Portalkran-Brückenfahrwerk synchronisieren: Steuerungsprinzip & 5-Schritte-Korrektur

Das Kranfahrwerk eines Portalkrans wird typischerweise von zwei separaten Frequenzumrichtermotoren angetrieben. Weichen die Motordrehzahlen voneinander ab, läuft die Kranbrücke schräg – im Extremfall führt das zu Spurkranzverschleiß, beschleunigtem Schienenverschleiß und birgt sogar die Gefahr einer Entgleisung. Die Synchronsteuerung des Brückenfahrwerks ist daher eine Kernaufgabe der Inbetriebnahme: Sie umfasst nicht nur das Einstellen einiger Parameter am Frequenzumrichter, sondern das systematische Zusammenspiel von Bremsenkopplung, Encoder-Rückmeldung im Regelkreis und der mechanischen Übertragung.

Ursachen für das Asynchronlaufen des Brückenfahrwerks

Die Ursache für ein asynchrones Fahrwerk liegt im Kern in einer unterschiedlichen Lineargeschwindigkeit der Räder auf beiden Seiten. Im Idealfall sind die Motordrehzahlen gleich, die Raddurchmesser identisch und die Bremsen lösen und greifen synchron – die Kranbrücke fährt geradeaus. In der Praxis führen jedoch folgende Faktoren zu einer Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsdifferenz:

Abweichende Frequenzumrichter-Parameter – Sind die Drehzahlregelkreis-Parameter (P1460 Proportionalbeiwert, P1462 Nachstellzeit) der beiden Umrichter nicht identisch eingestellt, resultiert bei gleicher Drehzahl-Sollvorgabe eine Abweichung in der tatsächlichen Ausgangsfrequenz. Bei einer Differenz von P1460 > 2 oder P1462 > 50 ms akkumuliert der Synchronfehler über die Zeit; nach 50 m Fahrweg kann die Wegdifferenz 30–50 mm erreichen.

Asynchrones Bremsenverhalten – Dies ist die häufigste Ursache und für etwa 60 % der Synchronstörungen vor Ort verantwortlich. Beträgt die Differenz der Lösezeit beim Anfahren > 50 ms oder die der Zufallzeit beim Stillsetzen > 50 ms, erhält die zuerst gelöste Seite das Antriebsmoment, und die Kranbrücke zieht sofort zur anderen Seite. Unterschiedliche Hubwege des Hydrostoßantriebs bei Schubstangenbremsen oder ungleiche Vorspannkraft der Federn bei Backenbremsen führen zu diesen Zeitdifferenzen.

Fehlerhafte Encoder-Rückmeldung – Im Master-Slave-Betrieb sendet der Master seinen Drehzahl-Istwert über Profinet oder den CANopen Feldbus als Drehzahl-Sollwert an den Slave. Verlorene Encoder-Impulse, Kommunikationsfehler (Bildfehler) oder eine lose Encoder-Montage führen dazu, dass der Slave einen fehlerhaften Geschwindigkeitsbefehl erhält und die Abweichung kontinuierlich zunimmt. Typische Profinet-Kommunikationszyklen liegen bei 2–4 ms; bei mehr als 3 aufeinanderfolgenden verlorenen Zyklen ist eine Fehlersuche angezeigt.

Differenz der mechanischen Übertragung – Eine Raddurchmesser-Differenz > 0,5 mm (Mischung aus neuen und mehrfach abgedrehten Rädern), unterschiedliche Zahnflankenspiele im Getriebe, Winkeldifferenzen durch verschlissene Kupplungselastomere sowie ein schwergängiges Radlager (Leerlaufstrom > 50 % des Nennstroms) – all diese mechanischen Faktoren äußern sich in einer unterschiedlichen Lineargeschwindigkeit der beiden Seiten.

Unterschiedliche Reibbeiwerte auf der Schiene – Ist eine Schiene ölverschmutzt (Reibbeiwert μ = 0,1–0,2) und die andere sauber (μ = 0,3–0,5), neigt das Rad auf der niederreibigen Seite zum Durchdrehen, und die Kranbrücke zieht zur Seite mit der höheren Reibung. Diese Situation tritt besonders häufig in mechanischen Werkstätten und in der Nähe von Schmieröl-Stationen auf.

Prinzip der Synchronsteuerung für das Kranfahrwerk

Für die Synchronsteuerung des Brückenfahrwerks hat sich die Master-Slave-Regelung etabliert. Der Master-Umrichter erhält den einheitlichen Geschwindigkeitsbefehl von der SPS und regelt den Motor über den Drehzahlregelkreis. Der Slave-Umrichter bezieht seinen Sollwert nicht direkt von der SPS, sondern übernimmt den Drehzahl-Istwert (P2060) des Masters über den Feldbus als eigenen Sollwert (P2070) – das Prinzip „Der Master gibt den Ton an, der Slave folgt".

