Bremsenauswahl für Brückenkrane: Bremsmoment & Sicherheitsfaktor
Die elektromagnetische Bremse ist die letzte Sicherheitsbarriere des Krans – das entscheidende Kriterium bei der Auswahl ist, dass das Bremsmoment mindestens dem 1,5-fachen Drehmoment der Nennlast entspricht. Für das Hubwerk gilt ein Sicherheitsfaktor K ≥ 1,5 (bei metallurgischen Anwendungen K ≥ 1,75). Zusätzlich ist eine Einzelprüfung gemäß GB/T 22414-2008 „Technische Anforderungen an Bremssysteme für Kranhubwerke“ sowie den einschlägigen Anforderungen der Vorschrift TSG 51-2023 durchzuführen.
Die Kranbremse ist die wichtigste Sicherheitseinrichtung im Hubwerk und im Fahrwerk – sie schützt direkt Personen und Anlagentechnik. Bei Kelude Schwerindustrie wird die Bremsenauswahl im Rahmen der Kranauslegung als oberste sicherheitstechnische Prüfposition behandelt. Alle werksseitig ausgelieferten Anlagen werden mit einem Bremssystem konfiguriert, das mindestens den in der Norm DIN 15018 geforderten Sicherheitsfaktoren entspricht. Gemäß GB/T 24811 „Bremsen für Krane“ und DIN 15018 muss das Hubwerk mit zwei unabhängigen Bremsen ausgestattet sein – einer Betriebsbremse und einer Notbremse. Fällt eine der beiden Bremsen aus, muss die andere die Nennlast eigenständig abbremsen können. Für das Fahrwerk gilt, dass die Bremse das Fahrwerk nach dem Abschalten des Antriebs innerhalb der vorgeschriebenen Distanz zum Stillstand bringen muss.
In der heutigen Kranindustrie werden im Wesentlichen vier Bremstypen eingesetzt: elektromagnetische Trommelbremsen (Baureihen MW/YWZ), elektromagnetische Scheibenbremsen (Typen SEW/LENZE), Schubstangenbremsen mit Hydrostoßantrieb (Baureihe YWZ3) sowie Wirbelstrombremsen als Hilfsbremssysteme. Diese Typen unterscheiden sich in Reaktionszeit, Bremsmomentbereich, zulässiger Triebwerksgruppe sowie Montage- und Wartungsaufwand. Bei der Auswahl sind die Triebwerksgruppe des Krans, die Tragfähigkeit und die Fahrgeschwindigkeit gemeinsam zu bewerten.
Elektromagnetische Bremsen: Funktionsprinzip und Bauarten
Die elektromagnetische Trommelbremse ist der am weitesten verbreitete Bremstyp bei Brückenkranen. Das Funktionsprinzip: Der Elektromagnet zieht bei Bestromung an und gibt bei Abschaltung frei; über Federkraft werden die Bremsbacken gegen die Bremsscheibe gepresst und erzeugen so die Bremswirkung. Der Bremsmomentbereich liegt bei 100–5.000 N·m, die Reaktionszeit bei ≤ 300 ms (bei Gleichstromversorgung). Geeignet ist dieser Typ für Hubwerke und Kranfahrwerke der Triebwerksgruppen A3 bis A7 bei QD-Zweiträgerkranen und LH-Kranen mit Elektroseilzug. Vorteile: kompakte Bauweise und stabiles Bremsmoment. Nachteile: Der Reibbelag muss regelmäßig erneuert werden; bei Hochtemperaturumgebung nimmt das Bremsmoment spürbar ab.
Die elektromagnetische Scheibenbremse arbeitet mit mehreren Reibscheiben, die axial verspannt werden. Sie ist kompakter als die Trommelbremse und spricht schneller an (< 100 ms); das Bremsmoment liegt bei 5–800 N·m. Hauptanwendungen sind der Elektroseilzug europäischer Bauart sowie der Hubmotor von LD-Einzweiträgerkranen (Kegelläufermotor mit integrierter Bremse). Auch in SEW- und LENZE-Getriebemotoren wird dieser Bremstyp häufig eingesetzt. Aufgrund der vergleichsweise kleinen Reibfläche ist die Einsatzzgrenze auf die Triebwerksgruppen A3 bis A5 beschränkt; für häufige Start-Stopp-Betriebe ist sie nicht geeignet.
