Das Sicherheitssteuerungssystem eines Brückenkrans bildet die letzte Verteidigungslinie für Anlagen- und Personensicherheit. Es führt unabhängig von der Standard-PLC-Bewegungssteuerung eine SIL3-Sicherheitslogik aus, kommuniziert über PROFIsafe mit Frequenzumrichtern und sicheren I/Os und realisiert bei Gefahrensituationen wie Not-Halt, Übergeschwindigkeit, Endlagenüberschreitung und Lastrutschen eine Sicherheitsreaktion innerhalb von 20 ms. Kelude Schwerindustrie hat auf Basis der Siemens S7-1500F-Sicherheits-CPU eine standardisierte Steuerungsarchitektur aufgebaut, die vier Sicherheitsfunktionen umfasst: Sichere Drehmomentabschaltung (STO), Sichere Geschwindigkeitsbegrenzung (SLS), Sicherheitsbremssteuerung (SBC) und Sichere Bewegungsrichtung (SDI). Dieser Beitrag beschreibt den gesamten Engineering-Prozess – von Systemdesign, Hardwareauswahl und Sicherheitslogik-Programmierung bis hin zur Abnahme und Inbetriebnahme.

Sicherheitsarchitektur und SIL-Einstufung im Überblick

Das Kran-Sicherheitssteuerungssystem folgt den Normen IEC 61508 und DIN EN ISO 13849-1 (Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen). Das Auslegungsziel ist Sicherheitsintegritätslevel SIL3 (Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Versagens pro Stunde unter 10⁻⁷). Die Systemarchitektur trennt konsequent zwischen einer unabhängigen Sicherheitsebene und der Standard-Steuerungsebene: Die Standard-Steuerungsebene führt die Bewegungssteuerung über eine S7-1500-CPU (z. B. 1513-1 PN) aus, während die Sicherheitsebene mit einer S7-1500F-Sicherheits-CPU (z. B. 1515F-2 PN oder 1517F-3 PN/DP) die Sicherheitslogik unabhängig betreibt. Beide Ebenen koexistieren über PROFIsafe im selben PROFINET-Netzwerk.

Kelude ist ein führender Hersteller von Industriekranen mit über 20 Jahren Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von Hebezeugen. Unser Sortiment umfasst Brückenkrane, Portalkrane, Auslegerkrane sowie Elektroseilzüge und deckt ein breites Spektrum an Tragfähigkeiten und Einsatzbereichen ab – von der Werkstatthalle bis zum Schwerlastterminal.

Industriekrane für den Dauereinsatz: Auswahlhilfe nach DIN 15018

Die Auswahl des richtigen Industriekrans hängt von mehreren Faktoren ab: Traglast, Hubhöhe, Arbeitszyklus und Umgebungsbedingungen. Unsere Krane werden nach DIN 15018 ausgelegt und entsprechen den Anforderungen der FEM 1.001 für mobile und stationäre Hebezeuge. Für den Innenbereich empfehlen wir in der Regel Brückenkrane mit einer Tragfähigkeit von 5 t bis 50 t, während für den Außeneinsatz Portalkrane mit Spannweiten bis 40 m und Traglasten bis 100 t verfügbar sind.

Brückenkran mit niedriger Bauhöhe: Platzsparende Lösung für niedrige Hallen

In Bestandsgebäuden mit begrenzter Hallenhöhe ist ein Brückenkran mit niedriger Bauhöhe (low-headroom) die ideale Lösung. Unsere Zweischienen-Brückenkrane der Baureihe QD32/5t erreichen eine minimale Bauhöhe von nur 1.200 mm bei einer Spannweite von 25 m. Dadurch lässt sich die nutzbare Hubhöhe maximieren, ohne die Kranbahn oder die Hallenkonstruktion aufwendig umzurüsten. Die kompakte Bauweise des Katzfahrwerks und die optimierte Anordnung der Laufräder reduzieren zudem die Radlasten und schonen die vorhandene Kranbahn.