Als Kommunikationsverbindung kommt in der Regel Profinet RT (Echtzeitkommunikation, Zyklus 2–4 ms) oder der CANopen Feldbus zum Einsatz. Der Slave-Umrichter muss dafür als „Slave-Folgemodus" konfiguriert werden: Drehzahl-Sollwertquelle auf Feldbus (P1000=6), Slave auf Drehzahlfolge (P1500=1) und den Folgefaktor P1501=1.0 (1:1-Folge) einstellen.

Korrektur im geschlossenen Regelkreis – Für Anwendungen mit höheren Anforderungen an die Synchronität (z. B. Portalhubwerk für Wasserkraftwerk oder Kernkraft, geforderte Abweichung ≤ 5 mm) werden an beiden Kopfträgern Laser-Entfernungssensoren montiert. Diese erfassen die Positionsabweichung der beiden Seiten in Echtzeit und melden sie an die SPS. Überschreitet die Abweichung 10 mm, reduziert die SPS automatisch die Geschwindigkeit des Masters, bis der Slave aufgeschlossen hat; bei einer Abweichung < 3 mm wird die normale Fahrgeschwindigkeit wiederhergestellt. Diese Korrektur im geschlossenen Regelkreis verbessert die Synchronisationsgenauigkeit von ± 20 mm (offener Regelkreis) auf ± 5 mm.

Abweichungs-Korrekturverfahren in 5 Schritten

Die folgende, in der Praxis direkt anwendbare 5-Schritte-Anleitung ist nach zunehmendem Aufwand geordnet. Nach jedem Schritt sollte das Ergebnis verifiziert werden, bevor der nächste Schritt erfolgt.

1. Schritt 1: Frequenzumrichter-Parameter vereinheitlichen – Die Drehzahlregelkreis-Parameter beider Umrichter müssen übereinstimmen: Abweichung bei P1460 (Proportionalbeiwert) ≤ 2, bei P1462 (Nachstellzeit) ≤ 50 ms. Bei Abweichung beide Parameter auf die Werkseinstellung zurücksetzen (S120: P1460=0,3; P1462=100 ms) und anschließend lastabhängig feinjustieren. Zusätzlich die Rampenzeiten für Beschleunigung/Verzögerung (P1120/P1121) angleichen – empfohlen werden 3–5 s für das Kranfahren.
2. Schritt 2: Synchronität der Bremsen prüfen – Die Differenz der Ansprechzeiten beider Bremsen muss ≤ 50 ms betragen. Beim Anfahren: Mit einem Oszilloskop oder einer Hochgeschwindigkeitskamera die Zeit vom Anlegen der Spannung an das Bremsmagnet bis zum vollständigen Öffnen der Bremsbacke messen – die Differenz zwischen beiden Seiten muss ≤ 50 ms sein. Beim Stillsetzen: Zeit vom Abschalten der Spannung bis zum vollständigen Zufallen der Bremsbacke messen – auch hier muss die Differenz ≤ 50 ms sein. Liegt die Zeitdifferenz > 100 ms, erzeugt die zuerst zufallende Bremse ein Bremsmoment, und die Kranbrücke zieht zu dieser Seite. Korrektur: Bei der Backenbremse die Vorspannkraft der Federn beidseitig so einstellen, dass die Differenz des Bremsmoments ≤ 10 % beträgt; bei der hydraulischen Bremse den Hub des Hydrostoßantriebs und den Druck in der Hydraulikleitung prüfen.
3. Schritt 3: Master-Slave-Kommunikation verifizieren – Mit einem Oszilloskop die Signalverläufe von Master-Istwert (P2060) und Slave-Sollwert (P2070) vergleichen. Beide Kurven sollten in Amplitude und Phase nahezu übereinstimmen; eine Abweichung < 2 % gilt als akzeptabel. Bei einer Abweichung > 5 % die Qualität der Profinet-/CANopen-Kommunikationsverbindung prüfen (Status-LEDs, Verlustrate) sowie die Konfiguration P1000/P1500 am Slave. Ist der Slave nicht korrekt auf „Slave-Folgemodus" eingestellt, arbeitet er mit seinem lokalen Sollwert statt mit dem Master-Istwert – die beiden Seiten laufen dann völlig unabhängig, eine Synchronisation ist nicht möglich.
4. Schritt 4: Mechanische Übertragungsdifferenzen messen – Den Leerlaufstrom beider Brückenfahrmotoren messen (sollte im Bereich 30 %–40 % des Nennstroms liegen). Liegt der Strom einer Seite > 50 % über dem Nennstrom, deutet dies auf einen erhöhten mechanischen Widerstand hin – systematisch prüfen: Läuft das Radlager schwergängig (Widerstand beim manuellen Drehen der Radachse)? Ist das Getriebezahnrad in Ordnung (auf ungewöhnliches Geräusch achten)? Ist das Kupplungselastomer verschlissen (Spiel prüfen)? Die Raddurchmesser-Differenz beider Seiten muss ≤ 0,5 mm betragen (Messung mit Bügelmessschraube); bei größerer Abweichung sind die Räder abzudrehen oder zu ersetzen. Ölverschmutzte Schienen mit industriellem Entfetter reinigen, um den Reibbeiwert wieder auf ≥ 0,3 zu bringen.
5. Schritt 5: Dynamische Betriebsprüfung – Drei Hin- und Rückfahrten mit Nenngeschwindigkeit über die gesamte Schienenlänge durchführen. Dabei mit einer Stromzange den Strom beider Brückenfahrmotoren gleichzeitig messen – eine Abweichung ≤ 5 % gilt als akzeptabel. Mit einem Laser-Entfernungsmesser die zurückgelegte Wegstrecke beider Seiten vergleichen – die Wegdifferenz auf 50 m muss ≤ 20 mm betragen. Wird dieser Wert nicht erreicht, zurück zu Schritt 1 und die Prüfung erneut durchlaufen. Für Anwendungen mit höheren Genauigkeitsanforderungen kann durch die Nachrüstung von Laser-Entfernungssensoren eine Korrektur im geschlossenen Regelkreis implementiert werden, die die Synchronabweichung auf ± 5 mm begrenzt.