Die Schubstangenbremse mit Hydrostoßantrieb betätigt die Bremsbacken über einen Hydraulikzylinder. Das Bremsmoment erreicht problemlos 500–25.000 N·m und eignet sich damit für schwere Hubwerke von QD-Zweiträger-Brückenkranen, Metallurgiekranen und Gießkränen der Triebwerksgruppen A6 bis A8. Das hydraulische System arbeitet mit weichem, stoßarmem Öffnen der Bremse und reduziert so mechanische Stöße. Nachteilig sind der regelmäßige Hydraulikölwechsel und die Kontrolle der Leitungsabdichtung; bei Tieftemperatureinsatz ist ein entsprechend kältebeständiges Hydrauliköl erforderlich.
Die Wirbelstrombremse erzeugt das Bremsmoment über elektromagnetische Induktion – ohne mechanischen Kontakt und ohne Reibverschleiß. Die Reaktionszeit ist extrem kurz (< 50 ms); eingesetzt wird sie vor allem als Hilfsbremse für präzises Positionieren und für die Verzögerung bei Schnelllaufkränen. Da das Wirbelstrommoment mit abnehmender Drehzahl gegen null geht, ist sie als alleinige Sicherheitsbremse nicht zulässig und muss immer mit einer mechanischen Bremse kombiniert werden.
Bremsmoment berechnen: Formel und Praxiswerte
Die Berechnung des Bremsmoments für die Hubwerkbremse ist der Kern der Auswahlprüfung. Nach Abschnitt 5.3.2 der Norm DIN 15018 muss das Bremsmoment der Betriebsbremse im Hubwerk folgende Grundbedingung erfüllen: Das von der Bremse erzeugte Bremsmoment Mb darf nicht kleiner sein als das statische Moment Ms der Nennlast an der Bremswelle, multipliziert mit dem Sicherheitsfaktor K. Die grundlegende Berechnungsformel lautet:
Mb = K × Ms = K × (Q × g × D) / (2 × n × i × η)
Dabei gilt:
Mb – erforderliches Mindestbremsmoment (N·m)
Q – Nenntragfähigkeit (kg), einschließlich Eigengewicht des Lastaufnahmemittels
D – Trommeldurchmesser (m)
n – Seilübersetzung
i – Getriebeübersetzung
η – Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs (üblicherweise 0,85–0,92)
K – Sicherheitsfaktor der Bremse (Hubwerk K ≥ 1,5; metallurgische Anwendungen K ≥ 1,75)
Für das Kranfahrwerk und das Katzfahrwerk muss das Bremsmoment so ausgelegt sein, dass das Fahrwerk innerhalb der vorgeschriebenen Bremsdistanz zum Stillstand kommt. Die Bremsdistanz wird gemäß Anhang B der Norm DIN 15018 bemessen; üblicherweise wird der 1/15- bis 1/20-fache Wert der Fahrgeschwindigkeit als Auslegungs-Bremsweg angesetzt. Der Sicherheitsfaktor K für Fahrwerkbremsen liegt in der Regel bei 1,25–1,5.
Sicherheitsfaktor und Auswahlprüfung der Bremse
Der Sicherheitsfaktor K ist der wichtigste Parameter bei der Auswahlprüfung. Die Anforderungen unterscheiden sich je nach Einsatzort der Bremse an derselben Krananlage. Das Hubwerk unterliegt den strengsten Anforderungen, da hier direkt Personensicherheit betroffen ist: K ≥ 1,5 im Normalbetrieb, K ≥ 1,75 beim Umschlag von geschmolzenem Metall in metallurgischen und Gießereianwendungen sowie K ≥ 2,0 für Sonderanwendungen wie Kernkraftwerke. Für die Fahrwerke gelten geringere Faktoren: Kranfahrwerk K ≥ 1,25, Katzfahrwerk K ≥ 1,25–1,5.
