Brückenkran Sicherheitssystem: Sicherheitskreis & Kollisionsschutz
Kernpunkte Das Sicherheitsschutzsystem für Krane besteht aus drei Hauptkomponenten: ① Elektrischer Sicherheitskreis (redundanter Zweikanal, PL d~PL e, Not-Aus-Abschaltung ≤200 ms); ② Mechanische Sicherheitseinrichtungen (Überlastsicherung mit Gesamtabweichung ≤±5 %, Hubbegrenzer mit Auslösepunkt ≤20 mm, Fahrwegbegrenzer mit Puffer ≥1,5 m); ③ Schutz und Verriegelung (Innenbereich IP23/IP44, Außenbereich IP54/IP55, Erdung ≤4 Ω, Kollisionsschutz-Erfassung 0,5–20 m). Das System ist nach DIN 15018 und GB/T 28264-2017 ausgelegt; wird eine der drei Funktionen ausgelöst, stoppt der gesamte Kran.
Das Sicherheitsschutzsystem eines Krans besteht aus drei Hauptkomponenten: dem elektrischen Sicherheitskreis, mechanischen Sicherheitseinrichtungen sowie Schutz- und Verriegelungsfunktionen. Alle bei Kelude Schwerindustrie ausgelieferten Krane sind standardmäßig mit einem Sicherheitsschutzsystem gemäß DIN 15018 und GB/T 28264-2017 ausgestattet. Die Auslegung muss die Anforderungen der Norm DIN 15018 (Tragwerksberechnung für Krane), der Norm GB/T 28264-2017 (Sicherheitsüberwachungs- und Managementsystem für Hebezeuge) sowie der Norm GB/T 16855.1 (Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen) erfüllen. Dieser Artikel erläutert aus ingenieurtechnischer Sicht systematisch den Auslegungsprozess des Sicherheitssystems, die Auswahlparameter der Kernkomponenten und Lösungen für häufige Probleme.
Grundlagenwissen und häufige Fragen zum Sicherheitsschutz finden Sie im Ratgeber zum Sicherheitsschutz für Krane. Informationen zur Konfiguration des intelligenten Sicherheitsschutzsystems finden Sie im Konfigurationsleitfaden für das intelligente Sicherheitsschutzsystem für Brückenkrane. Eine Erläuterung der Norm GB/T 28264 für Sicherheitsüberwachungssysteme finden Sie unter Norm-Erläuterung GB/T 28264 für Sicherheitsüberwachungs- und Managementsysteme von Brückenkranen.
Die drei Hauptkomponenten des Sicherheitsschutzsystems für Krane
Elektrischer Sicherheitskreis mit redundanter Zweikanal-Struktur
Der Sicherheitskreis ist als redundante Zweikanal-Struktur aufgebaut – Hubbegrenzer, Überlastsicherung und Not-Aus verwenden jeweils zwei unabhängige Signalpfade, die nach einer UND-Logik verknüpft sind (das Ausgangssignal ist nur gültig, wenn beide Pfade fehlerfrei arbeiten). Bei einem Fehler in einem Kanal stoppt das System automatisch und meldet einen Fehlercode. Die Sicherheits-Leistungsstufe muss gemäß GB/T 16855.1 PL d~PL e erreichen (entspricht einer gefährlichen Ausfallwahrscheinlichkeit pro Stunde ≤10⁻⁷). Der Not-Aus-Taster ist als roter Pilzkopf mit Selbstverriegelung ausgeführt; die Zeit vom Betätigen bis zum Öffnen der Hauptkontakte des Schützes beträgt ≤200 ms. Als Sicherheitsrelais werden die Baureihen Pilz PNOZ oder SICK Flexi Classic empfohlen; der Kontaktstatus wird über LEDs angezeigt, und die Kontakte sind regelmäßig (vierteljährlich) auf Verschweißung zu prüfen.
Auswahl mechanischer Sicherheitseinrichtungen
Die Überlastsicherung wird gemäß GB/T 12602-2020 ausgelegt; die elektronische Gesamtabweichung beträgt ≤±5 %, und der Auslösepunkt wird auf 100 % bis 110 % der Nennlast eingestellt. Der Hubhöhenbegrenzer ist entweder als Seilzug-Schalter (einfach und zuverlässig, aber geringe Genauigkeit) oder als Spindel-Schalter (hohe Genauigkeit, lange Lebensdauer) ausgeführt. Er wird ausgelöst, wenn der leere Haken eine Position erreicht, die mindestens 2 Sicherheitswindungen auf der Trommel gewährleistet; die obere Abweichung des Auslösepunkts beträgt ≤20 mm. Für die Fahrweg-Endschalter von Kranbrücke und Laufkatze ist ein Pufferabstand von ≥1,5 m oder eine Berechnung nach Bremsweg × 1,25 vorzusehen. Die Windschienenklemme ist in manueller Ausführung für kleine und mittlere Spannweiten geeignet, in elektrischer Ausführung für große Spannweiten in Gebieten mit hohem Winddruck; die Klemmkraft wird mit dem 1,5-fachen der Bemessungswindlast berechnet.
Schutzart und Erdungsschutz für den elektrischen Betrieb
Der elektrische Schutz erfolgt gemäß GB/T 4208-2017: In Innenräumen mit normalen Temperaturen wird IP23 (Schutz gegen Fremdkörper ≥12,5 mm) oder IP44 (Schutz gegen Fremdkörper ≥1 mm und Spritzwasser) gewählt; im Außenbereich wird IP54 (Staubschutz und Spritzwasserschutz) oder IP55 (Staubschutz und Strahlwasserschutz) verwendet; in Umgebungen mit Staub, Holzspänen oder Keramikstaub ist IP6X (vollständiger Staubschutz) in Verbindung mit IP65 (Strahlwasserschutz) erforderlich. Der Erdungsschutz erfolgt über ein TN-S-System mit Drehstrom und fünf Leitern; alle Metallgehäuse werden an den PE-Leiter angeschlossen, der Erdungswiderstand beträgt ≤4 Ω (gemessen mit einem Erdungsmessgerät ZC-8). Als Erdungssammelschiene wird verzinkter Flachstahl 40×4 oder eine Kupferleitung mit ≥16 mm² verwendet; die Schweißlänge beträgt ≥100 mm.
