Kranpositionierung: Inkrementalgeber oder Laser-Entfernungsmessung
📋 Kernzusammenfassung
Kranbrücke, Laufkatze und Haken – überall muss der Weg gemessen werden. Doch welcher Sensor ist der richtige? Encoder arbeiten kontaktbehaftet, sind präzise und günstig, benötigen aber eine mechanische Montage. Die Laser-Entfernungsmessung arbeitet berührungslos, überbrückt große Distanzen und ist ebenfalls präzise, jedoch teurer und anfällig für Staub. Dieser Artikel erläutert die Sensorauswahl anhand der vier Dimensionen: Genauigkeit, Distanz, Umgebung und Kosten.
📌 Ein-Satz-Vergleich
Encoder: kontaktbehaftet, hochpräzise, günstig und zuverlässig, aber Montage direkt an der Welle erforderlich.
Laser-Entfernungsmessung: berührungslos, große Reichweite, hohe Präzision, aber teurer und anfällig für Staub- und Reflexionsstörungen.
Wo steht die Kranbrücke? Wo positioniert sich die Laufkatze? Wie hoch ist der Haken angehoben? All diese Fragen beantwortet der Wegsensor für das Steuerungssystem. Eine falsche Sensorauswahl führt zu driftenden, springenden oder ungenauen Positionswerten.
Doch es gibt nicht den einen Wegsensor. Encoder, Laser-Entfernungsmessung und Seilzugsensoren haben jeweils ihre spezifischen Stärken. Im Folgenden wird die Auswahl anhand von vier Dimensionen erläutert.
Arten von Wegsensoren: Encoder, Laser und Seilzug
Für die Wegerkennung im Kranbetrieb werden hauptsächlich drei Sensortypen verwendet.
Encoder sind kontaktbehaftete Drehgeber zur Messung des Winkelversatzes. Sie werden an der Motorwelle oder am Laufrad montiert und wandeln den gemessenen Winkel in eine Wegstrecke um. Man unterscheidet zwischen Inkrementalgebern und Absolutwertgebern: Der Inkrementalgeber ist günstiger, benötigt nach einem Stromausfall jedoch eine Referenzfahrt. Der Absolutwertgeber behält die Position auch ohne Spannung. Encoder überzeugen durch hohe Genauigkeit, Zuverlässigkeit und geringe Kosten – sie sind das Arbeitstier der Wegerkennung. Die Norm ISO 24445 „Krane – Intelligente Sensoren – Technische Bedingungen“ definiert Anforderungen an die Sensorauswahl.
Die Laser-Entfernungsmessung arbeitet berührungslos und ermittelt die Distanz mittels Laserstrahl. Sie bietet große Messbereiche und hohe Präzision ohne mechanischen Kontakt, ist jedoch in der Anschaffung teurer und reagiert empfindlich auf Staub sowie stark reflektierende Oberflächen.
Seilzugsensoren messen den Weg über einen mechanischen Seilzug. Sie stellen eine solide, einfache und zuverlässige Alternative dar, sind aber im Messbereich begrenzt. Jeder der drei Typen hat seine spezifischen Einsatzbereiche.
Vier Auswahlkriterien: Genauigkeit, Distanz, Umgebung, Kosten
Für die Auswahl des passenden Wegsensors sind vier Kriterien entscheidend.
Genauigkeit: Für Anwendungen mit Anforderungen im Millimeterbereich oder darunter sind Encoder und Laser-Entfernungsmessung geeignet. Seilzugsensoren liegen hier etwas darunter. Die geforderte Präzision bestimmt die Sensor-Klasse.
Distanz: Für die Überwachung der Kranbrücke über Spannweiten von mehreren zehn Metern eignen sich Laser-Entfernungsmessung oder Seilzugsensoren. Zur Ermittlung des Weges über den Drehwinkel an der Welle ist der Encoder die erste Wahl. Der Messbereich entscheidet über die Sensorart.
