Präzisionshub mit Schleichgang für Brückenkrane
Kelude Schwerindustrie: Feinhubkonzept für Brückenkrane
Umbaukonzept für frequenzgesteuerte Feinhübe mit geschlossenem Regelkreis für präzise Montage- und Positionieraufgaben. Einsatz eines Inovance MD500 Frequenzumrichters (Vektorregelung mit geschlossenem Regelkreis + PG-Karte mit Encoder-Rückmeldung) in Verbindung mit einer Siemens S7-1200 SPS. Realisiert werden eine stufenlose Hubgeschwindigkeit von 0,5–12 m/min, ein Schleichgang von 0,5–2 m/min, eine sanfte Steuerung mit kurvenförmiger Beschleunigung und Verzögerung sowie eine Positioniergenauigkeit von ±1–3 mm. Bestehender Hubmotor, Getriebe und Bremse können beibehalten werden; umgerüstet werden nur das Antriebssystem und der elektrische Schaltschrank. Die Umbauzeit beträgt 3–5 Tage. Bereits bei 68 Brückenkranen in 22 Unternehmen in China umgesetzt, mit einer Effizienzsteigerung von ca. 45 %.
Kelude Schwerindustrie gibt die offizielle Einführung des Feinhubkonzepts für Brückenkrane bekannt. Dieses Konzept richtet sich an Anwendungen mit strengen Anforderungen an Hubgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit, wie z. B. Werkzeugmontage, Motormontage, Präzisionsgeräteinstallation und Handhabung von Kernbrennstoffen. Durch den Einsatz von Frequenzumrichter-Technologie mit geschlossenem Regelkreis und Encoder-Rückmeldung wird die minimale Hubgeschwindigkeit herkömmlicher Brückenkrane von bisher 1,5–3 m/min (Zweigang) auf 0,5 m/min gesenkt, während gleichzeitig die Anfahr- und Stopp-Stabilität sowie die Positioniergenauigkeit deutlich verbessert werden.
Die folgenden Daten basieren auf dem Anwendungshandbuch für den Inovance MD500 Frequenzumrichter (Nr. 19001530-AQ, Rev. 10, März 2024, S. 89 Tabelle zur Regelgenauigkeit der Vektorregelung, S. 122 Anschlusshinweise PG-Karte), dem Datenblatt des OMRON E6B2-CWZ6C Inkrementalgebers (CSM_E6B2-CWZ6C_DS_J_3_2, OMRON, 2023), dem Handbuch zur Bewegungssteuerung der Siemens S7-1200 (A5E04945111-AQ, 2024, S. 56 Parametererläuterung S-Kurve), der Norm ISO 12480-1:1997 „Krane – Sicherheit – Nutzung – Teil 1: Allgemeines“ (S. 14, Tabelle A.1 Beschleunigungsgrenzwerte) sowie der Betriebsdatenbank von 22 Kelude-Umbauprojekten (Januar 2022 bis Juni 2026, Projektnummern KL-MS-2022-001 bis 022).
Kern der technischen Lösung
Der Kern des Feinhubkonzepts besteht darin, unter Beibehaltung des vorhandenen Hubmotors (geeignet für Schleifringläufer- und Kurzschlussläufer-Asynchronmotoren) und des Getriebes die offene bzw. gestufte Drehzahlregelung durch eine Vektorregelung mit geschlossenem Regelkreis und Encoder-Rückmeldung zu ersetzen.
Systemkonfiguration: Inovance MD500T Frequenzumrichter (Leistungsauswahl basierend auf der Nennleistung des vorhandenen Motors; MD500T45GB-NA für 45 kW und darunter, MD500T75GB-NA für über 45 kW; Regelgenauigkeit im Modus mit geschlossenem Regelkreis ±0,05 %, gemäß Handbuch S. 89, Tabelle 6-1) + Inkrementalgeber (OMRON E6B2-CWZ6C, Auflösung 1024 P/R, A/B/Z-Differenzausgang, maximale Antwortfrequenz 100 kHz, gemäß OMRON CSM_E6B2-CWZ6C_DS_J_3_2, S. 2, technisches Datenblatt) + PG-Karte (Inovance MD34PG01, unterstützt ABZ-Differenzeingang, maximale Antwortfrequenz 500 kHz, gemäß Inovance MD500 Handbuch S. 122, Tabelle 7-2) + Siemens S7-1200 SPS (realisiert kurvenförmige Beschleunigungs-/Verzögerungssteuerung, Mehrfachgeschwindigkeits-/Analogwert-Sollwertvorgabe und PROFINET-Kommunikation). Regelgenauigkeit der Geschwindigkeit: ±0,05 % der Nennfrequenz (Modus mit geschlossenem Regelkreis), Regelbereich 1:1000.
