Zur Unterdrückung des Lastpendelns an Brückenkranen kommen zwei grundlegende Verfahren zum Einsatz: die Eingangsformung als Steuerkette und die Regelung mit geschlossenem Regelkreis. Die folgende Abbildung zeigt die Systemarchitektur der elektronischen Pendeldämpfung sowie die zentralen Parametrierungsmethoden. Der maßgebliche Parameter der Pendeldämpfungsregelung ist die Pendelperiode in Abhängigkeit von der Seillänge: T=2π√(L/g). Bei der Eingangsformung wird das Impulsintervall auf T/2 gesetzt, wodurch die Hauptpendelfrequenz wirksam eliminiert wird. Das Regelkreisverfahren erfasst den Pendelwinkel in Echtzeit über Encoder oder visuelle Sensoren und korrigiert die Geschwindigkeitsvorgabe über einen PD-Regler. Ohne Pendeldämpfung beträgt das maximale Pendeln ±600–800 mm, mit Eingangsformung reduziert es sich auf ±30–80 mm, und mit geschlossenem Regelkreis sind ±15–30 mm erreichbar.

Pendelperiode berechnen und Einflussfaktoren

Das physikalische Modell des Lastpendelns am Brückenkran lässt sich als mathematisches Pendel beschreiben. Die Pendelperiode T hängt ausschließlich von der Seillänge L ab: T=2π√(L/g), wobei g die Erdbeschleunigung mit 9,81 m/s² ist. Kelude Schwerindustrie verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und industriellen Umsetzung elektronischer Pendeldämpfungssysteme für Brückenkrane. Das angebotene Technische Lösungsspektrum umfasst sowohl die Eingangsformung als auch das Regelkreisverfahren und ermöglicht eine an die jeweilige Einsatzbedingung angepasste optimale Antischwingungsstrategie. In der Praxis wird das Pendelverhalten zusätzlich durch die Beschleunigungswerte von Kranbrücke und Katzfahrwerk, die Elastizität des Drahtseils, Windlasten sowie eine eventuelle Lastexzentrizität beeinflusst. Typische Pendelperioden in Abhängigkeit von der Seillänge: 2 m → 2,84 s, 3 m → 3,47 s, 5 m → 4,48 s, 8 m → 5,67 s, 10 m → 6,34 s, 15 m → 7,77 s. Mit zunehmender Seillänge verlängert sich die Periode; bei niedrigen Geschwindigkeiten klingt das Pendeln entsprechend langsamer ab.

Die Pendelamplitude wird maßgeblich durch die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte von Kranbrücke und Katzfahrwerk bestimmt. Höhere Beschleunigungswerte erzeugen größere Stoßkräfte beim Anfahren und Stoppen und damit größere Pendelamplituden. Empfohlene Beschleunigungswerte für Standard-Brückenkrane: Kranbrücke 0,2–0,4 m/s², Katzfahrwerk 0,3–0,5 m/s². Diese Empfehlung orientiert sich an den Vorgaben der Norm DIN 15018 für Kranfahrwerke. Bei Beschleunigungswerten über 0,6 m/s² nimmt die Pendelamplitude stark zu. Der erste Schritt der Pendeldämpfung besteht daher in der sinnvollen Festlegung der Basisbeschleunigungswerte, auf die anschließend der Antischwingungsalgorithmus aufsetzt.

Eingangsformung: Prinzip und Parametrierung

Die Eingangsformung (Input Shaping) ist das am weitesten verbreitete offene Antischwingungsverfahren für Brückenkrane. Das Prinzip besteht darin, einen einzelnen Beschleunigungsbefehl in zwei oder mehr Impulsfolgen zu zerlegen, deren jeweilige Pendelwirkungen sich gegenseitig aufheben. Der einfachste ZV-Former (Zero Vibration) verwendet zwei gleich große Impulse im Abstand von T/2. Der erste Impuls erzeugt eine halbe Periode positiven Pendelns, der zweite Impuls eine halbe Periode negativen Pendelns – durch Überlagerung wird das Pendeln eliminiert.

Parametrierung des ZV-Formers: Angenommen wird eine Seillänge von L=5 m, daraus ergibt sich T=4,48 s und das Impulsintervall Δt=T/2=2,24 s. Amplitudenverteilung: A1=0,5 (erster Impuls: 50 % des Verfahrwegs), A2=0,5 (zweiter Impuls: 50 % des Verfahrwegs). Steuerungsablauf: Die SPS gibt den Geschwindigkeitsbefehl aus, der Frequenzumrichter beschleunigt gemäß der ersten Geschwindigkeitskurve (50 % des Verfahrwegs), wartet 2,24 s und beschleunigt dann gemäß der zweiten Geschwindigkeitskurve (restliche 50 %). In der Praxis wird häufig der ZVD-Former (Zero Vibration and Derivative) eingesetzt, um Umschlagleistung und Regelgenauigkeit gleichermaßen zu berücksichtigen – dieser verwendet drei Impulse mit einer Amplitudenverteilung von 1:2:1 und einem Intervall von T/2. Der technische Leiter von Kelude Schwerindustrie erläutert: „Die Eingangsformung hat sich über viele Jahre im praktischen Einsatz an Brückenkranen bewährt. Der ZV-Former ist für Standard-Hubaufgaben mit fester Seillänge geeignet, während die Drei-Impuls-Struktur des ZVD-Formers eine deutlich bessere Robustheit gegenüber Seildämpfungseffekten aufweist – sie ist die am häufigsten empfohlene Lösung im Krananlagenbau.“

