Sonderkran: Elektrische vs. mechanische Welle für Synchronhub
Synchronisationsgenauigkeit des Zweihubwerks-Synchronhubsystems: Bei der elektrischen Wellenlösung beträgt die Winkelabweichung weniger als 0,1 Grad (Servobussystem EtherCAT/PROFINET), bei der mechanischen Wellenlösung weniger als 1 Grad (mechanische Antriebswelle + Kupplung). Die elektrische Welle eignet sich für große Entfernungen (über 15 m) und Hochgeschwindigkeits-Synchronisation, die mechanische Welle für mittlere Entfernungen und hohe Zuverlässigkeitsanforderungen. Kelude Schwerindustrie verfügt über umfangreiche Systemerfahrung mit beiden Lösungen in Sonderkran-Projekten für den Langguttransport und das Anschlagen übergroßer Werkstücke. Dieser Artikel beleuchtet die Synchronisationsprinzipien, den Lösungsvergleich und die technische Umsetzung.
Das Zweihubwerk-Synchronhubsystem gehört zu den häufigsten Sonderkonstruktionen im Sonderkranbau. Es kommt vor allem beim Heben von Langgütern (Stahlrohre, Stahlbleche, Brückensegmente), übergroßen Werkstücken (Formen, Druckbehälter) sowie beim Einsatz von Doppellaufkatzen zum Einsatz. Wenn ein Kran ein Werkstück über zwei Hubwerke gleichzeitig anheben muss, müssen die Hubgeschwindigkeiten beider Hubwerke exakt synchron laufen – andernfalls neigt sich das Werkstück, es kommt zu Schrägbelastung oder im schlimmsten Fall zum Absturz. Für die Synchronisation stehen im Wesentlichen zwei technische Lösungen zur Verfügung: die elektrische Welle und die mechanische Welle. Beide unterscheiden sich in Genauigkeit, Kosten, Wartung und Anwendungsbereich. Kelude Schwerindustrie wählt die geeignete Variante in der Sonderkonstruktion anhand von Werkstücklänge, Gewicht, Triebwerksgruppe und Einsatzumgebung aus.
Elektrische Welle: Funktionsprinzip und Auslegung
Die elektrische Wellensynchronisation (Electronic Line Shaft) realisiert die Positions- bzw. Drehzahl-Synchronisation von zwei oder mehr Hubmotoren über Servomotoren, Encoder und Feldbus – ohne physische Verbindung über eine Antriebswelle. Das Kernstück bilden Servotreiber, die über Echtzeit-Kommunikationsbusse (EtherCAT oder PROFINET) Positionssollwerte und Ist-Positionsrückmeldungen austauschen. Jeder Treiber regelt seinen Drehzahlregelkreis und Lageregelkreis eigenständig im geschlossenen Regelkreis, die Sollwerte werden jedoch über den Bus synchronisiert. Kelude Schwerindustrie setzt in der Praxis zwei Synchronisationsstrategien ein: die Master-Slave-Konfiguration, bei der ein Treiber als Master die Führungsgröße vorgibt und alle weiteren Treiber dieser Positionsvorgabe folgen, sowie die virtuelle Hauptspindel, bei der die Steuerung eine virtuelle Positionsvorgabe berechnet und an alle Treiber verteilt – ohne physische Hauptspindel.
Die entscheidenden Auslegungsparameter der elektrischen Welle sind der Synchronisationszyklus und der Kommunikations-Jitter. Der EtherCAT-Bus erreicht Synchronisationszyklen von 100 Mikrosekunden bei einem Jitter von unter 1 Mikrosekunde. Die Positionsabweichung zwischen zwei Motoren lässt sich damit auf weniger als einen Encoder-Inkrement begrenzen. Bei einem 17-Bit-Absolutwertgeber beträgt die Winkelabweichung an der Motorwelle weniger als 0,1 Grad. Für schwere Hubanwendungen ist diese Genauigkeit ausreichend, um die Ebenheit des Werkstücks beim Synchronhub auf eine Abweichung von weniger als L/1000 zu begrenzen.
Mechanische Welle: Funktionsprinzip und Auslegung
Bei der mechanischen Wellensynchronisation werden die Abtriebswellen von zwei oder mehr Getrieben über eine mechanische Antriebswelle (Synchronwelle) und Kupplungen physisch miteinander verbunden. Dadurch drehen alle Hubtrommeln mit identischer Drehzahl – eine erzwungene Synchronisation. Diese Lösung benötigt keinen Feldbus und ist unabhängig von der Echtzeitfähigkeit des elektrischen Steuerungssystems. Die Zuverlässigkeit hängt ausschließlich von der Fertigungsgenauigkeit und Montagequalität der mechanischen Bauteile ab. Bei der mechanischen Welle kommen in der Regel frequenzumrichtergespeiste Asynchronmotoren (nicht Servomotoren) zum Einsatz; die Getriebe werden über starre Kupplungen oder elastische Bolzenkupplungen mit der Synchronwelle verbunden, an deren beiden Enden die Abtriebswellen der Getriebe der Elektrokettenzüge angeflanscht sind.
