch betrachtete Ausnutzung von Lagerbereichen sowie der Automatikbetrieb einen sehr hohen Stellenwert
erlangt haben.
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Notwendigkeit
Insbesondere beim Einsatz im Kranbereich wird der Abstand zwischen Kranen, die
auf der gleichen Schiene laufen, vom Kranführer nur geschätzt. Dadurch kann es
besonders beim Rangieren im geringen Abstand zu Unfällen kommen.
Verschiedentlich wird mit Ultraschallgeber und Laser gearbeitet. Diese weisen einige
Nachteile auf:
• Die Anfälligkeit durch Umgebungseinflüsse (Verschmutzungen etc.) ist sehr
hoch.
• Die Reichweite von Ultraschall ist begrenzt.
• Im Freien kommen wegen Schallverwehungen Fehlmessungen bei Ultraschallgebern vor.
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Forderung
Der Einsatz von Automatikanlagen, die im Verbund arbeiten und eine oder
mehrere Schnittstellen (Mensch-Maschine-Umwelt) aufweisen, verlangt nach einer
Sicherheitstechnik, die den vor genannten Bedürfnissen angepasst ist.
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Lösung
Gigasense Kollisionschutz mit aktivem Transponder (Bild1)
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Bild 1 aktiver Transponder
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Prinzip
Hallenwand
Bild 2 Gigasense Kollisionsschutz - Prinzip
Jedes System besteht aus einem modulierten Dopplerradar, Dieses hat die Fähigkeit, den Abstand, die Geschwindigkeit und die Richtung zu einem aktiven, so genannten Transponder - Reflektor zu „fühlen“. Der Reflektor ist am Dopplerradar des
Gegensystems angebracht bzw. umgekehrt (Bild 2).
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Grundlagen
Als Dopplereffekt (Bild 2.1) bezeichnet man die Veränderung der wahrgenommenen
oder gemessenen Frequenz von Wellen jeder Art, während sich die Quelle und der
Beobachter relativ zueinander bewegen.
Bild 2.1 Dopplereffekt
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Funktion
Bild 3 Funktion
Es werden für zwei zu schützende Anlagen zwei Systeme A + B benötigt. Eine paarweise Installation ist somit vorgeschrieben.
Jedes System besteht aus einer Antenne mit angebauter Elektronik und einem
Schaltrelais-Gehäuse.
Das Konzept des aktiven Transponders beruht darauf, dass sowohl System A wie
auch System B Mikrowellen in eine vorgegebene Ebene senden und empfangen
(Bild 3) und hierzu hat jedes System eine eingebaute Transponder – Reflektor - Diode.
Jedes System arbeitet nach dem Doppler-Radar-Prinzip, erfasst die relative Geschwindigkeit des gegenüberliegenden Transponders und wertet, mit Hilfe der Frequenzmodulation, die Entfernung und Bewegungsrichtung aus.
Der Einsatz eines Transponders dient dazu, wie ein definierter Reflektor zum gegenüberliegenden System zu arbeiten. Mit diesem Gerät wird eine Störung der Signalstrecke und ein evtl. möglicher totaler Ausfall unterbunden. Reflektionen nicht definierbarer Herkunft wie z.B. vom Kranträger oder von Stahlbauteilen würden normalerweise die Signalstrecke unterbrechen. Der Transpondereffekt wird dadurch erzielt,
daß eine Mikrowellendiode mit einem modulierten 3 V Signal, eine Frequenz empfängt, die deutlich über der normalen liegt, welche als niedrig frequenzielle Dopplerinformation von direkten Reflektionen käme.
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Aufbau
Die Antenne besteht aus einem Aluminium-Guß-Reflektor und einem Elektronikgehäuse (Bild 4).
Der Aluminium-Guss-Reflektor dient als parabole Fläche. Die seitlich austretenden
Strahlen haben eine sehr geringe Radiation.
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Das Elektronikgehäuse beinhaltet einen Sender / Empfänger-Filter, den Transponder und einen Schaltkreis mit den Signalauswertfunktionen.
In der Relaisbox sind Stromversorgung, Ausgangsrelais, Potentiometer für die
Alarmgrenzen untergebracht.
Bild 4 Aufbau
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Vorteile des Mikrowellen - Kollisionsschutzes
Sehr hohe Resistenz gegen Verschmutzungen und widrigen Umwelteinflüssen
Bei Stromausfall, bleibt die Sicherheitsfunktion durch die interne Pufferbatterie
erhalten
Eigenüberwachung des Systems
Optimierung der Kranzeiten
Parabolantenne mit niedrigen Nebenmaxima und aktivem Transponder
Reflektor im Gegensystem
Einfache Montage
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Überlastschutz an Kranen
Grundsätzlich schreiben uns die europäischen Normen vor, dass an allen Kraftbetriebenen Winden und Hubwerken Überlastsicherungen vorhanden sein müssen.
So wird zum Beispiel an Portal-Dreh-Wippkranen Überlastabschaltung über das
Lastmoment bestimmt, bei stationären Kranen wird nur die Seillast überwacht. Bei
Portalkranen und Containerkranen wird die Überlast aus mehreren unterschiedlichen
Seillasten bestimmt. Hinzu kommt dann noch die Summenlast zum Schutz der kompletten Krankonstruktion.
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Systemaufbau von Überlastsicherungen
Nach modernster Bauart benötigt man immer ein oder
mehrere Kraftsensoren und eine Elektronikeinheit Bild 5.
Bild 5 Prinzipaufbau Überlastsicherung
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Zusammenfassung
Beim Bau von leistungsfähigen Kranen wird Sicherheit auf höchstem Niveau verlangt.
Dazu gehören Überlastsicherungen, Lastmomentbegrenzungen,
Arbeitsbereichsbegrenzungen und Antikollisionssysteme.
Die Aufgabe von Lastmomentbegrenzungen sowie Antikollisionssystemen ist es, eine Überlastung des Kranes auszuschließen, Schäden am Kran zu verhindern und
somit Menschenleben zu schützen.
Die PIAB Kraftmesstechnik GmbH hat sich seit Jahren diesem Thema verschrieben
und die Entwicklung der Funktionalität von Überlastsicherungen und Kollisionsschutz
– Systemen vorangetrieben, Grundlage war dabei die enge Zusammenarbeit mit den
Kranbau-, Servicebetrieben sowie den Betreibern, um die Technik zu verbessern und
weiter zu entwickeln.
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