Die Steuerung erfolgt über eine funkbasierte Fernbedienung mit Not-Halt-Funktion und Sanftanlauf. Optional liefern wir die Krane mit einer frequenzgeregelten Hub- und Fahrsteuerung für besonders präzises Positionieren von Lasten. Alle Komponenten sind nach EN 60204-32 (elektrische Ausrüstung von Kranen) ausgelegt und geprüft.

Portalkran für den Außeneinsatz: Wetterfest und wartungsarm

Für Umschlagplätze, Recyclinghöfe und Fertigungsbereiche im Freien bieten wir vollportal- und halbportal-Krane an. Die Tragkonstruktion aus geschweißten Kastenprofilen ist feuerverzinkt oder in einer wetterfesten Lackierung (C4-C5 nach ISO 12944) erhältlich. Die Krane sind mit einer Schutzart von IP55 für den Außeneinsatz geeignet und verfügen über eine integrierte Beleuchtung sowie eine begehbare Wartungsbühne entlang der Hauptträger.

Die Portalkrane sind serienmäßig mit einer Antikollisionseinrichtung und einem Windsensor ausgestattet, der bei Überschreiten der zulässigen Windgeschwindigkeit (standardmäßig 20 m/s) einen automatischen Stopp auslöst. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX Zone 1 und 2) liefern wir Sonderausführungen mit entsprechenden Schutzmaßnahmen an allen elektrischen und mechanischen Komponenten.

Elektroseilzug mit lastabhängiger Drehzahlregelung: Präzise Lastenpositionierung

Unsere Elektroseilzüge der Baureihe EZ-Serie sind für den anspruchsvollen Industrieeinsatz konzipiert. Der Motor ist mit einer lastabhängigen Drehzahlregelung ausgestattet, die bei Teillast eine um bis zu 30 % höhere Hubgeschwindigkeit ermöglicht. Dies verkürzt die Arbeitszyklen erheblich und steigert die Produktivität. Die Hubwerke sind mit einem zweistufigen Planetengetriebe und einer automatischen Lastbremse (selbsthemmend) ausgestattet, die ein unbeabsichtigtes Absenken der Last bei Stromausfall verhindert.

Die Seilzüge sind in den Ausführungen mit fester oder verfahrbarer Katze lieferbar. Die Katze ist mit einer frequenzgeregelten Verfahrsteuerung ausgestattet, die ein sanftes Anfahren und präzises Positionieren über der Last ermöglicht. Alle Modelle sind mit einem Überlastschutz (Überlastbegrenzer) nach FEM 1.001 ausgestattet, der bei Überschreiten der Nennlast den Hub automatisch stoppt.

Auslegerkran für den Maschinenbeschickung: Flexibel und platzsparend

Für die Werkstückbearbeitung an Werkzeugmaschinen oder die Montage von Baugruppen sind Säulen- und Wandschwenkkrane die richtige Wahl. Sie ermöglichen eine ergonomische Lastenhandhabung direkt am Arbeitsplatz und entlasten die vorhandenen Brückenkrane. Die Ausleger sind in Längen von 3 m bis 8 m verfügbar und können mit Elektroseilzügen oder Kettenzügen kombiniert werden. Der Schwenkbereich beträgt wahlweise 180° oder 270°, bei Sonderausführungen bis 360°.

Die Säulenausführung ist für die Bodenmontage mit einer Fundamentplatte oder für die Aufstellung auf vorhandenen Fundamenten ausgelegt. Die Wandschwenkkrane werden direkt an der Hallenwand oder an Stahlstützen befestigt und benötigen keine zusätzliche Stellfläche. Die Drehachse ist mit einem wartungsfreien Kegelrollenlager ausgestattet, das eine leichtgängige Bewegung auch bei schweren Lasten gewährleistet.