Steuerung mit kurvenförmiger Beschleunigung
Bei herkömmlichen Brückenkranen wird die Hubgeschwindigkeit als Sprungfunktion vorgegeben (feste Frequenz direkt an den Frequenzumrichter), was beim Anfahren und Stoppen zu Beschleunigungsstößen (Δa=0,3–0,5 m/s²) und starkem Pendeln der Last führt. Das Feinhubkonzept implementiert die S-Kurven-Steuerung im SPS-Programm: Die Beschleunigung steigt linear von 0 auf einen voreingestellten Maximalwert (z. B. 0,1 m/s²), bleibt dann konstant und nimmt anschließend linear wieder auf 0 ab. Der Ruck (Jerk) ist im Bereich von 0,05–0,2 m/s³ einstellbar (gemäß ISO 12480-1:1997, Tabelle A.1, empfohlene Beschleunigungsgrenzwerte für die Pendelkontrolle: ≤0,1 m/s² für präzises Heben, ≤0,3 m/s² für allgemeines Heben; sowie gemäß Siemens S7-1200 Handbuch zur Bewegungssteuerung, A5E04945111-AQ, 2024, S. 57, Beispiel: Jerk=0,1 m/s³ entspricht einer Beschleunigungszeit von ca. 3,5 s für die S-Kurve). Die gemessene Beschleunigungszeit für die S-Kurve beträgt ca. 2–3 Sekunden (Standardmodus) bzw. 4–6 Sekunden (Präzisionsmodus). Die Pendelbewegung der Last während des Anfahrens und Stoppens beträgt ≤±5 mm (bei herkömmlicher Sprungvorgabe ca. ±30–50 mm).
Einsatzbereiche und Konfigurationen
Das Feinhubkonzept bietet drei Standardkonfigurationen:
Umbau-Ergebnisse im Überblick
Statistische Auswertung von 68 abgeschlossenen Umbauprojekten:
Referenzprojekte aus der Praxis
In der Montagehalle eines Präzisionsmaschinenherstellers werden zwei QD-Typ Zweiträger-Brückenkrane mit 20 t Tragfähigkeit (Projekt-Nr. KL-MS-2025-015) eingesetzt. Die Krane waren ursprünglich mit einem Zweigangmotor (8 m/min / 2 m/min) ausgestattet und dienen dem Heben und Transportieren von Spindelstöcken (8–12 t) während der Montage. Vor dem Umbau: Die Langsamfahrt mit 2 m/min verursachte beim Positionieren starke Stoßbelastungen; zwei Monteure mussten die Last manuell nachjustieren. Eine einzelne Positionierung dauerte ca. 8–12 Minuten. Monatlich kam es zu etwa 1–2 Anstoßschäden am Spindelstock (Wartungskosten ca. 3.000–8.000 ¥ pro Vorfall). Nach dem Umbau (Präzisionsmontage-Version: 72.000 ¥/Stück × 2 = 144.000 ¥): Der Schleichgang mit 0,5 m/min und S-Kurven-Anlauf ermöglicht ein ruckfreies Positionieren mit einer Genauigkeit von ±1 mm. Die Positionierzeit reduziert sich auf ca. 2–3 Minuten, Anstoßschäden wurden auf null reduziert. Die jährlichen Einsparungen belaufen sich auf ca. 66.000 ¥ (vermiedene Wartungskosten) + ca. 82.000 ¥ (eingesparte Montagearbeitszeit) = 148.000 ¥, was einer Amortisationszeit von ca. 11,7 Monaten entspricht.
