Messachse in Kranen und Hebezeugen: Lagerung, Kraftrichtung und Sicherheitsreserve richtig planen

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Messachsen, Kraftmessachsen oder Lastmessbolzen ermöglichen eine direkte Kraftmessung an Lagerstellen, Umlenkrollen, Seilwinden und Gelenkpunkten von Kranen und Hebezeugen. Sie ersetzen einen konventionellen Bolzen und erfassen die mechanische Belastung unmittelbar im Kraftfluss. Dadurch lässt sich eine Lastmessung häufig ohne zusätzliche Zug- oder Druckkraftaufnehmer in die bestehende Konstruktion integrieren.

Der mechanisch einfache Austausch eines Bolzens darf jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass eine Messachse nur in einer definierten Einbausituation zuverlässige Werte liefert. Lagerbreite, Krafteinleitung, Scherflächen, Ausrichtung, Axialsicherung und Verdrehschutz beeinflussen das Signal. Bereits geringe Verspannungen, außermittige Belastungen oder zusätzliche Querkräfte können Messfehler verursachen und den Messkörper dauerhaft überlasten.

Bei Kranen kommt hinzu, dass die Kraft an einer Umlenkrolle nicht automatisch der angehängten Last entspricht. Seilzug, Einscherung, Umlenkwinkel, Wirkungsgrad, Eigengewicht und dynamische Belastungen müssen berücksichtigt werden. Die Nennkraft der Messachse darf deshalb nicht allein aus der maximalen Nutzlast des Krans abgeleitet werden.

Geeignete Kraftaufnehmer und Auswertegeräte finden Sie in der ICS-Kategorie Kraftsensoren und Kraftmessgeräte. Weitere Sensoren für Position, Bewegung, Drehzahl, Drehmoment, Neigung und Vibration sind unter Weg-, Kraft- und Bewegungssensoren zusammengefasst.

Was misst eine Messachse?

Eine Messachse ist ein Kraftaufnehmer in Bolzenform. Der Messkörper enthält Dehnungsmessstreifen oder Dünnfilmsensoren, die eine sehr kleine elastische Verformung des Bolzens erfassen. Eine Messbrücke und gegebenenfalls ein integrierter Verstärker wandeln diese Verformung in ein elektrisches Ausgangssignal um.

Typische Ausgangssignale sind:

• mV/V als direktes DMS-Brückensignal,
• 4–20 mA,
• 0–10 V,
• digitale Schnittstellen wie CANopen,
• zwei getrennte Ausgangskanäle bei dafür vorgesehenen Ausführungen.

Die Messachse erfasst nicht automatisch die Nutzlast am Kranhaken. Sie misst die Kraft, die an ihrer konkreten Lagerstelle und in ihrer empfindlichen Messrichtung auftritt. Abhängig vom Einbau kann dies die Lagerkraft einer Umlenkrolle, die Seilkraft an einem Festpunkt, die Gelenkkraft eines Auslegers oder eine resultierende Kraft aus mehreren Komponenten sein.

Für die Umrechnung in eine Hakenlast wird deshalb ein mechanisches Modell benötigt. Seilführung, Anzahl tragender Seilstränge, Umlenkwinkel, Reibung und Eigengewicht müssen zur tatsächlichen Konstruktion passen.

Kraftfluss und reale Lagerkraft bestimmen

Vor der Auswahl des Messbereichs muss geklärt werden, wie die Last durch die Konstruktion fließt. Eine Messachse an einer Seilrolle misst beispielsweise die resultierende Kraft aus den beiden Seilzugkräften, die an der Rolle angreifen.

Bei gleicher Seilspannung auf beiden Seiten der Rolle kann die resultierende Lagerkraft näherungsweise berechnet werden:

R = 2 × T × sin(β / 2)

Dabei bedeuten:

• R: resultierende Kraft auf Rolle und Messachse,
• T: Seilzugkraft,
• β: Umlenkwinkel des Seils.