Wartung und Sicherheit: Betriebskosten senken mit Kelude

Die Konstruktion aller Kelude-Krane folgt dem Prinzip der wartungsarmen Auslegung. Alle Lagerstellen sind geschmiert und versiegelt, die Getriebe sind mit einer Ölstandsanzeige und einer Entlüftung versehen. Der Zugang zu den Wartungspunkten ist über begehbare Bühnen und Leitern gemäß DIN EN ISO 14122 gewährleistet. Die Krane sind standardmäßig mit einer Wartungsleuchte und einer zentralen Schmierstelle ausgestattet, die die regelmäßige Wartung erheblich vereinfacht.

Die elektrische Ausrüstung ist in einem staub- und spritzwassergeschützten Schaltschrank (IP66) untergebracht. Alle sicherheitsrelevanten Funktionen wie Not-Halt, Überlastschutz und Endabschaltung werden über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) überwacht und protokolliert. Auf Wunsch integrieren wir die Krane in Ihr bestehendes Wartungsmanagementsystem (CMMS) und übermitteln Statusmeldungen und Betriebsstunden über eine Schnittstelle (z. B. Modbus TCP).

Kelude Industriekrane: Technische Daten und Konfiguration

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten technischen Daten unserer Standardbaureihen. Individuelle Anpassungen wie größere Spannweiten, höhere Hubgeschwindigkeiten oder spezielle Steuerungsoptionen sind auf Anfrage möglich.

Die Lieferzeit für Standardkrane beträgt in der Regel 8 bis 12 Wochen ab Bestellung. Für Eilkrane (Express-Lieferung) verkürzen wir die Lieferzeit auf 4 bis 6 Wochen, sofern die benötigten Komponenten verfügbar sind. Alle Krane werden bei uns im Werk montiert, geprüft und mit einem Werkszeugnis (EN 10204) ausgeliefert.

Häufig gestellte Fragen zu Industriekranen

F: Welche Normen gelten für Industriekrane in Deutschland?

A: Für die Auslegung und den Betrieb von Industriekranen gelten in Deutschland die DIN-Normen, insbesondere DIN 15018 für Krane, sowie die europäischen Normen FEM 1.001 für mobile Krane und EN 60204-32 für die elektrische Ausrüstung. Zusätzlich sind die Unfallverhütungsvorschriften der DGUV (z. B. DGUV Vorschrift 52) zu beachten.

F: Wie hoch ist die übliche Lieferzeit für einen Brückenkran?

A: Die Lieferzeit für einen Standard-Brückenkran beträgt in der Regel 8 bis 12 Wochen. Bei dringendem Bedarf bieten wir eine Express-Option mit einer Lieferzeit von 4 bis 6 Wochen an, sofern die benötigten Komponenten verfügbar sind.

F: Bieten Sie auch Krane für explosionsgefährdete Bereiche an?

A: Ja, wir liefern Sonderausführungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX Zone 1 und 2). Diese Krane sind mit entsprechenden Schutzmaßnahmen an allen elektrischen und mechanischen Komponenten ausgestattet und entsprechen den Anforderungen der Richtlinie 2014/34/EU.

F: Welche Wartungsintervalle sind für Kelude-Krane empfohlen?

A: Die Wartungsintervalle hängen von der Einsatzintensität ab. Für den normalen Industrieeinsatz empfehlen wir eine Sicht- und Funktionsprüfung monatlich sowie eine umfassende Wartung (Schmierung, Überprüfung der Bremsen und Endabschalter) alle 6 Monate. Die genauen Intervalle sind im Wartungshandbuch dokumentiert, das jeder Kranlieferung beiliegt.

Kontakt und Angebot für Industriekrane

Benötigen Sie eine individuelle Beratung für Ihren Krananwendung? Unser Vertriebsteam unterstützt Sie gerne bei der Auswahl der passenden Krantechnik. Senden Sie uns Ihre Anfrage mit Angabe von Traglast, Spannweite, Hubhöhe und Einsatzbereich – wir erstellen Ihnen innerhalb von 48 Stunden ein unverbindliches Angebot.

