Intelligenter Kran: Sicherheit durch Algorithmen

Pendeldämpfungsalgorithmus ersetzt manuelle Erfahrung bei der Steuerung von Lastschwingungen

In Anwendungen des schweren Materialtransports stellt die Schwingung von Lastaufnahmemitteln ein zentrales Problem dar, das sowohl die Betriebseffizienz als auch die Sicherheit beeinträchtigt. Bei großen Zweiträgerkränen im Leistungsbereich von 50 t bis 300 t hat Kelude Schwerindustrie erkannt, dass eine reine Abhängigkeit von der visuellen Einschätzung und der Feinsteuerung durch den Operator mittels Steuerknüppel den Anforderungen moderner Fabriken nach hoher Präzision und taktschneller Produktion nicht mehr gerecht wird. In traditionellen Prozessen stützten sich erfahrene Fachkräfte auf ihr intuitives Verständnis, um Trägheitskräfte durch Tippbetrieb auszugleichen. Diese Methode ist zwar bei Leer- oder Leichtlasten noch akzeptabel, doch beim Transport von über 100 t schweren Gütern führt die massive Trägheit oft zu heftigen Schwingungen, sobald die Zielposition erreicht ist. Dies verlängert die benötigte Zeit für die Positionierung erheblich und erhöht das Risiko von Kollisionen.

Zunächst unterliegt die manuelle Bedienung offensichtlichen physiologischen und physikalischen Grenzen. Wenn die Hubgeschwindigkeit 8 m/min erreicht und die Katzfahrgeschwindigkeit hoch ist, kann es nach dem Erreichen der Zielposition mehrere Dutzend Sekunden oder länger dauern, bis die Restschwingungen der Last natürlich abgeklungen sind. In Werkhallen mit eingeschränkter Sicht oder schlechten Lichtverhältnissen fällt es Arbeitern schwer, minimale Schwingungsauslenkungen präzise einzuschätzen, was leicht zu Bedienfehlern führen kann.

Der intelligenten Pendeldämpfung kommt hier die Lösung dieses Problems zu. Das technische Team von Kelude Schwerindustrie hat die Erfahrung der Meister in klare Steuerungslogiken übersetzt und fortschrittliche AI-Pendeldämpfungsalgorithmen eingeführt. Dieser Algorithmus erfasst in Echtzeit Daten wie die Beschleunigung und Geschwindigkeit der Laufkatze sowie den Auslenkwinkel der Last und berechnet mithilfe eines PID-Reglers dynamisch ein gegenläufiges Ausgleichsdrehmoment. Selbst bei einer Nennleistung von 100 t hält das System die Restschwingungswinkel der Last strikt unter 1,5 Grad und ermöglicht so einen effizienten Betriebszustand „Stop-and-Stable“. Dies reduziert die physische Belastung und den psychischen Druck für die Bediener erheblich.

Berechnung des Sicherheitsabstands zur Kollisionsvermeidung basierend auf Multisensorfusion

In komplexen Werkshallen mit kooperativem Betrieb mehrerer Krane ist das Management der Kollisionsvermeidung zwischen den Geräten ein entscheidender Faktor für die Sicherheitssteuerung. Gemäß den strengen Anforderungen der Vorschrift TSG 51-2023 — Sicherheitstechnische Sondervorschrift für Sonderausrüstung müssen große Hebezeuge mit zuverlässigen und empfindlichen Sicherheitsschutzeinrichtungen ausgestattet sein. Traditionelle mechanische Endschalter oder einfache Infrarot-Lichtschranken stoßen aufgrund ihrer festen Erfassungsabstände und ihrer Anfälligkeit für Umgebungsstörungen zunehmend an ihre Grenzen und erfüllen nicht mehr die Sicherheitsbedürfnisse intelligenter moderner Werkstätten.

Einerseits setzen moderne intelligente Antikollisionssysteme auf Multisensorfusion. An der Frontseite des Systems kommen LiDAR-Sensoren mit einer Scan-Frequenz von bis zu 40 Hz zum Einsatz, die mit hoher Aktualisierungsrate dreidimensionale Punktwolkenmodelle der umgebenden Hindernisse erstellen. Kombiniert mit Millimeterwellen-Radar und Ultraschallsensoren gewährleistet das System selbst unter rauen Umgebungsbedingungen wie hohem Staubaufkommen, starker Beleuchtung oder dichtem Nebel eine präzise Hindernererkennung und vermeidet effektiv Sicherheitsrisiken, die durch das Versagen einzelner Sensortypen entstehen könnten.

Andererseits berechnet und passt das System den sicheren Bremsweg dynamisch an den aktuellen Betriebszustand des Geräts an. Die Festlegung konkreter Sicherheitsabstände zur Kollisionsvermeidung erfolgt nicht willkürlich, sondern basiert auf rigorosen technischen Berechnungen.

Nehmen wir an, die Kranfahrgeschwindigkeit eines bestimmten Krans beträgt 60 m/min, was einem Wert von 1 m/s entspricht. Sobald das Radar ein Hindernis vor dem Fahrzeug erkennt und einen Bremsbefehl auslöst, ist die eingestellte Zielverzögerung 0,5 m/s². Nach der kinematischen Formel s = v² / (2a) ergibt sich beiEinschub der konkreten Daten ein Bremsweg von s = 1² / (2 × 0,5) = 1 m. Der tatsächliche Stoppvorgang muss jedoch auch die Reaktionsverzögerung des elektrischen Steuerungssystems sowie die Spielweite der mechanischen Bremse berücksichtigen. Daher wird in der Technik üblicherweise eine Sicherheitsmarge von 0,5 m hinzugefügt, wodurch der finale Sicherheitsabstand zur Kollisionsvermeidung für diesen Anwendungsfall auf 1,5 m festgelegt wird. Diese datenbasierte dynamische Berechnung stellt sicher, dass das Gerät bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten stets einen sicheren Abstand wahrt.