Die konstruktiven Schwerpunkte der mechanischen Wellensynchronisation umfassen: den Nachweis der Torsionssteifigkeit der Synchronwelle (Verdrehwinkel üblicherweise unter 0,5 Grad/m), die Kupplungsauswahl (elastische Kupplungen zum Ausgleich von Montageabweichungen) sowie die Anordnung der Stützlager (Zwischenlager alle 2 bis 3 m). Die Synchronwellenlänge sollte 15 m nicht überschreiten; bei größeren Längen nehmen Torsionsverformung und Lagerkomplexität zu, sodass die elektrische Welle vorzuziehen ist. Der Kostenvorteil der mechanischen Welle liegt im Bereich mittlerer Distanzen (5 bis 10 m): Die Materialkosten für Synchronwelle und Kupplungen liegen deutlich unter denen für zwei Servoantriebssysteme.
Elektrische vs. mechanische Welle: umfassender Vergleich
| Vergleichskriterium | elektrische Welle(Servo Bus Synchronisation) | mechanische Welle(Maschinen Antriebswelle Synchronisation) |
|---|---|---|
| Synchronisation Genauigkeit | Winkel Abweichungkleiner als0.1Grad | Winkel Abweichungkleiner als1Grad(inklusive Zahnrad Spiel) |
| Distanzbegrenzung | unbegrenzt(Bus100m+) | kleiner gleich15m(Torsion bei Überlänge Verformunggroß) |
| Kostenvergleich | Servo System ca. teurer30%~50% | Maschinen Bauteilca. günstiger20%~40% |
| Wartungsanforderung | Ferndiagnose+Parameter Einstellung, wartungsfrei Maschinen Wartung | regelmäßiges Nachfetten+Kupplung Spielprüfung+Welle Wellenausrichtung |
| Zuverlässigkeit | abhängig Kommunikationsbus Zuverlässigkeit, Bus Systemstopp bei Trennung | rein Maschinenzwangsweise Synchronisation, unabhängigelektrisches System |
| Einsatzbereiche | lange Distanz(größer als15m), hoch Genauigkeit, mehrere Hubpunkte(3+) | mittlere/kurze Distanz, hohe Zuverlässigkeitsanforderung, einfache Wartung |
| Inbetriebnahmekomplexität | Servo Parameter Einstellung+Bus Synchronisation Konfiguration, Fachpersonal erforderlich | Maschinen Wellenausrichtung+Kupplung Montage, kurze Inbetriebnahmezeit |
| Erweiterbarkeit | leicht erweiterbar auf3mehr als Hubpunkte, nur Softwarekonfiguration | zusätzliche Hubpunkte erfordern Verlängerung Synchronwelle, komplexe Struktur |
Kelude Industriekrane – Zuverlässige Hebelösungen für die DACH-Region
Kelude Heavy Industry hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von Industriekranen spezialisiert, die den hohen Anforderungen der deutschen und europäischen Industrie gerecht werden. Unsere Produktpalette umfasst Brückenkrane, Portalkrane, Auslegerkrane sowie Elektroseilzüge – alle konzipiert für den Dauereinsatz in Produktion, Lager und Werkstatt.
Industriekrane mit DIN-konformer Sicherheitstechnik
Unsere Krane werden nach den einschlägigen DIN- und EN-Normen gefertigt, darunter DIN 15018 für die Tragwerksberechnung und FEM 1.001 für die Sicherheit von Fahrzeugkranen. Jede Anlage durchläuft eine vollständige Qualitätskontrolle, bevor sie das Werk verlässt. Die Steuerungstechnik entspricht EN 60204-32 und gewährleistet so einen sicheren und zuverlässigen Betrieb.
Die Konstruktion erfolgt nach FEM 1.001 bzw. ISO 4301, wodurch eine einheitliche Klassifizierung und Dokumentation über die gesamte Lebensdauer sichergestellt ist. Auf Wunsch liefern wir alle Komponenten mit CE-Konformitätserklärung und vollständiger technischer Dokumentation.
Brückenkrane, Portalkrane und Elektroseilzüge im Überblick
Das Lieferprogramm umfasst Einzel- und Zweiträger-Brückenkrane mit Tragfähigkeiten von 1 t bis 50 t sowie Spannweiten bis 31,5 m. Die Krane sind als Tageslicht- oder niedrige Bauform (low-headroom) erhältlich und eignen sich für den Innen- und Außeneinsatz.
