Kollisionsschutz Kran: Sicherheitsabstand mehrerer Brückenkrane
📋 Kernzusammenfassung
Beim gleichzeitigen Betrieb mehrerer Krane auf derselben Schiene ist der Kollisionsschutz-Sicherheitsabstand eine zwingend zu quantifizierende Sicherheitsgrenze. Er setzt sich aus drei Komponenten zusammen: Bremsweg, Pufferweg und Sicherheitsmarge. Dabei ist der Bremsweg die dominierende Größe – er ergibt sich aus dem Quadrat der Fahrgeschwindigkeit geteilt durch die doppelte Bremsverzögerung. Dieser Beitrag liefert den vollständigen Berechnungsweg samt Verifikationsbeispiel und erläutert die gestufte Bremslogik für das Ausweichen mehrerer Brückenkrane – von der Verzögerungszone bis zur Stoppzone wird schrittweise verschärft, damit jede Annäherung eine klare numerische Untergrenze hat statt Schätzung per Augenmaß und Glück.
Wenn sich zwei Brückenkrane auf derselben Schiene einander nähern, kann kein Kranführer die Position der abgestürzten Last des anderen erkennen. Bis man aus dem Führerhaus den Fahrgestellrahmen des Gegenkrans sieht, bleiben oft nur ein bis zwei Sekunden für die Bremsung. In Stahlwerken, Werften und großen Lagerhallen spielt sich diese Szene fast täglich ab.
Bei den meisten Antikollisionssystemen in Betrieben sind Montageposition und eingestellter Abstand nach Gefühl gewählt – manche verwenden zwei Endschalter als Kollisionsschutz, andere setzen die Alarmdistanz des Laser-Entfernungsmessers auf einen willkürlich gewählten Wert. Das eigentliche Problem: Der Sicherheitsabstand lässt sich berechnen, doch kaum jemand tut es.
Dieser Beitrag rechnet das Thema systematisch durch. Bei der intelligenten Modernisierung mehrerer Brückenkrane auf derselben Schiene durch Kelude Schwerindustrie steht stets an erster Stelle die klare Berechnung des Sicherheitsabstands – erst danach stellt sich die Frage, welche Sensoren verbaut und welche Ausweichlogik eingesetzt wird.
Warum Sicherheitsabstände bei mehreren Kranen quantifiziert werden müssen
In Rohstoff- und Fertigwarenhallen von Stahlwerken, in Segmentlagerplätzen von Werften und in großen Lagerhallen arbeiten häufig zwei oder mehr Brückenkrane auf derselben Schiene. Eine Kollision zwischen Kranen beschädigt im besten Fall Kopfträger, Puffer und Stahlkonstruktion – im schlimmsten Fall stürzt die Last ab und verletzt Personen am Boden. Um den Kollisionsschutz von „Gefühl" auf „Zahlen" umzustellen, müssen zunächst drei Randbedingungen geklärt werden.
Randbedingung eins ist die Fahrgeschwindigkeit. Die Kranfahrgeschwindigkeit von Brückenkranen liegt üblicherweise zwischen 20 und 120 m/min, bei mittleren und großen Kranen häufig bei 60 bis 90 m/min. Dieser Wert bestimmt unmittelbar die Größenordnung des Bremswegs.
Randbedingung zwei ist die Bremsverzögerung. Sie wird durch das Bremsmoment der Bremse und die Trägheit des Kranfahrwerks bestimmt. In der Praxis werden 0,3 bis 0,5 m/s² angesetzt – ein zu niedriger Wert verlängert den Bremsweg, ein zu hoher Wert verursacht Bremsstöße und Lastpendeln.
Randbedingung drei ist die Erkennung und Reaktion. Vom Erkennen des Ziels durch das Kollisionsschutzsystem bis zum Ausgeben des Bremsbefehls vergehen Sensorabtastung, Datenübertragung und Mechanikreaktion. Diese Latenz multipliziert mit der Fahrgeschwindigkeit ergibt einen Teil der vorzuhaltenden Sicherheitsmarge.
Die Festlegung dieser Randbedingungen findet sich in ISO 23812:2021 „Intelligentes Kollisionsschutzsystem für Krane" und in DIN 15018 / EN 13000 – Sicherheitsvorschriften für Hebezeuge – Erstere regelt Funktion und Leistung intelligenter Kollisionsschutzsysteme, Letztere die Pflicht zur Ausrüstung mit Kollisionsschutz als Schutzeinrichtung.
Sicherheitsabstand aus drei Komponenten: Bremsweg, Pufferweg und Sicherheitsmarge
Der Kollisionsschutz-Sicherheitsabstand ist keine willkürliche Zahl, sondern die Summe dreier Komponenten: Bremsweg, Pufferweg und Sicherheitsmarge. Ihre Größenordnungen und Berechnungsmethoden unterscheiden sich grundlegend – ihre Vermischung ist die Hauptursache der meisten Fehleinschätzungen vor Ort.
