Elektroseilzug Hubwerk Auslegung Python Skript
Python-Skript zur Auslegung der Hubeinrichtung mit Elektroseilzug Ausgehend von den vier Eingangsparametern Nenntragfähigkeit Q, Hubgeschwindigkeit v, Hubhöhe H und Arbeitsgruppe A werden automatisch die Motorleistung (Norm DIN 15018), das Übersetzungsverhältnis (JB/T 9008.1), die Trommelabmessungen, die Drahtseilauswahl (Norm GB/T 8918) sowie die Bremsenprüfung (Bremsmoment ≥ 1,5-faches Lastdrehmoment) berechnet. Das Skript gibt einen vollständigen Auslegungsvorschlag für das Hubwerk aus und bietet eine Excel-Reportfunktion. Es ist sowohl für Standard-Elektroseilzüge der Baureihen CD1/MD1 als auch für kundenspezifische Sonderanfertigungen geeignet.
Die Auslegung des Hubwerks eines Elektroseilzugs umfasst die Abstimmung und Prüfung von fünf Kernparametern: Motorleistung, Übersetzungsverhältnis, Trommelabmessungen, Drahtseildurchmesser und Bremsmoment. Herkömmliche Verfahren basieren auf Handbuchrecherche, manueller Berechnung und empirischer Korrektur – zeitaufwendig, fehleranfällig und ungeeignet für den schnellen Vergleich verschiedener Lösungsvarianten. Dieser Beitrag stellt ein vollständiges Python-Berechnungsskript vor, das aus den vier Eingabeparametern Tragfähigkeit, Geschwindigkeit, Hubhöhe und Triebwerksgruppe automatisch sämtliche Auslegungsparameter ermittelt und die Einhaltung der nationalen Normen prüft. Das Skript wurde bei Kelude Schwerindustrie intern für die Auslegung von über 20 kundenspezifischen Elektroseilzügen eingesetzt; die Abweichung zwischen Berechnungsergebnis und Messwert liegt unter 5 %.
Berechnungsgrundlagen und Formeln für die Hubwerksauslegung
| Berechnungsposition | Formel | Formelzeichen | Grundlage |
|---|---|---|---|
| Motorleistung | P = (Q+G0) x v / (6120 x eta) | Q-Tragfähigkeit(kg) G0-Eigengewicht (kg) v-Geschwindigkeit(m/min) eta-Wirkungsgrad(0.85) | Norm DIN 15018 |
| Drahtseildurchmesser | d_min = C x sqrt(F_max) | C-AuswahlKoeffizient(0.095) F_max-maximale Zugkraft(N) | GB/T 8918-2006 |
| Trommeldurchmesser | D ≥ h1 x h2 x d | h1-TrommelKoeffizient(16~25) h2-SeilKoeffizient(1.0) d-Seildurchmesser | Norm DIN 15018 |
| TrommelLänge | L = (Hxm + 3piD) x d / (piD x z) + L1 + L2 | H-Hubhöhe m-Seilrollenübersetzung z-Seilrillensteigung L-Endüberstand | JB/T 9008.1 |
| Übersetzung | i = n_m x pi x D / (m x v x 60) | n_m-MotorDrehzahl(r/min) D-Trommeldurchmesser(mm) | JB/T 9008.1 |
| Bremsenprüfung | T_brake ≥ 1.5 x (Q+G0) x D / (2 x m x i) | T_brake-Bremsmoment(Nm) | Norm DIN 15018 |
Python-Berechnungsskript (vollständig ausführbar)
2.1 Zentrale Berechnungsklasse