Telefon: +49 (0) 89 123 456 78
E-Mail: vertrieb@kelude.deWeb: www.kelude.de

5. Sicherheitsfunktionen: STO/SLS/SBC/SDI

Die vier Sicherheitsfunktionen des Kran-Sicherheitssteuerungssystems werden über die PROFIsafe-Schnittstelle zwischen der Sicherheits-SPS S7-1500F und dem Frequenzumrichter G120 realisiert. Sämtliche Sicherheitsfunktionen sind in F-LAD programmiert und über den TIA Portal Safety Admin verifiziert. Jeder Sicherheitsbaustein umfasst eine Zweikanal-Signalverarbeitung, einen Kreuzvergleich (Cross-Comparison) sowie eine fehlersichere Ausgangslogik.

Der Sicherheitsfunktionsbaustein STO (Safe Torque Off) bildet die Basisfunktion der Kran-Sicherheitssteuerung und entspricht der STO-Teilfunktion nach IEC 61800-5-2. Über PROFIsafe wird der Impulsfreigabe des Frequenzumrichters G120 direkt abgeschaltet, wodurch ein ungewolltes Antriebsmoment des Motors zuverlässig verhindert wird. Die Reaktionszeit beträgt weniger als 20 ms. Auslösebedingungen sind: Betätigung des Not-Aus-Tasters im Bedienstand, Not-Aus-Auslösung über die Bodenfernsteuerung, Überlauf eines beliebigen Endschalters, Öffnen des Sicherheitstürschlosses, Rückmeldungsfehler der Doppelbremse sowie ein Selbsttestfehler der Sicherheits-SPS. Nach der STO-Auslösung führt der Frequenzumrichter automatisch eine interne Bremsung (DC-Bremse) durch; der Brückenkran kommt durch Trägheit und Lastwirkung zum Stillstand. Die STO-Rücksetzung erfolgt manuell über das Bedienfeld (Reset-Taster). Die Sicherheits-SPS prüft, ob sämtliche Auslösebedingungen zurückgesetzt und beide Bremsen vollständig geschlossen sind, bevor eine erneute Freigabe erteilt wird.

Die Sicherheitsfunktion SLS (Safely Limited Speed) überwacht die Motordrehzahl in Echtzeit über einen Sicherheits-Drehgeber (inkrementaler Encoder, der die Impulse über F-DI einliest, oder direkte Rückmeldung über einen Sicherheits-Drehzahlsensor). Wenn sich die Laufkatze oder die Kranbrücke mit Nenngeschwindigkeit dem Endanschlag bis auf 200 mm nähert, sendet die Sicherheits-SPS über PROFIsafe einen Geschwindigkeits-Sollwert (10 % der Nenngeschwindigkeit) an den Frequenzumrichter. Dieser führt automatisch eine Verzögerung aus, während die Sicherheits-SPS kontinuierlich überwacht, ob die Geschwindigkeit innerhalb des zulässigen Sicherheitsbereichs (≤ 0,3 m/s) liegt. Erkennt die Sicherheits-SPS eine Überschreitung des SLS-Grenzwerts (die Sicherheits-SPS führt einen Geschwindigkeitsvergleich durch: Ist-Drehzahl n_act > SLS-Schwelle n_sls über mehr als 50 ms), wird unmittelbar ein SLS-Fehler ausgelöst und STO ausgeführt. Die Reaktionszeit der SLS-Funktion beträgt weniger als 50 ms.

Die Sicherheitsbremssteuerung SBC (Safe Brake Control) arbeitet mit der zuvor beschriebenen redundanten Doppelbremsen-Steuerung zusammen. Die SBC-Funktion wird im Sicherheitsbaustein F-SBR innerhalb der Sicherheits-SPS ausgeführt. Der F-SBR gibt zwei unabhängige SBC_Open-Befehle an die F-DQ-Module aus, die jeweils das Elektromagnetventil der Bremse A und B ansteuern. Die Sicherheits-SPS führt in jedem Sicherheits-Scan-Zyklus eine SBC-Statusprüfung durch: Bei aktiver STO-Auslösung, SLS-Auslösung oder wenn die Sicherheits-SPS eine Überschreitung der Nullgeschwindigkeits-Haltezeit des Frequenzumrichters erkennt, erzwingt der F-SBR das Schließen beider Bremsen. Nach dem vollständigen Schließvorgang wird über PROFIsafe das Signal „Bremsen geschlossen“ an den Frequenzumrichter gesendet. Die SBC-Funktion umfasst außerdem eine Bremsmoment-Überwachung: Über das Signal des Lastsensors und den Nullgeschwindigkeitszustand des Motors nach dem Bremsenschließen wird abgeleitet, ob das Bremsmoment ausreichend ist. Unterschreitet das Bremsmoment 80 % des Nennwerts, wird eine SBC-Warnung ausgelöst.