Bei einer vollständigen Umlenkung um 180° beträgt die resultierende Kraft theoretisch das Zweifache der Seilspannung. Bei einem kleineren Umlenkwinkel fällt die Lagerkraft entsprechend niedriger aus. Ändert sich die Seilgeometrie während der Kranbewegung, kann sich deshalb auch das Verhältnis zwischen Hakenlast und Messachsenkraft verändern.

Bei einem mehrsträngigen Hubwerk kann die Seilzugkraft überschlägig mit folgender Beziehung abgeschätzt werden:

T ≈ F_Last / (n × η)

Dabei ist n die Anzahl der tragenden Seilstränge und η der Gesamtwirkungsgrad der Einscherung. Reibung in Rollen und Lagern, Seilsteifigkeit und eine ungleichmäßige Lastverteilung können dazu führen, dass die einzelnen Seilstränge nicht exakt gleich belastet sind.

Auch das Eigengewicht von Hakenflasche, Traverse, Greifer und weiteren Lastaufnahmemitteln gehört zur mechanischen Belastung. Soll die reine Nutzlast angezeigt werden, müssen diese Totlasten bei der Nullung oder in der Auswertung berücksichtigt werden.

Lagerstellen und Scherflächen richtig ausführen

Viele Messachsen werden in einem Gabellager eingesetzt. Zwei äußere Laschen tragen den Bolzen, während die Kraft über ein mittleres Bauteil, beispielsweise eine Rolle oder Gelenklasche, eingeleitet wird. Dadurch entstehen zwei definierte Scherbereiche.

Die genaue Position der empfindlichen Messzonen ist hersteller- und ausführungsspezifisch. Lagerbreiten, Abstand der Laschen und Breite der mittleren Krafteinleitung müssen deshalb zur Zeichnung der Messachse passen. Eine vorhandene Konstruktion darf nicht nur nach dem Bolzendurchmesser beurteilt werden.

Für eine reproduzierbare Belastung sind insbesondere folgende Punkte wichtig:

• maßhaltige und fluchtende Lagerbohrungen,
• passende Toleranzen zwischen Achse und Bohrungen,
• definierte Position der mittleren Krafteinleitung,
• ausreichendes Spiel zwischen mittlerem Bauteil und äußeren Lagerlaschen,
• keine Reibverbindung, die einen Teil der Kraft an der Messachse vorbeileitet,
• keine scharfkantigen Beschädigungen oder Bohrspäne in den Lagerstellen.

Wird das mittlere Bauteil seitlich gegen eine Lagerlasche gepresst, kann ein Teil der Last durch Reibung übertragen werden. Dieser Kraftnebenschluss führt dazu, dass die Messachse nicht mehr die vollständige Lagerkraft erfasst. Gleichzeitig kann eine seitliche Vorspannung entstehen.

Herstellervorgaben zu Mindestspalten und Passungen gelten immer für die konkrete Baureihe. Sie dürfen nicht ungeprüft auf eine andere Messachse oder Lagerkonstruktion übertragen werden.

Kraftrichtung und Einbaulage beachten

Eine Messachse wird in Längsrichtung in die Lagerbohrungen eingeschoben, die eigentliche Betriebskraft wirkt jedoch gewöhnlich radial auf den Bolzen. Die Sensorik ist auf eine definierte radiale Kraftrichtung abgestimmt. Diese Richtung wird je nach Ausführung durch Pfeile, eine Nut, eine Abflachung oder eine andere Markierung am Achsende gekennzeichnet.

Die Markierung muss bei der Montage zur berechneten Hauptkraftrichtung ausgerichtet werden. Eine Verdrehung der Achse verändert die Lage der sensitiven Messrichtung gegenüber dem tatsächlichen Kraftvektor.

Für eine idealisierte Betrachtung gilt bei einer Winkelabweichung α:

F_Messrichtung = F × cos(α)

Die quer zur Messrichtung wirkende Komponente beträgt:

F_quer = F × sin(α)

Die tatsächliche Messabweichung lässt sich daraus nicht vollständig ableiten, weil zusätzlich Querempfindlichkeit, Lagerreibung und Biegeverformung wirken. Die Formeln zeigen jedoch, dass eine Schrägstellung nicht nur das Nutzsignal verändert, sondern gleichzeitig eine unerwünschte Querbelastung erzeugt.