Technische Parameter für die Synchronisations-Inbetriebnahme im Überblick

Kelude Portalkran – Maßgeschneiderte Lösungen für anspruchsvolle Industrieanwendungen

Kelude Heavy Industry ist auf die Entwicklung und Fertigung von Portalkränen spezialisiert, die nach den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung konzipiert werden. Unser Fokus liegt auf robusten, langlebigen Maschinen, die auch unter extremen Bedingungen zuverlässig arbeiten. Von der Einzelanfertigung bis zur Serienproduktion bieten wir maßgeschneiderte Hebelösungen, die sich durch hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit auszeichnen.

Individuelle Portalkran-Konstruktion nach DIN-Normen

Jeder Portalkran von Kelude wird exakt auf Ihre betrieblichen Abläufe zugeschnitten. Wir berücksichtigen dabei nicht nur die geforderten Lastmomente und Spannweiten, sondern auch die spezifischen Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Staubbelastung. Unsere Konstruktionen entsprechen den einschlägigen DIN-Normen und werden nach strengen Qualitätsrichtlinien gefertigt, um eine maximale Betriebssicherheit und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.

Durch die Anwendung international anerkannter Normen stellen wir sicher, dass unsere Krane nicht nur den lokalen Vorschriften entsprechen, sondern auch den hohen Anforderungen des europäischen Marktes gerecht werden. Dies erleichtert die Integration in bestehende Anlagen und die Zertifizierung für den Einsatz in Deutschland, Österreich und der Schweiz.

Robuste Einzelträger- und Zweiträger-Portalkrane

Das Portfolio von Kelude umfasst sowohl Einzelträger-Portalkrane als auch Zweiträger-Portalkrane. Einzelträger-Krane zeichnen sich durch ihr geringes Eigengewicht und eine kompakte Bauweise aus, was sie ideal für leichtere Lasten und niedrige Hallen macht. Zweiträger-Krane bieten dagegen eine höhere Tragfähigkeit und eine größere Stabilität für schwere Lasten und große Spannweiten. Beide Bauarten sind als stationäre oder mobile Lösungen verfügbar und können mit verschiedenen Hubwerken, Katzfahrwerken und Steuerungssystemen ausgestattet werden.

Explosionsgeschützte Krane für sicheren Betrieb in Ex-Zonen

Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, wie sie in der Chemie-, Petrochemie- oder Pharmaindustrie vorkommen, fertigen wir explosionsgeschützte Portalkrane. Diese Krane sind mit speziellen Komponenten und Schutzmaßnahmen ausgestattet, die eine Zündung der Umgebungsatmosphäre durch elektrische Funken oder heiße Oberflächen zuverlässig verhindern. Die Konstruktion erfolgt gemäß den geltenden Richtlinien für den Explosionsschutz und wird auf die jeweilige Ex-Zone (z. B. Zone 1, Zone 2) abgestimmt.