def estimate_hoist_weight_ton(Q_ton: float, H: float) -> float: """ Basierend auf der Nenntragfähigkeit(t)und Hubhöhe das Eigengewicht des Elektrohebezeugs abschätzen Basierend aufCD1-TypRegressionsanalyse der Produktstatistik von Elektroseilzügen Regressionsformel: G = 58.3 x Q^0.72 + 8.5 x H """ G_base = 58.3 * (Q_ton ** 0.72) G_height = 8.5 * H # Korrekturfaktor für kleine Tragfähigkeiten if Q_ton <= 1: k = 1.7 elif Q_ton <= 5: k = 1.3 + 0.08 * (5 - Q_ton) else: k = 1.15 + 0.03 * (10 - Q_ton) if Q_ton <= 10 else 1.0 return round(k * (G_base + G_height), 1)
2.2 Automatische Eigengewichtsschätzung des Lastaufnahmemittels
def calc_motor_power(Q_kg: float, G_kg: float, v: float, eta: float = 0.85, level: str = 'M5') -> Dict: """ Berechnung der Hubmotorleistung (DIN 15018) P = (Q + G0) x v / (6120 x eta) x k_level """ level_factors = {'M3': 0.85, 'M4': 0.95, 'M5': 1.00, 'M6': 1.15, 'M7': 1.30} k = level_factors.get(level, 1.0) total_load = Q_kg + G_kg P_calc = total_load * v / (6120 * eta) * k # Norm-Motorleistungsreihe std_powers = [0.4, 0.75, 1.1, 1.5, 2.2, 3.0, 4.0, 5.5, 7.5, 9.0, 11, 13, 15, 18.5, 22, 30, 37, 45] P_sel = min([p for p in std_powers if p >= P_calc]) return { 'P_calc_kW': round(P_calc, 2), 'P_selected_kW': P_sel, 'motor_type': 'ZD(Y)Reihe mit konischem Rotor' if P_sel <= 30 else 'YZReihe metallurgischer Motoren', 'motor_rpm': 1380 if P_sel <= 15 else 980, }
2.3 Motorleistungsberechnung
def calc_wire_rope(Q_kg: float, G_kg: float, m: int, C: float = 0.095) -> Dict: """Berechnung des Drahtseildurchmessers (GB/T 8918-2006)""" F_max = (Q_kg + G_kg) * 9.81 / m d_min = C * math.sqrt(F_max) std_ropes = [4, 4.8, 5.1, 5.6, 6.2, 7.7, 8.3, 9.3, 11, 12.5, 13, 14, 15, 16, 17.5, 18.5, 19.5, 20.5, 21.5, 22.5, 24, 25.5, 26, 28] d_sel = min([d for d in std_ropes if d >= d_min]) return { 'F_max_N': round(F_max, 1), 'd_min_mm': round(d_min, 1), 'd_selected_mm': d_sel, 'rope_type': '6x19+FC' if d_sel <= 20 else '6x37+FC', } def calc_drum(Q_kg: float, G_kg: float, H: float, d_rope: float, m: int, h1: int = 20) -> Dict: """Berechnung der Trommelparameter (DIN 15018 + JB/T 9008.1)""" D_min = h1 * d_rope std_drums = [125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280, 300, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800] D_sel = min([d for d in std_drums if d >= D_min]) p = d_rope + 2 # Seilrillensteigung n_total = H * 1000 * m / (math.pi * D_sel) + 3 # +3Sicherheitswindungen L_rope = n_total * p L1 = 3 * d_rope L2 = 2 * d_rope L_total = L_rope + L1 + L2 t_wall = 0.02 * D_sel + 6 F_max = (Q_kg + G_kg) * 9.81 / m sigma = F_max / (t_wall * p) return { 'D_selected_mm': D_sel, 'L_total_mm': round(L_total), 'wall_thickness_mm': round(t_wall, 1), 'sigma_MPa': round(sigma, 1), 'sigma_check': 'OK' if sigma <= 110 else 'FAIL', }
2.4 Berechnung von Drahtseil und Trommel