Ändert sich die Kraftrichtung während des Betriebs deutlich, muss geprüft werden, ob eine eindirektional empfindliche Messachse geeignet ist. Bei beweglichen Auslegern oder wechselnden Seilwinkeln kann eine andere Messstelle, eine Mehrkomponentenmessung oder eine anwendungsbezogene Kennfeldkorrektur erforderlich sein.

Verdrehschutz und Axialsicherung planen

Die Messachse muss gegen unkontrolliertes Verdrehen und axiales Wandern gesichert werden. Hierzu wird häufig ein Achshalter oder eine formschlüssige Sicherung verwendet. Diese Sicherung hat jedoch eine andere Aufgabe als die tragenden Lagerstellen.

Ein geeigneter Achshalter:

• hält die definierte Kraftrichtung ein,
• verhindert axiales Herauswandern,
• wird mit unverlierbaren Befestigungsmitteln gesichert,
• überträgt im Normalbetrieb keine relevante Achslast,
• behindert die elastische Verformung in Lastrichtung nicht.

Wird der Verdrehschutz zu steif verspannt oder gegen ein verformbares Bauteil gezogen, kann er selbst zum Kraftnebenschluss werden. Die Messachse reagiert dann abhängig von Schraubenanzug, Temperatur oder Verformung der Kranstruktur unterschiedlich.

Die Nut oder Abflachung für den Achshalter dient außerdem häufig als Referenz für die Einbaulage. Sie darf nicht beliebig verändert, nachgearbeitet oder an einer ungeprüften Position ergänzt werden.

Querkräfte, Biegemomente und Kraftnebenschlüsse vermeiden

Eine Messachse wird für eine vorgesehene Lagerungsart und Kraftrichtung ausgelegt. Zusätzliche Belastungen können sowohl den Messwert als auch die mechanische Lebensdauer beeinträchtigen.

Zusatzbelastung	Typische Ursache	Mögliche Folge
Quer- oder Seitenkraft	Schräg laufendes Seil, nicht fluchtende Laschen, Seitenzug	Querempfindlichkeit, Reibung, zusätzliche Biegung
Biegemoment	Außermittige Krafteinleitung oder zu großer Lagerabstand	Nullpunktverschiebung, Messfehler oder plastische Verformung
Torsion	Mitdrehende Rolle, klemmendes Lager oder verdrehter Einbau	Störsignal und Schädigung des Messkörpers
Kraftnebenschluss	Reibkontakt, zusätzliche Abstützung oder verspannte Sicherung	Nur ein Teil der tatsächlichen Kraft wird gemessen
Stoßbelastung	Lastfang, schlagartiges Bremsen oder Anfahren	Kurzzeitige Überlast und bleibende Nullpunktänderung

Besonders kritisch sind verschlissene oder schwergängige Lager. Dreht sich die Rolle nicht frei um die Messachse beziehungsweise ihre Lagerung, kann Drehmoment in den Bolzen eingeleitet werden. Deshalb gehören Zustand, Schmierung und Spiel der Lager in die regelmäßige Prüfung der gesamten Messstelle.

Messbereich und Sicherheitsreserve festlegen

Die Nennkraft der Messachse muss größer als die höchste real auftretende Lagerkraft sein. Dabei reicht es nicht aus, nur die statische Nennlast des Krans zu verwenden.

In die Ermittlung der maximalen Belastung gehören unter anderem:

• maximale Nutzlast,
• Eigengewicht von Hakenflasche und Lastaufnahmemitteln,
• Seilführung und Umlenkwinkel,
• Anfahr- und Bremsbeschleunigung,
• Schlaffseilaufnahme und Lastfang,
• Reibung und ungleiche Seilzugkräfte,
• Wind- und Seitenkräfte,
• Schrägzug und pendelnde Lasten,
• Fertigungstoleranzen und Verformung der Konstruktion,
• mögliche außergewöhnliche Betriebszustände.