Portalkrane werden in Halb- und Vollportalausführung angeboten, ebenfalls mit Einzel- oder Zweiträgerkonstruktion. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen liefern wir Sonderausführungen mit entsprechender Zertifizierung. Die Elektroseilzüge sind in verschiedenen Hubklassen verfügbar und optional mit Feinhub- oder Zweigeschwindigkeitsgetriebe ausgestattet.
Robuste Hebezeuge für Produktion, Lager und Werkstatt
Unsere Krane kommen überall dort zum Einsatz, wo schwere Lasten präzise und sicher bewegt werden müssen – in Maschinenbau, Automobilindustrie, Logistikzentren und Stahlbau. Die Steuerung erfolgt wahlweise über Funkfernbedienung, Hängetaster oder Steuerkabine. Eine sanfte Anfahr- und Bremsregelung schont Material und Kranstruktur und erhöht die Lebensdauer der gesamten Anlage.
Dank modularer Bauweise lassen sich unsere Krane problemlos an bestehende Hallenstrukturen anpassen. Auch Nachrüstungen und Modernisierungen bestehender Krananlagen gehören zu unserem Leistungsspektrum – inklusive Lastaufnahmemittel, Schienen und Stromzuführung.
Qualität und Service – Made in Germany
Kelude Heavy Industry legt größten Wert auf Fertigungsqualität und Langlebigkeit. Alle Komponenten werden nach strengen Qualitätsstandards gefertigt und vor Auslieferung einem Dauertest unterzogen. Unser Serviceteam unterstützt Sie bei Montage, Inbetriebnahme und Wartung – deutschlandweit und in der gesamten DACH-Region.
Ersatzteile sind langfristig verfügbar, und unsere Techniker stehen Ihnen bei Störungen schnell und unkompliziert zur Seite. Auf Wunsch erstellen wir Wartungsverträge mit festen Serviceintervallen und dokumentieren alle Prüfungen normgerecht.
Häufige Fragen zu Industriekranen von Kelude
F: Welche Tragfähigkeiten sind bei Brückenkranen möglich?
A: Unsere Brückenkrane sind in Tragfähigkeiten von 1 t bis 50 t erhältlich. Sonderkonstruktionen mit höheren Lasten realisieren wir auf Anfrage.
F: Sind die Krane für den Außeneinsatz geeignet?
A: Ja, wir liefern Portalkrane und Brückenkrane in wetterfester Ausführung für den Außeneinsatz. Auf Wunsch mit Korrosionsschutz und entsprechender Schutzart.
F: Welche Steuerungsoptionen gibt es?
A: Die Steuerung erfolgt wahlweise über Funkfernbedienung, Hängetaster oder Steuerkabine. Auch eine Anbindung an übergeordnete Leitsysteme ist möglich.
| Synchronisation Genauigkeit elektrische Wellekleiner als0.1Grad, mechanische Wellekleiner als1Grad.Langmaterial Anschlagenbei Winkel Abweichung1Grad entsprechen10mWerkstückende Abweichung System ca. teurer175mm, strikt kontrollieren. | Steuerungsart elektrische Welle: Ether CAT/PROFINETBus,100Mikrosekunde Synchronisation Zyklus.mechanische Welle: zwangsweise Maschinen Kopplung, wartungsfrei Steuerung Eingriff. | geeignete Distanz elektrische Wellekeine Distanzobergrenze(Bus100m+).mechanische Welleempfohlen kleiner als15m, größer als15mWellenstrangtorsion bei Verformung Grenzwertüberschreitung. |
| Motor Auswahl elektrische Welle: Servomotor+Absolutwertgeber.mechanische Welle: Frequenzumrichter Asynchronmotornur Softwarekonfiguration, nicht zwingend erforderlich Servo. | Fehlermodus elektrische Welle: Busautomatischer Stopp bei Trennung+Alarm.mechanische Welle: Kupplung Verschleiß/Spielzunahme durch Passfedernutverschleiß. | Referenzprojekt Kelude Schwerindustrieim Stahlwerk Stahlblech Anschlagmittel(18mWerkstück)Einsatz vonelektrische Welle Lösung, Hafen Maschinen(8mkurze Distanz)Einsatz vonmechanische Welle Lösung. |
Auswahlhilfe für Sonderkrane mit Synchronhub
Bei der Auswahl von Synchronhubsystemen mit zwei Hubpunkten für Sonderkrane geht Kelude Schwerindustrie nach folgenden Kriterien vor: Bei Werkstücken länger als 15 m oder ab drei Hubpunkten wird die elektrische Welle bevorzugt. Bei Werkstücken von 5 bis 15 m Länge und einfacher Wartung vor Ort empfiehlt sich die mechanische Welle. Für Werkstücke unter 5 m genügt ein einzelner Elektrokettenzug mit Traverse – ein Synchronhub mit zwei Hubpunkten ist dann nicht erforderlich. Die elektrische Welle verursacht zwar 30–50 % höhere Anschaffungskosten, bietet aber bei großen Hubwegen und hohen Präzisionsanforderungen die wirtschaftlichere Gesamtlösung. Weitere Informationen zur Sonderkran-Konstruktion finden Sie im Leitfaden zur Sonderkran-Konfiguration.