Umgebung: In Werkstätten mit hoher Staubbelastung oder Ölnebel kann die Laser-Entfernungsmessung gestört werden. Encoder und Seilzugsensoren sind hier robuster. Für raue Umgebungen sind kontaktbehaftete Systeme die bessere Wahl.
Kosten: Encoder sind am günstigsten, Seilzugsensoren liegen im Mittelfeld, und die Laser-Entfernungsmessung ist am teuersten. Bei begrenztem Budget ist der Encoder die erste Wahl. Betrachtet man alle vier Dimensionen gemeinsam, ergibt sich die optimale Sensorauswahl. Kelude Schwerindustrie nutzt genau diese vier Dimensionen – Genauigkeit, Distanz, Umgebung und Kosten – als Grundlage für die Sensorauswahl.
Sensorauswahl für Krananwendungen nach Triebwerk
Bezogen auf den Kran wird die Auswahl nach Triebwerk getroffen.
Für die Hubhöhenmessung wird ein Encoder an der Trommel oder der Motorwelle montiert. Die Anzahl der Trommelumdrehungen wird in die Höhe des Hakens umgerechnet. Dieses Verfahren ist einfach, zuverlässig und kostengünstig und stellt die gängigste Lösung für das Heben dar.
Zur Überwachung des Verfahrwegs von Kranbrücke und Laufkatze werden bei kurzen Distanzen Encoder eingesetzt. Für lange Wege oder wenn eine absolute Position benötigt wird, kommen Laser-Entfernungsmessung oder Absolutwertgeber zum Einsatz. Aufgrund der großen Spannweite der Kranbrücke bietet die berührungslose Laser-Entfernungsmessung hier klare Vorteile.
Kelude Schwerindustrie wählt die Sensoren entsprechend dem Mechanismus: Encoder für das Heben, Encoder für kurze Verfahrwege von Kranbrücke und Laufkatze, und Laser-Entfernungsmessung für lange Verfahrwege. So werden Kosten und Genauigkeit optimal auf jedes Triebwerk abgestimmt. Die Norm DIN 15018 „Krane – Grundsätze für die Stahltragwerke“ definiert die Genauigkeitsanforderungen an die Wegerkennung.
Häufige Fehler bei der Sensorauswahl
Fehler 1: Laser-Entfernungsmessung ohne Berücksichtigung der Umgebung. In staubiger oder öliger Umgebung wird der Laserstrahl häufig unterbrochen, was zu unplausiblen Messwerten führt. Für raue Umgebungen sind kontaktbehaftete Encoder die richtige Wahl.
Fehler 2: Inkrementalgeber als Absolutwertgeber verwendet. Ein Inkrementalgeber verliert nach einem Stromausfall seine Referenz. In Anwendungen, die eine Positionsspeicherung bei Spannungsverlust erfordern, muss nach jedem Einschalten eine Referenzfahrt durchgeführt werden. Für solche Fälle ist ein Absolutwertgeber erforderlich.
Fehler 3: Sparsamkeit vor Genauigkeit. Eine unzureichende Sensorgenauigkeit führt zu Drift und ungenauer Positionierung, sodass der Brückenkran den Anschlagpunkt nicht präzise anfährt. Kelude Schwerindustrie betrachtet die Genauigkeit als harten Kennwert: Sensoren, die diese Anforderungen nicht erfüllen, werden nicht verwendet.