Eine Messachse besitzt üblicherweise getrennte Angaben für Nennkraft, Gebrauchskraftgrenze, zulässige Überlast und gegebenenfalls Bruchkraft. Diese Begriffe dürfen nicht miteinander verwechselt werden. Die zulässige Überlast ist kein dauerhaft nutzbarer Messbereich und keine frei verfügbare Sicherheitsreserve für den normalen Betrieb.

Ein zu knapp gewählter Messbereich kann bei dynamischen Spitzen überlastet werden. Ein unnötig großer Messbereich reduziert dagegen die nutzbare Auflösung und kann kleine Laständerungen schlechter erkennbar machen.

Es gibt keinen universellen Faktor, mit dem jede Kran-Messachse sicher dimensioniert werden kann. Die Auswahl muss auf der mechanischen Berechnung, der Risikobeurteilung, den Herstellerdaten und den für den Kran geltenden Anforderungen beruhen. Die strukturelle Auslegung bleibt Aufgabe des Kran- beziehungsweise Maschinenherstellers und entsprechend qualifizierter Fachleute.

Dynamische Lasten und Signalfilterung bewerten

Beim Heben, Senken, Bremsen und Positionieren treten Laständerungen auf, die deutlich schneller als eine statische Verwiegung verlaufen. Die Messkette muss diese Dynamik ausreichend erfassen.

Zu prüfen sind:

• mechanische Eigenfrequenz von Messachse und Lagerung,
• Bandbreite des integrierten Verstärkers,
• Abtastrate der SPS oder Auswerteelektronik,
• Filterzeit und Mittelwertbildung,
• Reaktionszeit der Überlastabschaltung,
• Speicherung kurzzeitiger Spitzenwerte.

Eine starke Filterung erzeugt eine ruhige Gewichtsanzeige, kann aber kritische Lastspitzen verdecken oder die Abschaltung verzögern. Für Anzeige, Regelung und Sicherheitsüberwachung können deshalb unterschiedliche Signalpfade oder Filtereinstellungen erforderlich sein.

Wiederkehrende Schwingungen dürfen nicht nur als störendes Messsignal behandelt werden. Sie können auf pendelnde Lasten, Seilschwingungen, Lagerspiel oder eine mechanische Resonanz hinweisen.

Kabelabgang und elektrische Anbindung schützen

Der elektrische Anschluss liegt bei einer Messachse häufig am Stirnende. Der Kabelabgang muss bereits bei der mechanischen Konstruktion berücksichtigt werden. Er darf nicht mit Seil, Rolle, Sicherungsblech oder benachbarten Bauteilen kollidieren.

Für eine robuste Installation sind folgende Punkte wichtig:

• ausreichender Biegeradius des Kabels,
• Zugentlastung außerhalb des bewegten Lagerbereichs,
• Schutzschlauch oder Kabelkanal gegen Scheuern und Steinschlag,
• keine Torsion des Kabels durch eine verdrehbare Messachse,
• abgedichtete und zugängliche Steckverbindung,
• geschirmte, für das Signal geeignete Messleitung,
• räumliche Trennung von Motor-, Brems- und Leistungskabeln,
• eindeutige Erdungs- und Schirmstrategie.

Bei mobilen Kranen müssen zusätzlich Bewegungswege, Auslegerstellung, Schleppketten, Vibration, Feuchtigkeit und mögliche Hochdruckreinigung berücksichtigt werden. Ein elektrisch geeigneter Sensor kann durch eine ungeeignete Kabelverlegung dennoch frühzeitig ausfallen.

Redundanz und Sicherheitsfunktion unterscheiden

Eine Lastanzeige und eine sicherheitsbezogene Überlastbegrenzung sind unterschiedliche Aufgaben. Ein einzelnes Sensorsignal, das auf einem Display angezeigt wird, stellt nicht automatisch eine Sicherheitsfunktion dar.