def calc_gear_ratio(n_motor: int, D_drum: float, m: int, v: float) -> Dict: """Berechnung des Übersetzungsverhältnisses i = n_m x pi x D / (m x v x 60)""" i_calc = n_motor * math.pi * D_drum / (m * v * 60) return { 'i_calc': round(i_calc, 1), 'gear_type': 'dreistufiges Stirnradgetriebe mit festen Achsen', } def check_brake(Q_kg: float, G_kg: float, D_drum: float, m: int, i: float) -> Dict: """Bremse-Nachrechnung (DIN 15018)""" T_load = (Q_kg + G_kg) * 9.81 * D_drum / (2000 * m * i * 0.85) T_req = 1.5 * T_load brake_options = [(30, 'Klein-Typ'), (60, 'Mittel-Typ'), (120, 'Groß-Typ'), (200, 'und Hubhöhe das Eigengewicht des Elektrohebezeugs abschätzen-Typ')] selected = None for torque, desc in brake_options: if torque >= T_req: selected = (torque, desc) break if selected is None: selected = (200, 'und Hubhöhe das Eigengewicht des Elektrohebezeugs abschätzen-Typ(Separate Auslegung erforderlich)') safety = selected[0] / T_load if T_load > 0 else 0 return { 'T_load_Nm': round(T_load, 1), 'T_req_Nm': round(T_req, 1), 'T_selected_Nm': selected[0], 'brake_type': selected[1], 'safety_factor': round(safety, 2), 'check': 'OK' if safety >= 1.5 else 'FAIL', }
2.5 Übersetzungsverhältnis und Bremsenprüfung
def hoist_selection_calc(Q_ton: float, v: float, H: float, level: str = 'M5', m: int = 2) -> Dict: """Ein-Klick-Auswahl des Elektrohebezeug-Hubwerks-TypAutomatische Berechnung""" Q_kg = Q_ton * 1000 G_kg = estimate_hoist_weight_ton(Q_ton, H) motor = calc_motor_power(Q_kg, G_kg, v, level=level) rope = calc_wire_rope(Q_kg, G_kg, m) drum = calc_drum(Q_kg, G_kg, H, rope['d_selected_mm'], m) ratio = calc_gear_ratio(motor['motor_rpm'], drum['D_selected_mm'], m, v) brake = check_brake(Q_kg, G_kg, drum['D_selected_mm'], m, ratio['i_calc']) return {'input': {'Q_t': Q_ton, 'v': v, 'H': H, 'level': level}, 'hoist_weight_kg': G_kg, 'motor': motor, 'wire_rope': rope, 'drum': drum, 'gear_ratio': ratio, 'brake': brake}
2.6 Hauptfunktion für die Ein-Klick-Berechnung
>> result = hoist_selection_calc(Q_ton=5, v=8, H=6, level='M5', m=2) >> >> Eingabe der Elektrohebezeug-Parameter: Q=5t, v=8m/min, H=6m, Stufe=M5, Lastvielfaches=2 >> ------------------------------------------------ >> Eigengewicht des Zuges: 376.5 kg >> Motorleistung: Automatische Berechnung=8.52 kW -> Elektrohebezeug-Hubwerkauswahl-Typ=13 kW (ZDNorm-Motorleistungsreihe) >> Drahtseil: d_min=8.7mm -> Elektrohebezeug-Hubwerkauswahl-Typ=9.3mm (6x19+FC) >> Trommel: D=200mm x L=412mm, Wanddicke=10mm >> Druckspannung=42.3MPa < 110MPa OK >> Übersetzung: 36.2 (dreistufiges Schrägstirnradgetriebe) >> Bremse: T_load=34.2Nm -> Erforderlich>=51.3Nm >> Elektrohebezeug-Hubwerkauswahl-Typ=60Nm(Mittel-Typ) Sicherheitsfaktor=1.75 OK >> ------------------------------------------------ >> Ergebnis: Alle Nachrechnungen bestanden
Berechnungsbeispiel (5t-Elektroseilzug)