Die Auslegung erfolgt auf Basis der Anforderungen an die Synchronisation von Hubwerken gemäß DIN 15018 (entspricht DIN 15018) sowie der Kommunikationsnorm IEC 61800-7-201 für Servoantriebssysteme. Für die Sicherheit des Synchronhubsystems muss jeder Hubpunkt unabhängig mit einer Überlastsicherung und einem Endschalter ausgestattet sein. Bei Überlast oder erreichtem Endschalter an einem Hubpunkt löst das System einen akustischen und optischen Alarm aus und stoppt den Hubvorgang automatisch. Alle von Kelude Schwerindustrie gelieferten Synchronhubsysteme für Sonderprojekte sind durch eine Typprüfung verifiziert.
Häufige Fragen zum Synchronhub
F: Welche Hubpräzision ist beim Synchronhub mit zwei Hubpunkten erforderlich?
A: Die Synchronisationsgenauigkeit hängt von der Werkstücklänge und dem zulässigen Neigungswinkel ab. Üblicherweise darf die Höhenabweichung der Hubpunkte L/1000 der Werkstücklänge nicht überschreiten. Bei einem 10 m langen Langblech bedeutet das eine zulässige Abweichung von 10 mm, was einer Winkelabweichung an der Motorwelle des Hubmotors von ca. 0,3 Grad entspricht. Die elektrische Welle (kleiner 0,1 Grad) erfüllt diese Anforderung problemlos; die mechanische Welle (kleiner 1 Grad) ist für kurze Werkstücke ebenfalls geeignet. Für höhere Anforderungen kann zusätzlich ein Laser-Entfernungsmesser zur Echtzeit-Erfassung der Ebenheit des Werkstücks installiert werden.
F: Was passiert bei einem Busausfall der elektrischen Welle?
A: Die Sicherheitsauslegung der elektrischen Welle muss einen Busausfall berücksichtigen. Bei Busunterbrechung erkennt jeder Treiber einen Kommunikations-Timeout (üblicherweise 50–100 ms eingestellt) und wechselt sofort in den sicheren Stopp-Zustand; alle Elektromotoren stoppen gleichzeitig und die Bremsen bleiben geschlossen. Zusätzlich ist ein hartverdrahteter Not-Halt-Stromkreis als Rückfallebene vorgesehen. Gemäß DIN 15018 und IEC 61800-5-2 darf die Sicherheitsstopp-Funktion SIL2 nicht unterschreiten. Bei Kelude Schwerindustrie wird die elektrische Welle vor Auslieferung einem Test mit simuliertem Busausfall unterzogen.
F: Wie wird die Torsionssteifigkeit der Synchronwelle bei der mechanischen Welle geprüft?
A: Der Torsionswinkel der Synchronwelle wird nach der Formel theta=T*L/(G*J) berechnet, wobei T das übertragene Drehmoment (Nm), L die Wellenlänge (mm), G das Schubmodul (für Stahl ca. 79,3 GPa) und J das polare Flächenträgheitsmoment (mm4) ist. Erfahrungsgemäß wird der Torsionswinkel auf kleiner 0,5 Grad/m begrenzt. Nach der Vorauswahl des Wellendurchmessers anhand des Drehmoments und der Torsionsfestigkeit ist die Dauerfestigkeit zu prüfen (unter Berücksichtigung von Anlaufstoß und Lastwechsel). Für die Synchronwelle wird Vergütungsstahl 45 oder 40Cr empfohlen.
F: Kann ein bestehender Kran auf Synchronhub mit zwei Hubpunkten umgerüstet werden?
A: Ein Umbau ist möglich. Der Aufwand hängt vom vorhandenen elektrischen System ab. Bei einem bestehenden Frequenzumrichter-System mit SPS-Kommunikationsschnittstelle genügt für die Umrüstung auf elektrische Welle der Austausch der Antriebe durch Servoantriebe mit Bus-Schnittstelle sowie die Nachrüstung von Encodern; die vorhandenen Elektromotoren und Getriebe können weiterverwendet werden. Bei einem Schütz-gesteuerten System empfiehlt sich die komplette Erneuerung auf Frequenzumrichter-/Servotechnik mit SPS-Steuerung im neuen Schaltschrank. Kelude Schwerindustrie bietet Umbaukonzepte für bestehende Krane an; die Umbauzeit beträgt in der Regel 2–4 Wochen. Weitere Informationen finden Sie im Leitfaden zum Umbau älterer Krane.