Eine vollständige Überlastschutzfunktion umfasst unter anderem:

• geeignete Messachse und mechanische Integration,
• Signalaufbereitung und Diagnose,
• sicherheitsgerichtete Logik,
• Ausgangselement zur Begrenzung oder Abschaltung der gefährlichen Bewegung,
• Fehlerreaktion bei Leitungsbruch, Kurzschluss oder unplausiblem Signal,
• Validierung und regelmäßige Funktionsprüfung.

Redundante elektrische Ausgangssignale können die Diagnose verbessern. Zwei Kanäle aus demselben Messkörper beseitigen jedoch nicht alle gemeinsamen Fehlerursachen. Eine mechanische Überlastung, falsche Kraftrichtung, ein blockiertes Lager oder ein gemeinsamer Kabelschaden kann beide Kanäle betreffen.

Bei ausgewählten Heavy-Duty-Messachsen sind redundante Ausgangssignale und die Integration in eine entsprechend zertifizierte Überlastsicherung möglich. Die erreichte Sicherheitskategorie oder der Performance Level gilt jedoch nur für die vollständig bewertete Systemkonfiguration und nicht automatisch für die einzelne Messachse.

Kalibrierung im eingebauten Zustand

Eine Werkskalibrierung prüft die Messachse unter definierten Bedingungen. Die reale Kranlagerung kann davon abweichen. Passungen, Lagerabstände, Reibung, Kraftrichtung und der tatsächliche Seilverlauf beeinflussen die vollständige Messkette.

Nach dem mechanischen Einbau sollte daher zunächst der unbelastete Nullpunkt geprüft werden. Anschließend empfiehlt sich eine Belastungsprüfung mit mehreren bekannten Laststufen.

Ein geeigneter Prüfablauf umfasst:

1. Nullsignal bei vollständig entlasteter Konstruktion erfassen.
2. Bekannte Prüflast langsam aufbringen.
3. Mehrere Laststufen über den vorgesehenen Arbeitsbereich prüfen.
4. Aufsteigende und absteigende Belastung vergleichen.
5. Wiederholbarkeit nach vollständiger Entlastung kontrollieren.
6. Dynamische Lastaufnahme mit reduzierter Geschwindigkeit testen.
7. Alarm- und Abschaltpunkte getrennt prüfen.
8. Messaufbau, Seileinscherung und Umgebungsbedingungen dokumentieren.

Die Referenzlast kann je nach Anlage durch geprüfte Gewichte, eine geeignete Referenzkraftmessung oder ein kalibriertes Lastaufnahmemittel bereitgestellt werden. Die Prüfung muss den realen Kraftfluss abbilden. Eine Zugprüfung an einer anderen Stelle des Krans kann ungeeignet sein, wenn sich Seilwinkel oder Übersetzungsverhältnis dadurch verändern.

Nach Austausch von Messachse, Rolle, Lager, Seil oder tragenden Laschen sollte die Messstelle erneut geprüft werden. Gleiches gilt nach einer mechanischen Überlastung oder einer auffälligen Nullpunktverschiebung.

Systematischer Auswahl- und Einbauablauf

1. Messaufgabe definieren: Lastanzeige, Prozessregelung, Überlastwarnung oder Sicherheitsfunktion unterscheiden.
2. Messstelle auswählen: Kraftfluss, Zugänglichkeit, Seilgeometrie und Bewegungen bewerten.
3. Lagerkraft berechnen: Nutzlast, Eigengewicht, Einscherung, Umlenkwinkel und Dynamik berücksichtigen.
4. Einbaugeometrie aufnehmen: Bolzendurchmesser, Lagerbreiten, Bohrungen, Toleranzen und Krafteinleitung dokumentieren.
5. Kraftrichtung bestimmen: Hauptkraft und mögliche Seitenkraft über den gesamten Bewegungsbereich ermitteln.
6. Nennkraft auswählen: Betriebsspitzen und herstellerspezifische Belastungsgrenzen einhalten.
7. Ausgangssignal festlegen: mV/V, 4–20 mA, 0–10 V, CANopen oder redundante Kanäle passend zur Auswertung wählen.
8. Verdreh- und Axialsicherung planen: Sicherung ohne Verspannung und Kraftnebenschluss konstruieren.
9. Kabelweg festlegen: Bewegung, Zugentlastung, Schutz und EMV berücksichtigen.
10. Montage überwachen: Messachse nicht einschlagen und Ausgangssignal während des Einbaus beobachten.
11. Im System kalibrieren: Mehrere bekannte Laststufen und dynamische Zustände prüfen.
12. Wiederholprüfung definieren: Nullpunkt, Plausibilität, Lagerzustand, Kabel und Abschaltfunktion regelmäßig kontrollieren.