Das technische Team von Kelude Schwerindustrie empfiehlt die Auswahlprüfung in vier Schritten: Erstens, Berechnung des erforderlichen Mindestmoments Ms an der Bremswelle aus Nennlast und Mechanismenparametern. Zweitens, Bestimmung des Sicherheitsfaktors K nach Einsatzbedingung und Berechnung des Auslegungs-Bremsmoments Mb = K × Ms. Drittens, Auswahl des Bremsentyps aus dem Produktkatalog, dessen Nennmoment ≥ Mb ist. Viertens, Prüfung der Wärmekapazität und der Lebensdauer des Reibbelags gemäß Triebwerksgruppe (Anzahl der Bremsungen pro Stunde und Bremsarbeit).
Zusätzlich sind der Einbauraum und die Schnittstellenkompatibilität zum Motor zu prüfen. Bei Elektroseilzügen europäischer Bauart (z. B. Typen CD1, MD1) ist die Bremse in der Regel in den Kegelläufermotor integriert; die Auswahl erfolgt direkt über die Motortype. Bei QD-Zweiträgerkranen mit unabhängiger Bremse müssen Bremsscheibendurchmesser, Wellenabmessungen und Ankerlochabstände auf Übereinstimmung geprüft werden.
Bremsenauswahl: Parametertabelle für gängige Krantypen
Die folgende Übersicht zeigt empfohlene Bremstypen und Kernparameter für gängige Tragfähigkeiten und Krantypen als schnelle Referenz bei der Auswahl:
Kelude Portalkran – Maßgeschneiderte Lösungen für die Industrie
Kelude Heavy Industry (im Folgenden „Kelude“) hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von Portalkränen spezialisiert. Unser Sortiment umfasst eine breite Palette an Modellen, darunter ein- und zweiträgerige Ausführungen, Vollportalkrane, Halbportalkrane sowie Auslegerkrane. Diese werden gemäß den Anforderungen der DIN 15018 und weiterer einschlägiger Normen konstruiert und gefertigt. Die Krane zeichnen sich durch eine robuste Bauweise, einfache Bedienung und hohe Zuverlässigkeit aus und bieten eine Tragfähigkeit von bis zu 300 Tonnen bei Spannweiten bis zu 40 Metern. Sie eignen sich ideal für den Einsatz in Werkhallen, Lagerbereichen, Häfen und auf Baustellen.
Montage & Inbetriebnahme: Bremswartung für Krane
Die Montagequalität der Bremse wirkt sich direkt auf die Bremsleistung und die Anlagensicherheit aus. Bei der Montage ist sicherzustellen, dass die Koaxialitätsabweichung zwischen Bremsscheibe und Bremse 0,1 mm nicht überschreitet und die Kontaktfläche zwischen Bremsbacke und Bremsscheibe mindestens 80 % beträgt. Der anfängliche Spalt zwischen Reibbelag und Bremsscheibe ist streng nach den Vorgaben der Produktdokumentation einzustellen – bei elektromagnetischen Trommelbremsen üblicherweise 0,5–0,8 mm, bei Hydraulik-Stoßbremsen 0,8–1,2 mm und bei Scheibenbremsen 0,3–0,5 mm.
In der Inbetriebnahmephase sind Bremsprüfungen im Leerlauf und unter Nennlast durchzuführen (jeder werksseitig ausgelieferte Kran von Kelude wird einzeln nach dieser Norm geprüft), um zu verifizieren, dass Bremsweg und Absenkweg den Anforderungen der Vorschrift TSG 51-2023 entsprechen. Beim Halten der Nennlast am Hubwerk darf der Absenkweg der Last 1/100 der Nenn-Hubgeschwindigkeit nicht überschreiten (maximal 200 mm). Beim Fahrwerk darf der Bremsweg bei Nenngeschwindigkeit die zulässige Abweichung von ±15 % des Auslegungswerts nicht überschreiten.