Wartungsarme Antriebe und präzise Steuerungstechnik

Die Antriebstechnik unserer Krane ist auf Langlebigkeit und geringen Wartungsaufwand ausgelegt. Wir verwenden hochwertige Getriebemotoren und Frequenzumrichter, die ein sanftes Anfahren und präzises Positionieren der Last ermöglichen. Die Steuerung erfolgt über moderne, ergonomische Funkfernbedienungen oder über stationäre Steuerpulte. Auf Wunsch integrieren wir auch intelligente Assistenzsysteme wie Lastmomentbegrenzer oder Kollisionsschutz, um die Sicherheit und Effizienz Ihrer Krananlage weiter zu erhöhen.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Welche Tragfähigkeiten sind bei Kelude-Portalkranen möglich?
A: Die Tragfähigkeit wird individuell nach Ihren Anforderungen ausgelegt. Wir bieten Lösungen von einigen Tonnen bis zu mehreren Hundert Tonnen. Gerne erstellen wir ein unverbindliches Angebot auf Basis Ihrer spezifischen Last- und Geometriedaten.

F: Können die Krane an meine bestehende Hallenstruktur angepasst werden?
A: Ja, unsere Portalkrane sind modular aufgebaut und können in den meisten Fällen an vorhandene Stützen, Schienen oder Fundamente angepasst werden. Unser Ingenieurteam prüft die örtlichen Gegebenheiten und erarbeitet eine passende Lösung.

F: Welche Steuerungsoptionen stehen zur Verfügung?
A: Wir bieten eine breite Palette an Steuerungsoptionen, von klassischen Pendel- und Standsteuerungen über Funkfernsteuerungen bis hin zu halb- oder vollautomatischen Steuerungssystemen mit SPS-Integration. Die Auswahl hängt von Ihren betrieblichen Anforderungen und Sicherheitsvorschriften ab.

F: Wie lange ist die Lieferzeit für einen maßgeschneiderten Portalkran?
A: Die Lieferzeit variiert je nach Komplexität und Auslastung. In der Regel planen wir für Standardanfertigungen eine Lieferzeit von 8 bis 12 Wochen nach technischer Klärung und Auftragsbestätigung ein. Für komplexe Sonderlösungen kann die Zeit entsprechend länger sein.

Einschlägige Normen und Vorschriften für die Kran-Synchronisation

Die Synchronsteuerung des Kranfahrwerks von Portalkränen unterliegt verschiedenen nationalen und branchenspezifischen Regelwerken. Für Inbetriebnahme und Abnahme gelten folgende Normen:

Die Anforderungen an den Bremsweg des Kranfahrwerks basieren auf ISO 4306 (Interpretation der Norm „Krane – Prüfvorschriften"). Bei einer Nenngeschwindigkeit von 40 m/min ist ein Bremsweg von ≤ 2,67 m (Formel v/15) einzuhalten. Das Bremsmoment sollte auf 120 % bis 150 % des Nennwerts eingestellt werden. Die allgemeinen Konstruktions- und Sicherheitsanforderungen für Allzweck-Portalkrane sind in ISO 4306 (Allzweck-Portalkrane, Teil 1) festgelegt, einschließlich der Antriebskonfiguration, der Synchronisationsgenauigkeit und der Prüfverfahren für das Kranfahrwerk.

Die Anforderungen an die Konstruktion und Sicherheit der elektrischen Steuerung sind in EN 60204-32 (Interpretation der Norm „Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Kranen") und IEC 61508 (Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme) definiert. EN 60204-32 legt die funktionalen Anforderungen und Prüfverfahren für elektrische Kransteuerungen fest, während IEC 61508 die Anforderungen an die Sicherheitsintegritätsstufe (SIL) für sicherheitsbezogene Systeme spezifiziert. Wenn die Synchronsteuerung des Krans eine Sicherheits-SPS und Profisafe-Kommunikation umfasst, muss das System die Anforderungen der Sicherheitsintegritätsstufe SIL 2 und darüber erfüllen.

Bei der Synchronisations-Inbetriebnahme ist sicherzustellen, dass beide Antriebsmotoren unter Volllast-Bremsbedingungen den geforderten Bremsweg einhalten. Die Gleichzeitigkeit der Bremsenbetätigung ist die Grundvoraussetzung für die Synchronisation.

In der Praxis sind die Portalkrane von Kelude Schwerindustrie standardmäßig mit einer Master-Slave-Frequenzumrichterregelung ausgestattet. Vor der Auslieferung werden die PI-Parameter der Drehzahlregelkreise beidseitig kalibriert und die Bremsen synchronisiert. Die Inbetriebnahme vor Ort erfordert dann nur noch eine Feinabstimmung basierend auf den Schienenbedingungen.

Häufige Fragen zur Synchronisation von Portalkränen