Typische Fehler bei Messachsen

Fehler	Mögliche Folge	Geeignete Maßnahme
Nennkraft aus der Hakenlast übernommen	Reale Lagerkraft wird unter- oder überschätzt	Seilkräfte, Umlenkwinkel und Einscherung berechnen
Kraftrichtungsmarkierung nicht ausgerichtet	Messabweichung und unerwünschte Querbelastung	Messachse nach Zeichnung und Markierung ausrichten
Messachse mit Hammer montiert	Mechanische Überlastung und Nullpunktverschiebung	Bohrungen prüfen und Achse ohne Gewalteinwirkung einsetzen
Mittlere Lasche klemmt an der Gabel	Reibung erzeugt Kraftnebenschluss	Vorgesehenes Seitenspiel sicherstellen
Verdrehschutz zu steif verspannt	Elastische Verformung wird behindert	Achshalter nur zur Sicherung verwenden
Seil läuft schräg über die Rolle	Seitenkraft und zusätzliches Biegemoment	Seilführung, Fluchtung und Rollenlager prüfen
Kabel ohne Zugentlastung geführt	Stecker- oder Kabelbruch	Kabel mechanisch schützen und zugentlasten
Starke Mittelung in der SPS	Dynamische Überlast wird zu spät erkannt	Anzeige- und Schutzsignal getrennt auslegen
Nur Nullpunkt geprüft	Fehlerhafte Steigung bleibt unentdeckt	Mehrpunktprüfung mit bekannten Lasten durchführen
Zwei Ausgänge automatisch als sichere Redundanz bewertet	Gemeinsame Fehlerursachen bleiben unerkannt	Komplette Sicherheitskette bewerten und validieren

Praxisbeispiel: Messachse an einer Umlenkrolle

An einem Hebezeug soll die Last über die Lagerachse einer Umlenkrolle erfasst werden. Die maximale Gesamtlast einschließlich Hakenflasche und Lastaufnahmemittel beträgt 120 kN. Das Hubwerk besitzt zwei tragende Seilstränge. Für die vereinfachte Betrachtung wird ein Gesamtwirkungsgrad von 0,92 angesetzt.

Die Seilzugkraft beträgt näherungsweise:

T = 120 kN / (2 × 0,92) = 65,2 kN

Das Seil wird an der überwachten Rolle um 150° umgelenkt. Daraus ergibt sich eine resultierende Lagerkraft von:

R = 2 × 65,2 kN × sin(75°) ≈ 126 kN

Die Messachse wird somit bereits bei statischer Maximallast mit ungefähr 126 kN belastet. Die Messstellenkraft ist höher als die Gesamtlast von 120 kN und deutlich höher als die Seilzugkraft von 65,2 kN.

Für Anfahren, Bremsen und Lastschwingungen wird im Beispiel eine rechnerische dynamische Spitzenkraft von 1,25 × 126 kN betrachtet:

R_dynamisch ≈ 158 kN

Eine Messachse mit einem Messbereich von 100 kN wäre offensichtlich ungeeignet. Eine Ausführung bis 200 kN könnte messtechnisch passen, sofern ihre konkrete Gebrauchskraftgrenze, zulässige Überlast, Einbaugeometrie und Sicherheitsanforderungen die Anwendung abdecken.