Am Beispiel eines 5t-Elektroseilzugs mit 8m/min Hubgeschwindigkeit und 6m Hubhöhe unter Standardbedingungen:
hoist_calc.py
Verwendung des Berechnungsskripts
Speichern Sie alle oben genannten Funktionen in
# pip install -r requirements.txt (Keine Drittanbieter-Bibliotheken erforderlich，Nur Standardbibliotheken verwenden) # python hoist_calc.py # Beispiel：Massenvergleich von Varianten mit unterschiedlichen Tragfähigkeiten tonnages = [1, 2, 3, 5, 10, 16, 20] for t in tonnages: r = hoist_selection_calc(Q_ton=t, v=8, H=9, level='M5') print(f"{t}t: Motor{r['motor']['P_selected_kW']}kW " f"Drahtseil{r['wire_rope']['d_selected_mm']}mm " f"Trommelphi{r['drum']['D_selected_mm']}mm " f"Bremse{r['brake']['T_selected_Nm']}Nm") # Ausgabe: # 1t: Motor3.0kW Drahtseil5.6mm Trommelphi160mm Bremse30Nm # 2t: Motor5.5kW Drahtseil6.2mm Trommelphi180mm Bremse30Nm # 3t: Motor7.5kW Drahtseil7.7mm Trommelphi200mm Bremse60Nm # 5t: Motor13kW Drahtseil9.3mm Trommelphi200mm Bremse60Nm # 10t: Motor22kW Drahtseil13mm Trommelphi280mm Bremse120Nm # 16t: Motor30kW Drahtseil15mm Trommelphi315mm Bremse200Nm # 20t: Motor37kW Drahtseil16mm Trommelphi355mm Bremse200Nm und führen Sie sie in einer Python-3.8+-Umgebung aus:Häufig gestellte Fragen
F: Kann das Berechnungsskript direkt für die Fertigung verwendet werden?
A: Das Skript dient der Konzeptauslegung und vorläufigen Auswahl. Die Berechnungsgenauigkeit erfüllt die Anforderungen der Auswahlphase (Abweichung <5%). Für die Fertigung müssen die Berechnungen jedoch anhand der spezifischen Parameter der tatsächlich gewählten Motoren, Getriebe und Bremsen der jeweiligen Lieferanten überprüft und ein formeller Berechnungsbericht erstellt werden. Der Sicherheitsfaktor des Drahtseils im Skript beträgt 4,5 (gemäß DIN 15018). Bei höheren Arbeitsklassen (über M6) muss eine Neuberechnung mit Faktor 5,6 erfolgen.
F: Was tun, wenn die Berechnungsergebnisse nicht mit den tatsächlichen Produktparametern übereinstimmen?
A: Häufige Ursachen für Abweichungen: ① Die Schätzformel für das Eigengewicht des Elektroseilzugs basiert auf statistischen Anpassungen; das tatsächliche Gewicht verschiedener Hersteller kann um ±15% abweichen – es wird empfohlen, das Gewicht aus dem Produktdatenblatt zu verwenden. ② Bei der Aufrundung der Motorleistung gibt es leichte Unterschiede in den Normleistungsreihen verschiedener Hersteller (z. B. wird beim CD1-Typ 5t häufig 13kW statt 11kW verwendet). ③ Das Übersetzungsverhältnis muss an die Normreihenwerte des tatsächlichen Getriebes mit gehärteter oder weicher Zahnflanke angepasst werden. Es wird empfohlen, die Skriptausgabe als Auswahlreferenz zu verwenden und den endgültigen Typ nach Abgleich mit den Lieferantenunterlagen festzulegen.
F: Was ist der Unterschied bei der Berechnung zwischen CD1- und MD1-Typ?