Schritte zur Parametrierung der Eingangsformung: 1. Aktuelle Seillänge L messen oder abschätzen. 2. Pendelperiode T=2π√(L/g) berechnen. 3. Former-Typ wählen (ZV für einzelne Hauptpendelfrequenz, ZVD für gedämpfte Pendelung, EI für veränderliche Frequenzen). 4. Impulsintervalle und Amplituden berechnen. 5. In das SPS-Programm integrieren (Former-Ausgang vor der Geschwindigkeitsvorgabe des Frequenzumrichters aufschalten). 6. Leerlauf-Testlauf zur Beurteilung der Pendelunterdrückung, anschließend schrittweise Feinjustierung der Parameter (Impulsintervall um 5–10 % erhöhen oder reduzieren, um Abweichungen der realen Periode auszugleichen).

Regelkreisverfahren und Sensorauswahl

Die Pendeldämpfungsregelung mit geschlossenem Regelkreis erweitert die Eingangsformung um eine Echtzeit-Rückführung des Pendelwinkels. Ein PD-Regler (proportional-derivativ) korrigiert die Geschwindigkeitsvorgabe. Das Regelsystem besteht aus drei Komponenten: Pendelwinkelsensor, Antischwingregler und Frequenzumrichter als Stellglied. Für die Pendelwinkelerfassung stehen zwei Verfahren zur Verfügung: die Encoder-Lösung (Montage eines Neigungs-Encoders oder eines 2D-Laserscanners am Haken zur direkten Messung des Drahtseilwinkels, Messbereich ±30°, Genauigkeit ±0,1°) sowie die visuelle Lösung (Montage einer Industriekamera am Kopfträger oder an der Laufkatze; die Bilderkennung ermittelt die Lastpositionsänderung und berechnet daraus Pendelwinkel und Abweichung, Genauigkeit ±5 mm).

Parametrierung des PD-Reglers: Der proportionale Verstärkungsfaktor Kp bestimmt die Korrekturintensität des Pendelwinkels (empfohlener Startwert 0,5–1,5; die Einheit entspricht der Geschwindigkeitszunahme des Frequenzumrichters pro Einheit der Korrekturgröße). Der derivative Verstärkungsfaktor Kd bestimmt die Dämpfungsintensität der Pendelwinkeländerungsrate (empfohlener Startwert 0,1–0,5; zu hohe Kd-Werte können hochfrequentes Rauschen verstärken). Begrenzung des Reglerausgangs: Die Geschwindigkeitskorrektur darf ±20 % der Maximalgeschwindigkeit nicht überschreiten. Anforderungen an die Regelgeschwindigkeit: Regelzyklus ≤50 ms, Abtastzyklus des Pendelwinkels ≤20 ms, PD-Berechnungszyklus ≤10 ms.

Der Vorteil des Regelkreisverfahrens liegt in der automatischen Kompensation externer Störgrößen wie Windlasten, Lastexzentrizität und elastischer Seildehnung. Kelude Schwerindustrie hat das Antischwingungs-Steuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis bereits in mehreren Projekten der Präzisionsmontage und in automatisierten Lageranlagen erfolgreich implementiert und verfügt über umfangreiche Datensätze und Parametrierungserfahrung aus diesen Einsätzen. Der Nachteil besteht im zusätzlichen Sensoraufwand und im höheren Rechenbedarf (empfohlen: S7-1500 oder dedizierte Steuerung). Das Verfahren eignet sich für hochpräzise Positionieraufgaben wie Präzisionsmontage, Kernkraft-Umschlag und automatisierte Lager. Der technische Leiter von Kelude Schwerindustrie ergänzt: „Der entscheidende Punkt bei der Pendeldämpfungsregelung mit geschlossenem Regelkreis ist die Abstimmung von Sensorauswahl und PD-Parametern auf die Gegebenheiten vor Ort. Wir empfehlen, auf der S7-1500-Plattform eine Doppelstruktur aus Positions- und Drehzahlregelkreis zu implementieren, bei der die Pendelwinkelabweichung direkt in eine Geschwindigkeitsvorgabe umgerechnet wird – das gewährleistet sowohl eine schnelle Regelantwort als auch die Vermeidung von Integrator-Sättigung.“