Vergleich der drei Wegsensortypen
| Dimension | Encoder / Drehgeber | Laser-Entfernungsmessung | SeilzugSensor | Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| Kontaktart | Kontaktierend (Wellenmontage) | Berührungslos | MaschinenSeilzug | — |
| Genauigkeit | Hoch | Hoch | Mittel | HochGenauigkeitAuswahlEncoder / Drehgeber |
| Distanz | Winkelumrechnung | Große Distanz | MessbereichBegrenzt | Bei großer Distanz: Laser |
| Umweltbeständigkeit | StaubresistentVibration | Staub-/Reflexionsempfindlich | Robust & zuverlässig | Für raue Umgebungen geeignetEncoder / Drehgeber |
| Kosten | Niedrig | Hoch | Mittel | Budgetfreundliche WahlEncoder / Drehgeber |
Schnellreferenz der Normenklauseln für Wegsensoren
| Norm | Vertragskernpunkte | in Bezug aufSensorauswahlVerhältnis |
|---|---|---|
| ISO 24445 | Kranintelligenter Sensortechnische Bedingungen | SensorauswahlReferenz |
| Norm DIN 15018 | Krandimensionierungsnorm | WegmessungErkennungsgenauigkeitAnforderungen |
| GB/T 28264 — Sicherheitsüberwachungs- und Managementsystem | SicherheitsüberwachungDokumentation/ProtokollierungAnforderungen | PositionDatenprotokollierung |
Häufige Fragen zur Sensorauswahl für Wegsensoren
F: Was ist der wesentliche Unterschied zwischen Encoder und Laser-Entfernungsmessung?
A: Der wesentliche Unterschied liegt in der Kontaktart und der Messmethode. Der Encoder arbeitet kontaktbehaftet: Er wird auf der Welle montiert, misst den Drehwinkel und rechnet ihn in eine Wegstrecke um. Er ist präzise, kostengünstig und unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen, benötigt jedoch eine mechanische Montage. Die Laser-Entfernungsmessung arbeitet kontaktlos: Sie sendet Laserstrahlen aus und misst die Distanz. Sie eignet sich für große Entfernungen, ist präzise und benötigt keine mechanische Verbindung, ist jedoch teurer und empfindlich gegenüber Staub und reflektierenden Oberflächen. Kurz gesagt: Der eine misst „direkt am Bauteil“, der andere „aus der Distanz“.
F: Welcher Sensor eignet sich bei begrenztem Budget?
A: Bevorzugt den Encoder wählen. Er ist am kostengünstigsten, zuverlässig und unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen. Er wird direkt auf der Welle montiert und misst den Weg – er ist die Standardlösung für die Wegerkennung. Wenn eine Positionserhaltung bei Stromausfall erforderlich ist, greift man zum Absolutwertgeber. Er ist etwas teurer als ein Inkrementalgeber, spart aber das lästige Referenzieren. Die Laser-Entfernungsmessung sollte nur dann zum Einsatz kommen, wenn große Distanzen oder kontaktloses Messen zwingend erforderlich sind. Bei begrenztem Budget ist ein Laser nicht unbedingt notwendig.
F: Wie entscheide ich, ob in meinem Anwendungsfall ein Encoder oder eine Laser-Entfernungsmessung die richtige Wahl ist?
A: Entscheidend sind Umgebung und Distanz. Bei starker Staub- oder Ölbelastung ist der Encoder die bessere Wahl, da der Laserstrahl gestört oder abgeschattet werden kann. Bei großen Distanzen und der Anforderung an kontaktloses Messen empfiehlt sich die Laser-Entfernungsmessung. Für die Messung von Drehwinkeln an der Welle oder kurze Hübe ist der Encoder ideal. Die Faustregel lautet: „Unter rauen Bedingungen den kontaktbehafteten Encoder wählen, bei großen Distanzen und sauberer Umgebung die Laser-Entfernungsmessung.“ Die endgültige Entscheidung wird dann anhand der geforderten Genauigkeit und des Budgets getroffen.
Der Wegsensor bildet die Basis des Positionierungssystems. Einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Ansätze bietet der Vergleich der technischen Lösungen für die Hochpräzisionspositionierung von Brückenkranen: Auswahlleitfaden für LiDAR, Encoder und UWB.
Nur mit dem richtigen Wegsensor stimmt die Positionierung. Kelude Schwerindustrie wählt die Sensoren gezielt nach Mechanismus aus – für das Heben und kurze Hübe von Kranbrücke und Laufkatze kommen Encoder zum Einsatz, für lange Hübe die Laser-Entfernungsmessung. So werden Genauigkeit, Umgebungsbedingungen und Kosten optimal auf jeden Mechanismus abgestimmt.