Schweißrisserkennung und Strukturüberwachung am Hauptträger von Doppelträgerkränen nach EU-Norm

Als tragendes Bauteil eines Zweiträgerkrans bestimmen die Schweißnahtqualität und der strukturelle Gesundheitszustand des Hauptträgers maßgeblich die Gesamtsicherheit und Lebensdauer der Anlage. Im Segment der hochwertigen Sonderanfertigungen von Doppelträgerkränen nach europäischer Norm legt Kelude Schwerindustrie höchste Anforderungen an die Fertigungsverfahren der Hauptträger. In der Entwurfsphase werden die entsprechenden Bestimmungen zur Dauerfestigkeit und strukturellen Stabilität gemäß Norm DIN 15018 strikt eingehalten, um die Tragfähigkeit des Hauptträgers bereits in der Quelle zu gewährleisten.

Die zerstörungsfreie Prüfung nach dem Schweißen ist zudem ein kritischer Schritt zur Sicherstellung der Schweißqualität. Da die Schweißnähte zwischen der Untergurtplatte und dem Stegblech komplexen Wechselspannungen standhalten müssen, liegt die zu prüfende Dicke typischerweise bei ca. 16 mm. Die Techniker kombinieren Ultraschallprüfung und Magnetpulverprüfung (MT), um sicherzustellen, dass keine Mikrorisse, Poren oder andere Schweißfehler im Inneren oder an der Oberfläche der Nähte vorhanden sind. Besonders bei Großgeräten mit einer Spannweite von 28,5 m ist die Spannungsverteilung im Mittelbereich des Hauptträgers äußerst komplex; kleinste Schweißfehler können sich im Laufe der Zeit zu Ermüdungsrissen ausbreiten.

Gleichzeitig wurde zur Transformation von regelmäßiger Inspektion hin zur Prädiktiven Wartung ein Health-Monitoring-System in intelligente Kräne integriert. Indem hochpräzise Dehnungsmessstreifen an Bereichen mit Spannungskonzentration angebracht werden – beispielsweise dort, wo die Untergurtplatte in der Mitte der Spannweite auf Längssteifenelemente trifft (wo der Spannungskonzentrationsfaktor ca. 1,2 beträgt) –, erfasst das System kontinuierlich die Spannungsänderungsdaten des Hauptträgers während des Hubbetriebs. Detaillierte technische Analysen zur Schweißrisserkennung und Datenanalyse finden Sie auf unserer Website. Wenn die gemessenen Spannungsspitzenwerte einen festgelegten Schwellenwert nahe der Streckgrenze des Materials erreichen, löst das System automatisch eine Warnung aus, um Wartungspersonal zu zeitnahem Eingreifen zu veranlassen. So werden strukturelle Sicherheitsrisiken bereits im Keim erstickt.

Beitrag der Aufrüstung des elektrischen Steuerungssystems zur Reduzierung der Arbeitsbelastung

Die intelligente Aufrüstung des elektrischen Steuerungssystems ist ein wesentlicher Weg, um das Arbeitsumfeld für das Bedienpersonal zu verbessern und die physische Belastung zu senken. In traditionellen Kranführerkabinen sorgten das laute Brummen der Motoren beim Starten sowie Vibrationen durch mechanische Stöße oft für eine raue Umgebung. Durch umfassende Modernisierungen des elektrischen Systems hält Kelude Schwerindustrie die Lärmbelastung in der Kranführerkabine streng unter 65 dB(A). Zudem wurde die Schutzart (IP) der elektrischen Steuerschränke auf IP54 angehoben, was wirksam das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit in der Halle verhindert.

Nicht zuletzt hat die flächendeckende Einführung der frequenzgesteuerten Drehzahlregelung die Art der Steuerung der Fahrwerke und Hubwerke revolutioniert. Am Beispiel des Haupthubmotors mit einer Nennleistung von 45 kW zeigt sich unter der Kontrolle intelligenter Frequenzumrichter, dass der Anlaufstrom des Motors deutlich reduziert wird. Dies ermöglicht ein sanftes Beschleunigen und Verzögern und eliminiert vollständig die heftigen mechanischen Stöße, die früher durch die Drehzahlregelung über Vorwiderstände verursacht wurden. Dies verlängert nicht nur die Lebensdauer der mechanischen Antriebskomponenten, sondern macht auch die Bedienung des Steuerknüppels leichter und präziser.

Noch wichtiger ist, dass die Integration von Fernüberwachung und Automatisierungsmodulen das Geräteverwaltung vereinfacht. Die Bediener müssen nicht mehr häufig auf hohe Stellen der Ausrüstung klettern, um manuelle Kontrollen durchzuführen. Stattdessen können sie über Boden-Terminals oder mobile Geräte die Betriebstemperatur der Motoren, Stromkurven und den Betriebszustand aller Aggregatgruppen in Echtzeit überwachen. Unter Bedingungen häufiger Hubvorgänge optimiert das System sogar automatisch die Fahrwege basierend auf historischen Daten, wodurch der Gesamtenergieverbrauch um ca. 15 % bis 20 % gesenkt werden kann. Dieses Modell der Mensch-Maschine-Kollaboration entlastet die Arbeiter körperlich enorm und ermöglicht es ihnen, ihre Aufmerksamkeit stärker auf die Sicherheitsüberwachung und Prozessoptimierung zu konzentrieren.

Häufige Fragen