Pendeldämpfung: Umsetzung in der Praxis

Bei der industriellen Umsetzung eines Pendeldämpfungssystems für Brückenkrane sind folgende Punkte zu beachten. In der Systementwurfsphase müssen die Anforderungen der Normen FEM 1.001 für allgemeine Brückenkrane sowie GB/T 28264 – Sicherheitsüberwachungs- und Managementsystem für Hebezeuge erfüllt werden, um die Konformität von Maschinenstruktur, elektrischem System und Sicherheitsüberwachung sicherzustellen. Punkt 1 – Aktualisierung der Seillänge in Echtzeit: Das Impulsintervall der Eingangsformung muss dynamisch an die aktuelle Seillänge angepasst werden. Zwei Lösungen sind gängig: Der Bediener gibt die Seillänge vor jedem Hubvorgang über das HMI ein, oder die SPS berechnet die Seillänge automatisch aus der vom Encoder gemessenen Hubhöhe. Punkt 2 – Mehrstufengeschwindigkeit und Pendeldämpfung: An jedem Umschaltpunkt der Mehrstufen-Geschwindigkeitskurve müssen die Former-Impulse aufgeschaltet werden. Punkt 3 – Stabilität bei niedrigen Geschwindigkeiten: Unterhalb von 10 Hz kann der Korrekturimpuls des Antischwingungsalgorithmus instabil werden; in diesem Bereich wird empfohlen, die Pendeldämpfung zu deaktivieren oder auf reine Dämpfungsregelung umzuschalten. Punkt 4 – Kopplung von Kranbrücke und Katzfahrwerk: Bei gleichzeitigem Betrieb beider Fahrwerke entsteht eine zweidimensionale Pendelbewegung; für jedes Fahrwerk muss ein unabhängiger Antischwingungsalgorithmus implementiert werden.

Vergleich der Antischwingungsverfahren

Kelude Portalkran: Effiziente Lösungen für industrielles Heben

Kelude Heavy Industry hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von Portalkranen spezialisiert, die für anspruchsvolle Anwendungen in der Industrie, im Bauwesen und in der Logistik konzipiert sind. Unsere Krane vereinen hohe Tragfähigkeit mit präziser Steuerung und robuster Konstruktion, um einen sicheren und effizienten Materialfluss in Ihrem Betrieb zu gewährleisten.

Robuste Einzelträger- und Zweiträger-Portalkrane

Das Portfolio umfasst sowohl Einzelträger- als auch Zweiträger-Portalkrane, die je nach Einsatzbereich und Traglastanforderung optimale Lösungen bieten. Die Konstruktion erfolgt nach strengen Qualitätsstandards und ist auf Langlebigkeit sowie geringen Wartungsaufwand ausgelegt. Je nach Kundenwunsch sind die Krane mit verschiedenen Hubwerken, Fahrwerken und Steuerungssystemen ausgestattet.

Präzises Lastenhandling mit moderner Steuerungstechnik

Für ein sicheres und ergonomisches Arbeiten sind unsere Portalkrane mit modernen Steuerungssystemen ausgestattet. Optionale Funktionen wie Lastmomentbegrenzung, Sanftanlauf und Funkfernsteuerung erhöhen die Präzision und Sicherheit beim Handling empfindlicher oder schwerer Lasten. Die Steuerungstechnik entspricht den aktuellen europäischen Sicherheitsnormen und ermöglicht eine intuitive Bedienung.

Individuelle Konfiguration für spezifische Anforderungen

Jeder Einsatzort stellt unterschiedliche Anforderungen an einen Portalkran. Daher bieten wir umfangreiche Anpassungsmöglichkeiten: von der Spannweite und Hubhöhe über die Fahrschienenführung bis hin zu speziellen Lastaufnahmemitteln. Auch Sonderlösungen für extreme Umgebungsbedingungen, wie explosionsgeschützte Ausführungen oder den Einsatz im Freien, sind realisierbar.

Zuverlässigkeit und Service nach DIN-Standards

Die Konstruktion und Fertigung unserer Krane erfolgt in Anlehnung an die relevanten DIN-Normen (z. B. DIN 15018, FEM 1.001, FEM 1.001), um höchste Sicherheit und Betriebszuverlässigkeit zu gewährleisten. Unser Service-Team unterstützt Sie von der Planung über die Montage bis hin zur regelmäßigen Wartung und Inspektion – für eine maximale Verfügbarkeit Ihrer Anlage.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Welche Traglasten sind mit Kelude-Portalkranen möglich?
A: Die Tragfähigkeit variiert je nach Modell und Konfiguration. Wir bieten Lösungen von einigen Tonnen bis zu mehreren Hundert Tonnen für spezielle Schwertransporte an. Kontaktieren Sie uns für eine individuelle Beratung.

F: Sind die Krane für den Außeneinsatz geeignet?
A: Ja, viele unserer Portalkrane sind speziell für den Außeneinsatz konzipiert und mit entsprechendem Korrosionsschutz sowie wetterfesten Komponenten ausgestattet.

F: Bieten Sie auch Wartungsverträge an?
A: Ja, wir bieten maßgeschneiderte Wartungs- und Inspektionsverträge an, um einen langfristigen und sicheren Betrieb Ihrer Krananlage sicherzustellen.

F: Wie lange ist die Lieferzeit für einen Portalkran?
A: Die Lieferzeit hängt von der Komplexität und Konfiguration des Krans ab. Standardmodelle können oft innerhalb weniger Wochen geliefert werden, für Sonderanfertigungen planen Sie bitte mehr Zeit ein.

Häufige Fragen zur Pendeldämpfung