Die Sicherheitsfunktion SDI (Safe Direction Indication) verhindert eine fehlerhafte Bewegungsrichtung der Laufkatze oder des Kranfahrwerks, bevor eine entgegengesetzte Steueranweisung erteilt wird. Über die Phasenlage der Impulse des Sicherheits-Drehgebers wird die tatsächliche Bewegungsrichtung ermittelt und mit der vom Frequenzumrichter gemeldeten Drehrichtung verglichen. Erkennt die Sicherheits-SPS, dass die tatsächliche Bewegungsrichtung der Sollrichtung über mehr als 100 ms entgegengesetzt ist, wird ein SDI-Fehler ausgelöst und STO ausgeführt. SDI-Richtungskonflikte werden in der Regel durch eine fehlerhafte Frequenzumrichter-Parametrierung (falsche Phasenfolge des Motorkabels) oder einen Verdrahtungsfehler des Encoders verursacht. Nach der STO-Auslösung muss das Wartungspersonal die Verdrahtung und Parameter prüfen und anschließend manuell zurücksetzen.

Inbetriebnahme, Verifizierung und Sicherheitszertifizierung

Die Inbetriebnahme und Verifizierung des Kran-Sicherheitssteuerungssystems erfolgt in sechs standardisierten Schritten. Der erste Schritt ist die Parametrierung der Sicherheitsfunktionen: Im Safety-Editor von TIA Portal wird das Sicherheitsprogramm (F-LAD) erstellt und die PROFIsafe-Verbindungsparameter für die F-CPU und die F-DI/F-DQ-Module werden konfiguriert: F_Source_Add (F-CPU-Adresse), F_Dest_Add (F-Modul-Adresse), F_WD_Time (Standard: 150 ms), F_iPar_CRC-Prüfsummenversion und F_Param_CRC. Jeder Sicherheitsbaustein wird mit zweikanaligen Variablen konfiguriert; die Vergleichslogik wird automatisch von der F-Runtime generiert. Nach dem Kompilieren werden die F-prog-CRC- und F-CRC-Signaturen ermittelt. Stimmen diese nicht überein, wurde das Sicherheitsprogramm verändert und muss erneut verifiziert werden.

Der zweite Schritt ist die Offline-Simulationsprüfung: Mit PLCSIM Advanced wird das Sicherheitsprogramm geladen und mit virtuellen F-DI/F-DQ-Modulen verbunden. Über die Safety-Simulationsfunktion von PLCSIM werden drei Fehlerfälle simuliert: Not-Aus-Auslösung, Grenzpositionsüberschreitung und Rückmeldungsfehler der Bremse. In der Simulationsumgebung werden die STO-Reaktionszeit (≤ 20 ms), die Geschwindigkeitsschwelle für die SLS-Auslösung (Genauigkeit ≤ 5 %), die Synchronisationsabweichungsüberwachung der Doppelbremse (50-ms-Schwelle löst F-Diff-Alarm aus) und die SDI-Richtungskonflikterkennung (100-ms-Schwelle löst STO aus) verifiziert. Nach erfolgreichem Abschluss aller Sicherheitsfunktionen in der Simulation wird ein Safety-Validierungsbericht erstellt.