Der Bremsweg ist dabei die dominierende Größe. Er ergibt sich aus der klassischen Formel der gleichmäßig verzögerten Bewegung: S = v²/2a. Dabei ist v die Fahrgeschwindigkeit (Einheit m/s) und a die Bremsverzögerung (Einheit m/s²). Achtung bei der Einheitenumrechnung – vor Ort wird „60 m/min" gesagt, doch vor dem Einsetzen in die Formel muss m/min durch 60 geteilt werden, um m/s zu erhalten. Ein Fehler an dieser Stelle führt zu Abweichungen um mehrere Größenordnungen.
Der Pufferweg entspricht dem Hub des Puffers. Die an den Kopfträgern montierten Polyurethan- oder Hydraulikpuffer absorbieren die Aufprallenergie im Moment des Aufpralls durch Kompression. Dieser Hub liegt üblicherweise zwischen 0,1 und 0,3 m. Die Pufferauswahl kann nach ISO 10245 – Puffer für Krane erfolgen.
Die Sicherheitsmarge ist die letzte Absicherung. Sie deckt Sensor-Messfehler, Kommunikationslatenz, Mechanikreaktionszeit und die Reaktionszeit des Kranführers ab. Sie wird nicht berechnet, sondern betriebszustandsabhängig geschätzt und in der Praxis meist mit 0,5 bis 1,0 m angesetzt. DIN 15018 – Krandimensionierungsnorm stellt klare Anforderungen an die Bremsleistung des Kranfahrwerks; die gewählte Bremsverzögerung muss damit übereinstimmen.
Verifikationsbeispiel bei 60 m/min Kranfahrgeschwindigkeit
Nachfolgend eine vollständige Überprüfung mit der häufigsten Kranfahrgeschwindigkeit von 60 m/min. 60 m/min entsprechen 1,0 m/s. Bei einer Bremsverzögerung von 0,4 m/s² ergibt sich der Bremsweg aus S = v²/2a.
Bremsweg = 1,0² ÷ (2 × 0,4) = 1,25 m. Mit einem Pufferweg von 0,2 m und einer Sicherheitsmarge von 0,8 m ergibt die Summe der drei Komponenten einen Kollisionsschutz-Sicherheitsabstand von etwa 2,25 m für diesen Kran.
Diese 2,25 m bedeuten: Sobald der Abstand zwischen zwei Kranen unter 2,25 m fällt, kann selbst bei sofortiger Bremsung nicht mehr vor dem Kontakt gestoppt werden. Die Alarmdistanz des Kollisionsschutzsystems muss daher größer als 2,25 m sein – in der Praxis wird üblicherweise auf über 3 m aufgerundet, um Reserve zu schaffen.
Kelude Schwerindustrie berechnet bei der Projektauslegung jeden Geschwindigkeitsbereich einzeln durch und fasst die Ergebnisse in Tabellen zusammen, die dem Inbetriebnahme-Personal vor Ort übergeben werden – so wird vermieden, dass Abstände nach Erfahrung geschätzt werden. Die Gegenüberstellung der Bremswege bei verschiedenen Geschwindigkeitsstufen zeigt die folgende Tabelle.
| Fahrgeschwindigkeit（m/min） | UmrechnungGeschwindigkeit（m/s） | Bremsverzögerung（m/s²） | Bremsweg（m） |
|---|---|---|---|
| 20 | 0.33 | 0.40 | 0.14 |
| 40 | 0.67 | 0.40 | 0.56 |
| 60 | 1.00 | 0.40 | 1.25 |
| 90 | 1.50 | 0.40 | 2.81 |
| 100 | 1.67 | 0.40 | 3.47 |
| 120 | 2.00 | 0.40 | 5.00 |
| 150 | 2.50 | 0.40 | 7.81 |
Gestaffelte Bremslogik für das Ausweichen mehrerer Brückenkrane: Verzögerungszone, Stoppzone und Priorität richtig festlegen
Sind die Sicherheitsabstände für einen einzelnen Brückenkran berechnet, kommt bei mehreren Kränen eine weitere Logik hinzu – die gestaffelte Bremsung. Der Abstand zwischen zwei Kränen wird anhand des Sicherheitsabstands in drei Zonen unterteilt, sodass die Reaktion umso stärker ausfällt, je näher sich die Kränen kommen. So lassen sich die Stöße vermeiden, die ein sofortiger Not-Halt verursachen würde.
Stufe eins ist die Verzögerungszone: Liegt der Abstand über dem doppelten Sicherheitsabstand, läuft der Betrieb normal weiter.
Stufe zwei ist die Verzögerungszone: Verringert sich der Abstand auf einen Wert zwischen dem einfachen und dem doppelten Sicherheitsabstand, wird die Fahrgeschwindigkeit der Kranbrücke auf 50 % des Nennwerts reduziert.
Stufe drei ist die Stoppzone: Unterschreitet der Abstand den Sicherheitsabstand, wird sofort gebremst und angehalten.
Auch die Priorität beim Ausweichen muss vorab definiert werden. Ein Kran mit Last hat Vorrang vor einem im Leerlauf, ein in Fahrtrichtung vorderer Kran passiert zuerst, und bei Kränen auf kreuzenden Schienen gilt das Prinzip, dass der Hauptschiene Vorrang gewährt wird. Sind diese Prioritäten erst im SPS-Programm hinterlegt, hängt der Kollisionsschutz nicht mehr von der spontanen Entscheidung des Bedieners ab.