Bei der Montage zeigt sich, dass die vorhandene mittlere Rollenaufnahme seitlich an einer Gabelplatte anliegt. Dieser Kontakt würde einen Teil der Lagerkraft durch Reibung übertragen. Die Konstruktion wird deshalb so angepasst, dass die Krafteinleitung mittig bleibt und das vorgeschriebene Spiel vorhanden ist.

Die Messachse wird anhand ihrer Markierung zur resultierenden Seilkraft ausgerichtet und mit einem unbelasteten Achshalter gegen Verdrehen und Axialverschiebung gesichert. Das Anschlusskabel wird durch einen Schutzschlauch entlang des Kranrahmens geführt und außerhalb des Rollenbereichs zugentlastet.

Abschließend erfolgt eine Prüfung mit mehreren bekannten Lasten. Dabei werden Nullpunkt, Kennliniensteigung, Wiederholbarkeit und die Überlastwarnung kontrolliert. Erst diese Prüfung bestätigt, dass die berechnete Lagerkraft in der realen Konstruktion korrekt erfasst wird.

Welche Produkte und Lösungen eignen sich?

WIKA Typen F5301 und F53C1

Die WIKA-Typen F5301 und F53C1 sind Messachsen mit Dünnfilmtechnik für Messbereiche von 0–5 kN bis 0–200 kN. Sie sind für statische und dynamische Messaufgaben vorgesehen und können bestehende Bolzen beispielsweise in Krananlagen, Hebezeugen, Umlenkrollen, Seilwinden sowie Gabel- oder Wälzlagern ersetzen.

Die korrosionsbeständigen Ausführungen besitzen einen integrierten Verstärker. Je nach Konfiguration stehen aktive Strom- oder Spannungssignale sowie digitale oder redundante Ausgänge zur Verfügung. Die genaue Geometrie und Signaloption muss an die Anwendung angepasst werden.

WIKA Typen F5308, F53C8 und F53S8

Die WIKA-Typen F5308, F53C8 und F53S8 sind Heavy-Duty-Messachsen mit Messbereichen ab 10 kN. Sie sind für raue Einsatzbedingungen in Kranen, Hebezeugen, Offshore-Anwendungen und mobilen Arbeitsmaschinen vorgesehen.

Zur Auswahl stehen je nach Ausführung unter anderem 4–20 mA, 0–10 V und CANopen. Redundante Ausgangssignale sind möglich. Bestimmte Varianten können als Bestandteil einer entsprechend zertifizierten WIKA-Überlastsicherung eingesetzt werden. Die sicherheitstechnische Eignung muss für die vollständige Konfiguration bestätigt werden.

WIKA Typ F5802

Die WIKA-Messachse F5802 ist für Nennkräfte von 20 bis 10.000 kN vorgesehen. Sie eignet sich besonders für hohe Lagerkräfte in großen Krananlagen, Hafen- und Offshore-Kranen, Seilwinden, Umlenkrollen sowie im Sondermaschinenbau.

Auch bei dieser Baureihe ersetzt die Messachse einen vorhandenen nicht messenden Bolzen. Für eine belastbare Auswahl werden die vollständige Lagergeometrie, Nenn- und Spitzenkräfte, Kraftrichtung, Umgebung, Ausgangssignal und die vorgesehene Sicherheitsfunktion benötigt.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl der geeigneten Messachse, der Abstimmung der mechanischen Geometrie, der Signalkonditionierung, der Integration in SPS oder Kransteuerung sowie bei der Planung von Kalibrierung und Überlastüberwachung.

Fazit

Eine Messachse ist eine platzsparende Lösung zur Lastmessung in Kranen und Hebezeugen, weil sie einen vorhandenen Lager- oder Verbindungsbolzen direkt ersetzen kann. Sie misst jedoch nicht automatisch die Hakenlast, sondern die reale Kraft an ihrer Einbaustelle.