Kollisionsschutz und Sicherheitsüberwachungssystem
Beim Betrieb mehrerer Brückenkrane in derselben Kranbahn ist ein Antikollisionssystem erforderlich. Sensorauswahl: Laserscanner (hohe Genauigkeit, 10–20 m), Infrarot (mittlere Genauigkeit, 5–15 m), Ultraschall (geringe Genauigkeit, aber unempfindlich gegen Staub, 0,5–5 m). Das Sicherheitsüberwachungssystem erfasst gemäß GB/T 28264-2017 in Echtzeit Parameter wie Tragfähigkeit, Hubhöhe, Verfahrweg und Windgeschwindigkeit (im Außenbereich); die Daten werden mindestens 72 h gespeichert. Das Überwachungssystem ist mit dem Sicherheitskreis verknüpft: Wird eine Sicherheitseinrichtung ausgelöst, protokolliert das System das Ereignis und gibt einen Sprachalarm aus.
| Sicherheitseinrichtung | Bauart | wesentlich Parameter | Anwendung Norm |
|---|---|---|---|
| Sicherheitsrelais | Redundanz Zweikanal | PL d~PL e, Abschaltung≤200ms | GB/T 16855.1 |
| Überlastsicherung | elektronisch/Maschinenelektronisch | Gesamtfehler≤±5%, Alarm110% | GB/T 12602-2020 |
| Hubhöhenbegrenzer | Gewichtsausführung/Spindelausführung | Ansprechpunkt Abweichung≤20mm | Norm DIN 15018 |
| Fahrbegrenzer | Hebelausführung/Kurvenausführung | Puffer≥1.5moder Bremsweg×1.25 | Norm DIN 15018 |
| Windschienenklemme | Manuell/Elektrisch | Klemmkraft≥1.5Windlastfaktor | Norm DIN 15018 |
| Kollisionsschutz | Laser/Infrarot/Ultraschall | Erkennung Abstand0.5~20m | GB/T 28264 — Sicherheitsüberwachungs- und Managementsystem-2017 |
Empfohlene Normen
• DIN 15018 – Krane; Berechnungsgrundlagen für Stahltragwerke
• FEM 1.001 – Krane; Begriffe, Teil 6: Schienenkrane
• FEM 1.001 – Krane; Begriffe, Teil 7: Schwimmkrane
Häufige Fragen zu Sicherheit und Schutzart bei Portalkranen
F: Können Sicherheitsrelais und Standardrelais gegeneinander ausgetauscht werden?
A: Auf keinen Fall. Sicherheitsrelais verfügen über zwangsgeführte Kontakte (stellen sicher, dass Schließer und Öffner nicht gleichzeitig geschlossen sind) sowie eine Selbstüberwachungsfunktion. Standardrelais können bei Kontaktverschweißung oder -verklemmung versagen und in Sicherheitskreisen zu schweren Unfällen führen. In Sicherheitskreisen müssen zertifizierte Sicherheitsrelais eingesetzt werden.
F: Welche Schutzart ist für einen Außen-Portalkran erforderlich?
A: Der Elektroschrank benötigt mindestens IP55 (Staubschutz + Strahlwasserdicht). In Küstennähe oder bei hoher Luftfeuchtigkeit wird IP65 empfohlen (Staubschutz + starkes Strahlwasser). Motoren sollten mindestens IP54 aufweisen, Anschlussdosen mit Dichtungsmasse abgedichtet werden. Im Schaltschrank ist ein Heiz-Entfeuchter (Leistung 50–100 W, automatische Aktivierung bei Luftfeuchtigkeit ≥ 70 %) zu installieren, um Kondenswasserbildung und Kurzschlüsse zu vermeiden.
F: Reicht eine Toleranz von 5 % bei der Überlastsicherung in der Praxis aus?
A: Die nach DIN 15018 geforderte Gesamttoleranz von ≤ ±5 % bezieht sich auf die gesamte Messkette einschließlich Sensor, Messumformer und Monitor. Bei Kelude Schwerindustrie wird die Werkskalibrierung auf ±3 % begrenzt. Die Auslösepunkte (Alarm/Abschaltung) werden auf 105 % bis 108 % der Nennlast eingestellt – dies gewährleistet Sicherheit, ohne dass häufige Stillstände durch geringfügige Überlast die Produktion beeinträchtigen.
F: Wie groß muss der Sicherheitsabstand tatsächlich sein?
A: Sicherheitsabstand = Bremsweg × 1,25 + Pufferhub. Kelude Schwerindustrie berechnet den Sicherheitsabstand bei der Werksabnahme anhand der tatsächlichen Parameter und gibt ihn auf dem Typenschild an. Beispiel für einen Portalkran mit 32 t/30 m: Kranfahrgeschwindigkeit v = 25 m/min ≈ 0,417 m/s, Bremsverzögerung a = 0,2 m/s², Systemreaktionszeit t = 0,1 s, Bremsweg = v²/(2a) + t × v = 0,434 + 0,042 = 0,476 m. Sicherheitsabstand = 0,476 × 1,25 + 0,3 (Pufferhub) = 0,895 m, in der Praxis ≥ 1 m. Aufgrund des höheren Eigengewichts von Portalkranen wird hier ≥ 1,5 m empfohlen.