Der technische Leiter von Kelude Schwerindustrie wies darauf hin: „Der berechnete Sicherheitsabstand ist nur der erste Schritt. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, die Schwellwerte der gestaffelten Bremsung und die Prioritäten ins SPS-Programm zu schreiben, damit der Kran diese Grenze auch ohne Eingreifen des Bedieners einhält."
GB/T 28264 — Sicherheitsüberwachungs- und Managementsystem verlangt die Echtzeitüberwachung und Aufzeichnung von Sicherheitszuständen wie dem Kollisionsschutz. Auch die Ausweichbewegungen mehrerer Brückenkrane werden vom System gespeichert und dienen der späteren Rückverfolgbarkeit.
Das Umbaukonzept von Kelude Schwerindustrie verbindet die Schwellwerte der gestaffelten Bremsung und die Prioritätsregeln mit dem Überwachungssystem, sodass mehrere Brückenkrane auf derselben Schiene auch ohne Eingreifen des Bedieners geordnet ausweichen. Die den einzelnen Geschwindigkeitsstufen zugeordneten Sicherheitsabstände sind nachfolgend zusammengefasst.
| GeschwindigkeitStufe（m/min） | Bremsweg（m） | PufferEntfernung+Sicherheitsmarge（m） | SicherheitsabstandGesamt（m） |
|---|---|---|---|
| 40 | 0.56 | 1.0 | 1.56 |
| 60 | 1.25 | 1.0 | 2.25 |
| 90 | 2.81 | 1.0 | 3.81 |
| 120 | 5.00 | 1.0 | 6.00 |
📖 Weiterführende Literatur: Auswahl explosionsgeschützter Krane: Explosionsschutzklasse und Einsatzumgebung richtig abstimmen | Wartungskosten und Auswahlkriterien: Drei-in-Eins-Getriebe versus Getriebe in geteilter Bauweise
Häufige Fragen zum Kollisionsschutz
F: Wo liegen die Erkennungsblindzonen bei Laser-Entfernungsmessung bzw. Encoder-Positionierung?
A: Die Laser-Entfernungsmessung erreicht eine Genauigkeit von ±2 mm, wird jedoch durch Staub, Regen und Nebel beeinträchtigt und verliert bei direkter Sonneneinstrahlung einzelne Messwerte. Die Encoder-Positionierung liegt bei etwa ±5 mm und ist witterungsunabhängig, erfasst aber nur die eigene Position und kann einen entgegenkommenden Brückenkran nicht direkt wahrnehmen. Beide Verfahren werden daher häufig in Verbindung verwendet: Der Encoder liefert die exakten Koordinaten, der Laser übernimmt die Nachprüfung im Nahbereich.
F: Wie groß sollte die Sicherheitsmarge beim Sicherheitsabstand sein, und gibt es dafür eine Norm?
A: Der Bremsweg wird rechnerisch ermittelt, während die Sicherheitsmarge Messfehler, Latenz der drahtlosen Kommunikation und die Reaktionszeit des Bedieners abdecken muss. In der Praxis werden häufig 0,5 bis 1,0 m angesetzt. Eine Reaktionszeit von 0,2 s multipliziert mit einer Fahrgeschwindigkeit von 1,0 m/s ergibt 0,2 m, hinzu kommen Messfehler und ein konservativer Koeffizient. Das Antikollisionssystem muss innerhalb der Gefahrendistanz zuverlässig auslösen; die konkreten Werte sind durch Messung vor Ort zu bestätigen.
F: Mit welchen Kosten ist die Nachrüstung eines Kollisionsschutzsystems an einem 20-t-Brückenkran verbunden?
A: Für ein einzelnes Laser-Entfernungsmesssystem inklusive Montage & Inbetriebnahme liegen die Kosten üblicherweise zwischen etwa 1.300 EUR und 2.600 EUR. Ein Ausweichsystem für mehrere Krane auf derselben Schiene erfordert zusätzlich Kommunikationsvernetzung und SPS-Programmierung und ist entsprechend aufwendiger. Das Angebot von Kelude für Umbauten richtet sich nach dem tatsächlichen Betriebszustand, der Anzahl der Schienen und dem gewünschten Funktionsumfang; maßgeblich ist der tatsächliche Vertrag.
F: Kann Kelude die Kollisionsschutznachrüstung für mehrere Krane auf derselben Schiene als Komplettpaket liefern?
A: Bei wenigen Kranen und geringer Fahrgeschwindigkeit genügt zunächst Laser-Entfernungsmessung mit abgestufter Bremsung. Sind mehrere Krane gekoppelt und ist automatisches Ausweichen gefordert, kommen Encoder-Positionierung und drahtlose Kommunikationsvernetzung zum Einsatz. Kelude liefert passende Kollisionsschutz- und Modernisierungslösungen für Doppelträgerkrane nach europäischer Norm von 50 t bis 300 t, ausgelegt auf den jeweiligen Betriebszustand vor Ort.