| Wartungspunkt | Prüfintervall | Technische Anforderungen | Beurteilungskriterien | Anmerkung |
|---|---|---|---|---|
| ReibbelagDicke | Sichtprüfung pro Schicht / Wöchentliche Messung | Dicke≥der ursprünglichen Dicke50% | <50%Sofortiger Austausch | Ultraschall-Dickenmessgerät |
| Bremsspiel | WöchentlichEinstellung | Trommel-0.5~0.8mm / Scheiben-0.3~0.5mm | Grenzwertüberschreitung±20%d.h.Einstellung | Fühlerlehrenmessung |
| HydraulikölQualität | Vierteljährlich | Wassergehalt<0.1% / ReinheitsgradNAS (australische Norm)≤10Leichte Klasse | Bei Grenzwertüberschreitung Öl sofort wechseln | YWZ3Baureihenhinweis |
| FederVorspannung | Halbjährlich | GemessenDrehmoment≥Nenn-Drehmomentder ursprünglichen Dicke90% | <90%Sofortiger AustauschFeder | DrehmomentSchlüsselErkennung |
| elektrische Verdrahtung | Vierteljährlich | Isolationswiderstand≥1MΩ | Bei Unterschreitung Trocknungsbehandlung | 500VIsolationsmessgerät |
| BremsscheibeOberfläche | Halbjährlich | OberflächeRauheitRa≤3.2μm | Rille>0.5mmDrehenInstandsetzung | RauheitMessgerät |
Technische Berechnung: Auswahl und Nachweis von Kranbremsen
Berechnungsbeispiel 1: Nachweis der Hubwerkbremse eines Einträgerkrans LD-Typ, 5 t
Gegeben: Nenntragfähigkeit Q=5000 kg, Eigengewicht des Lastaufnahmemittels ca. 150 kg, Trommeldurchmesser D=0,3 m, Seilübersetzung n=2, Getriebeübersetzung i=58, Wirkungsgrad η=0,88, Triebwerksgruppe A4. Berechnung des statischen Drehmoments: Ms=(5150×9,8×0,3)/(2×2×58×0,88)=74,2 N·m. Mit Sicherheitsfaktor K=1,5 ergibt sich ein erforderliches Bremsmoment Mb=111,3 N·m. Laut Katalog des CD1-5t-Elektroseilzugs mit Bremsmotor beträgt das Nennbremsmoment 150 N·m – die Anforderung ist damit erfüllt.
Berechnungsbeispiel 2: Auswahl der Hubwerkbremse für einen Zweiträger-Brückenkran QD-Typ, 32 t
Gegeben: Q=32000 kg (inkl. Lastaufnahmemittel), D=0,65 m, n=4, i=105, η=0,90, Triebwerksgruppe A6. Ms=(32000×9,8×0,65)/(2×4×105×0,90)=269,7 N·m. Für die Gruppe A6 gilt K=1,5, somit Mb=404,5 N·m. Gewählt wird eine elektromagnetische Trommelbremse MW-500 mit einem Nennbremsmoment von 500 N·m (Einstellung auf die Stufe 450 N·m). Zusätzlich erfolgt die Überprüfung der Wärmekapazität der Bremse: Bei 12 Bremsungen pro Stunde und einer Bremsarbeit von 4,2 kJ pro Bremsung liegt der zulässige Wert des Produkts bei 6,5 kJ pro Bremsung – die Anforderung ist erfüllt.
Berechnungsbeispiel 3: Hubwerkbremse eines Metallurgiekrans, 50 t – Nachweis mit erhöhtem Sicherheitsfaktor
Für den Metallurgiebetrieb ist ein Sicherheitsfaktor von K≥1,75 anzusetzen. Q=50000 kg, D=0,8 m, n=6, i=160, η=0,88. Ms=(50000×9,8×0,8)/(2×6×160×0,88)=232,5 N·m. Mit K=1,75 ergibt sich Mb=406,9 N·m. Zum Einsatz kommt eine Hydraulik-Stoßbremse YWZ3-500/125 mit einem Nennbremsmoment von 630 N·m. Gemäß Vorschrift TSG 51-2023 wird zusätzlich eine Notbremse (Scheibenbremse DB-250, direkt auf der Trommelstirnseite wirkend) gefordert, um eine redundante Bremsung zu gewährleisten.
≥1,75 (Metallurgie)
≥1,5 (Laufkatze)
Trommelbremse ≤300 ms
Scheibenbremse 5.000–8.000 Zyklen
Hydraulisch −30 bis +80 °C
Trommelbremse A3–A7
Hydraulik A6–A8
Häufige Fragen zu Kranbremsen
F: Elektromagnetische Trommelbremse oder Hydraulik-Stoßbremse – welche ist für die Triebwerksgruppe A6–A8 die richtige Wahl?