Für die Auswahl müssen Kraftfluss, Seileinscherung, Umlenkwinkel, Lagerbreiten, Scherbereiche und dynamische Belastungen gemeinsam betrachtet werden. Die Messrichtung muss zur resultierenden Kraft passen. Querkräfte, Torsion, außermittige Krafteinleitung und Kraftnebenschlüsse können den Messwert verfälschen und die Messachse beschädigen.

Der Verdrehschutz darf die elastische Verformung des Messkörpers nicht behindern. Ebenso müssen Kabelabgang, Axialsicherung, Lagerzustand und mechanische Bewegungen von Beginn an eingeplant werden.

Für Überlastschutz und andere Sicherheitsfunktionen reicht ein Messwert allein nicht aus. Sensor, Auswertung, Diagnose, Steuerungslogik und Abschaltelement müssen als vollständige Sicherheitskette bewertet werden. Eine abschließende Kalibrierung beziehungsweise Belastungsprüfung im eingebauten Zustand ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil der Inbetriebnahme.

Häufige Fragen zu Messachsen in Kranen und Hebezeugen

Was ist der Unterschied zwischen Messachse und Lastbolzen?

Die Begriffe werden häufig synonym verwendet. Gemeint ist ein mechanisch tragender Bolzen mit integrierter Kraftmesstechnik, der einen herkömmlichen Lager- oder Verbindungsbolzen ersetzt.

Misst eine Messachse direkt die Hakenlast?

Nicht unbedingt. Sie misst die Kraft an ihrer Lagerstelle. Für die Berechnung der Hakenlast müssen Seilführung, Einscherung, Umlenkwinkel, Wirkungsgrad und Eigengewichte berücksichtigt werden.

Warum besitzt eine Messachse eine Kraftrichtungsmarkierung?

Die Sensorik ist auf eine definierte radiale Messrichtung abgestimmt. Die Markierung ermöglicht die korrekte Ausrichtung dieser Messrichtung zum tatsächlichen Kraftvektor.

Darf eine Messachse beim Einbau eingeschlagen werden?

Nein. Starke Schläge können den Messkörper mechanisch überlasten und den Nullpunkt verändern. Wenn die Achse nicht leicht montierbar ist, müssen Bohrungen, Fluchtung, Toleranzen und mögliche Verschmutzungen geprüft werden.

Warum benötigt die Messachse einen Verdrehschutz?

Eine Verdrehung verändert die Ausrichtung der sensitiven Messrichtung. Der Verdrehschutz hält die definierte Lage und kann gleichzeitig das axiale Wandern der Achse verhindern. Er darf jedoch keine zusätzliche Betriebskraft aufnehmen.

Wie wirken sich Querkräfte aus?

Querkräfte können zusätzliche Biegung, Reibung und Querempfindlichkeit erzeugen. Sie entstehen beispielsweise durch Schrägzug, nicht fluchtende Lagerstellen oder seitlich laufende Seile.

Wie groß muss die Überlastreserve sein?

Hierfür gibt es keinen universellen Wert. Berücksichtigt werden müssen statische Last, Dynamik, Seilkräfte, Stoßbelastungen, außergewöhnliche Betriebszustände und die Belastungsgrenzen der konkreten Messachse. Die Auslegung erfolgt durch qualifizierte Fachleute anhand der Maschinen- und Sicherheitsanforderungen.

Sind zwei Ausgangssignale automatisch redundant und sicher?

Zwei Kanäle können Diagnose und Verfügbarkeit verbessern. Sie können jedoch gemeinsame mechanische oder elektrische Fehler besitzen. Die Eignung für eine Sicherheitsfunktion ergibt sich erst aus der Bewertung und Validierung der vollständigen Mess- und Abschaltkette.

Muss die Messachse im eingebauten Zustand kalibriert werden?

Eine Prüfung im eingebauten Zustand ist besonders empfehlenswert, weil Lagerung, Kraftrichtung, Reibung und Seilgeometrie die vollständige Messkette beeinflussen. Mindestens Nullpunkt, mehrere Laststufen, Wiederholbarkeit und Abschaltpunkte sollten kontrolliert werden.