Technische Parameter im Vergleich
| Vergleichsmerkmal | UmbauVorher(Zweigang/Offener Regelkreis) | UmbauNachher(FrequenzumrichterLangsamfahrt im geschlossenen RegelkreisFeinbewegung) |
|---|---|---|
| MinimumHubgeschwindigkeit | 1.5~3m/min(ZweigangNiedrige Geschwindigkeitsstufe) | 0.5m/min(≤0.1m/minSonderanfertigung) |
| DrehzahlregelungVerfahren | Stufenweise2~3Niedrige Geschwindigkeitsstufe | Stufenlos0~12m/minKontinuierlich einstellbar |
| GeschwindigkeitRegelgenauigkeit | ±1Hz(Offener RegelkreisV/F) | ±0.05Hz(Vektorregelung im geschlossenen Regelkreis+PG) |
| Positioniergenauigkeit | ±10~20mm | ±1~3mm |
| Anfahr-/StopppendelnAusladung | ±30~50mm | ≤±5mm(SKennlinie) |
| Positionierzeit pro Vorgang | 45~90s | 8~20s |
| Kollisionsvorfälle pro Monat | 1~2Vorfälle(Verursacht durch Betriebsstöße) | 0Vorfälle |
| Frequenzumrichter | Keine | InovanceMD500Serienmäßige Vektorregelung im geschlossenen Regelkreis |
| Encoder / Drehgeber | Keine | OmronE6B2-CWZ6C 1024P/R |
| Steuerungsart | Nockenschalter/Schütz | S7-1200 SPS + SKennlinie |
| BereitsUmbauStückzahl | — | 22Unternehmen / 68Stück |
Weitere Informationen: Intelligente Aufrüstung des Kransteuerschranks bei Kelude – Von Relais zu SPS + Frequenzumrichter-Integration, Auswahl und Inbetriebnahme von Kran-Frequenzumrichter-Antriebssystemen: Technischer Vergleich G120/ACS880/ATV930
Häufige Fragen zur Kran-Umrüstung
F: Ist das Schleichgang-Konzept für alle Brückenkrane geeignet?
A: Ja. Voraussetzung ist ein Hubwerk mit Asynchronmotor und Getriebe – über eine Umrüstung des Antriebssystems lässt sich der Schleichgang bei jedem dieser Krane realisieren. Die bisher umgerüsteten 68 Krane umfassen den LD-Typ (5–10 t, 22 Stück), den LH-Typ (10–20 t, 18 Stück) und den QD-Typ (16–100 t, 28 Stück). Bei Kranen mit Hubhöhe > 30 m oder Hubgeschwindigkeit > 20 m/min wird der Schleichgang als Zusatzfunktion überlagert, ohne die Leistung im Schnellgang zu beeinträchtigen.
F: Wird die vorhandene Hubgeschwindigkeit nach der Umrüstung beeinflusst?
A: Nein. Das System bietet eine Umschaltung zwischen den Betriebsarten „Schnell“ und „Langsam“, die der Bediener per HMI Touchscreen oder Fernsteuerung per Tastendruck vornimmt. Im Schnellgang bleibt die Nenngeschwindigkeit unverändert erhalten (z. B. 8 m/min); im Langsamgang wird eine S-Kurven-Feinbewegung (0,5–2 m/min) aktiviert. Traglastbegrenzung und Sicherheitsschutz sind in beiden Betriebsarten identisch.
F: Wo wird der Encoder montiert und ist die Schutzart ausreichend?
A: Der Inkrementalgeber wird über eine Elastische Kupplung auf der Nicht-Antriebsseite der Hubmotorwelle montiert (oder auf der Schnelllaufwelle des Getriebes). Er ist mit einer Edelstahl-Schutzabdeckung (IP65) und einem Rundsteckverbinder ausgestattet. Die Signalleitung des Encoders ist als doppelt geschirmtes Paar ausgeführt (LAPP UNITRONIC LiYCY 4×0,34 mm²) und wird mit einem Mindestabstand von ≥ 300 mm zu den Stromkabeln des Frequenzumrichters verlegt. In den bisherigen Projekten liegt die Ausfallrate der Encoder bei < 0,5 Vorfällen pro Jahr.
F: Ändert sich die Bedienungsart nach der Umrüstung?
A: Die Bedienungsart bleibt unverändert (Fernsteuerung, Bedienpult oder Bodenbedienung). Neu hinzu kommt ein HMI Touchscreen zum Umschalten zwischen Schnell- und Langsamgang, zur Parametrierung der S-Kurve (Beschleunigung/Ruck) und zur Anzeige der Ist-Geschwindigkeit. Im Langsamgang wird der Hubtaster an Fernsteuerung bzw. Bedienpult zum Tippbetrieb (eine Betätigung hebt/senkt ca. 2–5 mm, abhängig vom Geschwindigkeitssollwert) – für präzises Positionieren der Last. Die Einweisung des Bedienpersonals dauert ca. 1 Stunde.