A: Die schweren Arbeitsweisen der Gruppen A6–A8 erfordern Bremsen mit hoher Schalthäufigkeit und großer Wärmekapazität. Die Hydraulik-Stoßbremse ist der elektromagnetischen Trommelbremse in diesen Betriebsbereichen deutlich überlegen: Das hydraulische System bietet eine bessere Wärmeableitung (die Wärmekapazität erreicht das 1,5- bis 2-Fache einer elektromagnetischen Bremse) und das Bremsmoment unterliegt keiner elektromagnetischen Abschwächung. Bei Gruppe A6 ist die elektromagnetische Trommelbremse noch einsetzbar, jedoch muss die kumulierte Bremsarbeit pro Stunde gesondert nachgewiesen werden; gegebenenfalls ist eine Zwangsbelüftung erforderlich.
F: Ab welchem Verschleißgrad muss der Reibbelag der Bremse ausgetauscht werden?
A: Ein sofortiger Austausch ist zwingend erforderlich, sobald die Restdicke des Reibbelags unter 50 % der ursprünglichen Dicke fällt (gemäß Abschnitt 6.3 der Norm GB/T 22414-2008). In der Praxis empfiehlt sich die Einführung einer Verschleißüberwachung: Messen und dokumentieren Sie die Belagdicke monatlich. Steigt die Verschleißrate plötzlich an (mehr als 0,1 mm/Monat), sollte der Belag vorzeitig getauscht werden. Beim Austausch immer alle Reibbeläge derselben Bremse paarweise erneuern, um ein gleichmäßiges Bremsmoment auf beiden Seiten sicherzustellen.
F: Wie wird das Bremsspiel der Elektroseilzugbremse im täglichen Betrieb geprüft und eingestellt?
A: Das Bremsspiel des Kegelrotor-Bremsmotors beträgt standardmäßig 0,5–1,5 mm (gemessen mit Fühlerlehre). Einstellschritte: Hintere Abdeckung demontieren, Sicherungsmutter lösen, Einstellmutter im Uhrzeigersinn drehen, um die Bremskraft zu erhöhen, gegen den Uhrzeigersinn verringern, bis die Last bei Leerlauf nicht von selbst absinkt. Der Absenkweg bei Nennlast darf ≤ 80 mm betragen (gemäß Abnahmestandard Vorschrift TSG 51-2023). Anschließend Sicherungsmutter festziehen und mit Sicherungsscheibe fixieren. Bei einer Bremsbelagdicke von weniger als 3 mm muss die Bremse ersetzt werden.
F: Wie lässt sich die verzögerte Bremsöffnung der Hydraulik-Stoßbremse im Winter eingrenzen?
A: Die Hauptursache für die verzögerte Bremsöffnung im Winter ist die erhöhte Viskosität des Hydrauliköls bei niedrigen Temperaturen (unter –10 °C). Dies äußert sich darin, dass die Bremse erst 0,5–2 Sekunden nach Betätigung des Startknopfs öffnet. Vorgehensweise zur Fehlersuche: Erstens die Hydrauliköl-Spezifikation prüfen – in nördlichen Regionen muss unbedingt L-HV 32 oder L-HV 46 als Kälte-Hydrauliköl verwendet werden (Stockpunkt ≤ –39 °C). Zweitens die Öltemperatur im Hydraulikaggregat messen; liegt sie unter –10 °C, ist eine elektrische Heizung nachzurüsten (Leistung geschätzt nach Tankvolumen × 0,5 kW/L). Drittens den Wassergehalt des Hydrauliköls prüfen (Karl-Fischer-Methode; bei > 0,1 % Wassergehalt ist ein Ölwechsel zwingend erforderlich). Viertens: Sind Luftblasen im Ölkreislauf vorhanden, muss entlüftet und die Abdichtung der Saugleitung kontrolliert werden. Die Metallurgiekran-Projekte von Kelude Schwerindustrie sind serienmäßig mit einem Niedertemperatur-Heizsystem für das Hydraulikaggregat ausgestattet, das eine Reaktionszeit der Bremse von ≤ 300 ms auch bei –30 °C Umgebungstemperatur gewährleistet.