Der dritte Schritt ist die Feldverdrahtungsprüfung: Mit einem Multimeter und einem Oszilloskop werden die Testimpulse der F-DI-Module (1-Hz-Rechtecksignal, 24-V-Amplitude) und die Zweikanal-Trennfunktion der F-DQ-Module punktuell verifiziert. Die Zweikanal-Verdrahtung des Not-Aus-Tasters wird separat gemessen: die Impulsform am F-DI-Eingang von Kanal A und der hartverdrahtete Hilfskontakt von Kanal B. Dabei wird bestätigt, dass beide Kanäle den Sicherheitskreis bei Betätigung des Not-Aus-Tasters korrekt unterbrechen. Die gemessene Versorgungsspannung der Bremsmagnete liegt im Bereich von 22,8 bis 24,5 V. Das Oszilloskop erfasst die Stromkurve beim Anziehen des Magneten (Spitzenwert ca. 1,6 A, Haltestrom ca. 0,8 A).

Der vierte Schritt ist der Lastfunktionstest: Bei Leerlauf und Nennlast werden jeweils drei Auslösetests durchgeführt: Not-Aus-Taster im Steuerstand, Not-Aus über die Fernsteuerung und Grenzpositionsauslösung. Bei jeder Auslösung muss die korrekte Ausführung aller Sicherheitsfunktionen STO/SLS/SBC/SDI verifiziert werden: Nach STO-Auslösung wird die Impulsfreigabe des Frequenzumrichters innerhalb von 20 ms unterbrochen und der Drive-CLiQ-Status wechselt auf „Fault“. Nach SLS-Auslösung entspricht die Abfallflanke der Geschwindigkeitskurve den Verzögerungsparametern des Frequenzumrichters, wobei die maximale Überschwingung ≤ 10 % beträgt. Nach SBC-Auslösung schließen beide Bremsen gleichzeitig, Δt ≤ 50 ms. Die SDI-Richtungskonfliktsimulation wird durch Vertauschen der A/B-Signale des Encoders ausgelöst. Alle Messdaten werden im Inbetriebnahmeprotokoll dokumentiert.

Der fünfte Schritt ist die Vorbereitung der TÜV-Zertifizierung: Die sicherheitsrelevanten Dokumente werden zusammengestellt: Systemarchitektur-Beschreibung (Darstellung der funktionalen Trennung und Schnittstellen zwischen Sicherheits- und Standardsteuerungsebene), Definitionstabelle der Sicherheitsfunktionen (Auslösebedingungen, Reaktionszeiten und Reset-Methoden für STO/SLS/SBC/SDI vollständig quantifiziert), FMEA-Analysetabelle (Auflistung aller vorhersehbaren Einzelfehler und deren Auswirkung auf die Sicherheitsfunktionen), PROFIsafe-Verbindungsparameter-Konfigurationstabelle und Simulationsvalidierungsbericht. Die Dokumentation wird gemäß den Formatvorgaben von EN ISO 13849-1 und IEC 62061 erstellt.

Der sechste Schritt ist die kontinuierliche Überwachung und regelmäßige Inspektion: Nach der Inbetriebnahme des Sicherheitssteuerungssystems protokolliert die Sicherheits-CPU automatisch sicherheitsrelevante Ereignisse (Anzahl der Not-Aus-Auslösungen, Anzahl der SLS-Aktivierungen, Anzahl der Bremsen-Synchronisationsfehler, Anzahl der F-Diff-Störungen). Alle 24 Stunden wird eine Zusammenfassung des Sicherheitsbetriebszustands erstellt und über OPC UA an das Sicherheitsmanagement-Portal der Leitwarte übertragen. Das Wartungspersonal vor Ort führt vierteljährlich einen umfassenden Test der Sicherheitsfunktionen durch (gemäß den sicherheitsrelevanten Abschnitten der Norm DIN 15018). Alle 12 Monate wird eine Vor-Ort-Verifizierung der Sicherheitsfunktionen durch eine unabhängige Prüfstelle (z. B. TÜV oder die staatliche Prüfstelle für Spezialausrüstung) durchgeführt. Die Prüfprotokolle werden bis zum nächsten Inspektionszyklus aufbewahrt.

Häufige Fragen zur Kran-Sicherheitssteuerung