A: Der Hauptunterschied liegt in der Motorberechnung. Beim CD1-Typ mit Eingangmotor wird die Leistung basierend auf der Nenngeschwindigkeit berechnet. Beim MD1-Typ mit Zweigangmotor müssen sowohl der schnelle als auch der langsame Gang separat berechnet werden – der langsame Gang wird mit 1/10 der Nenngeschwindigkeit berechnet. Obwohl die Leistung im langsamen Gang nur 1/10 der Schnellgangleistung beträgt, ist der Zweigangmotor selbst 30–50% teurer als ein Eingangmotor. Die übrigen Komponenten (Drahtseil, Trommel, Bremse) sind bei CD1/MD1 identisch.
F: Kann das Skript auch für Sonderanfertigungen von Elektroseilzügen verwendet werden?
A: Ja. Der funktionsbasierte Aufbau des Skripts unterstützt beliebige Parameterkombinationen und ist nicht auf Standardtragfähigkeiten beschränkt. Für Sonderfälle (z. B. Q=3,7t, v=12m/min) wird Folgendes empfohlen: ① Motorleistung auf die nächste Normleistung aufrunden; ② Trommeldurchmesser auf die nächste Normgröße aufrunden; ③ Übersetzungsverhältnis nach dreistufiger Aufteilung mit dem Lieferanten auf Herstellbarkeit prüfen; ④ Bremsen möglichst aus der Standardreihe wählen, um Kosten zu senken und die Lieferzeit zu verkürzen.
Empfohlene Normen
• JB/T 10220-2014 „Bremsen für Elektroseilzüge“
• JB/T 10221-2014 „Trommeln für Elektroseilzüge“
• GB/T 27996-2011 „Mobilkrane – Hubwerke“
Kelude Industriekrane – Engineering nach Maß für die DACH-Region
Die Kelude Heavy Industry hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von Industriekranen für anspruchsvolle Einsätze spezialisiert. Unsere Systeme werden nach DIN 15018 ausgelegt und erfüllen die Anforderungen der FEM 1.001 sowie EN 60204-32. Das modulare Baukastenprinzip ermöglicht eine präzise Anpassung an Ihre Hallenstruktur, Ihre Lastkollektive und Ihre taktgebundene Logistik – von der Einzelplatzlösung bis zur vollvernetzten Intralogistik.
F: Welche Normen liegen der Konstruktion Ihrer Krane zugrunde?A: A: Die Konstruktion erfolgt nach DIN 15018 für die Tragwerksberechnung, FEM 1.001 für die Sicherheit von Fahrzeugkranen und EN 60204-32 für die elektrische Ausrüstung. Zusätzlich berücksichtigen wir die Klassifizierung nach ISO 4301 für die Einstufung der Hubwerke.
F: Können Sie bestehende Krananlagen nachrüsten oder modernisieren?
A: A: Ja, wir führen Nachrüstungen an älteren Kranen durch, z. B. den Austausch von Steuerungen, die Integration von Lastmomentbegrenzern oder die Umrüstung auf Funkfernsteuerung. Dabei prüfen wir die Statik der Bestandsanlage und dokumentieren die Änderungen normgerecht.
F: Welche Vorlaufzeit ist für die Lieferung eines Standardkrans einzuplanen?
A: A: Für standardisierte Einträgerkrane beträgt die Lieferzeit ca. 8–10 Wochen nach Auftragsbestätigung. Individuelle Sonderkonstruktionen mit besonderen Spannweiten oder Hubhöhen benötigen in der Regel 12–16 Wochen, abhängig vom Umfang der Projektierung.
F: Bieten Sie auch Wartungsverträge für Fremdfabrikate an?
A: A: Ja, wir übernehmen die Wartung und Instandhaltung von Krananlagen aller gängigen Hersteller. Unsere Techniker verfügen über langjährige Erfahrung mit verschiedenen Fabrikaten und führen die Prüfungen nach BetrSichV durch.
Referenzprojekte in der DACH-Region
Ein aktuelles Projekt umfasst die Lieferung von zwei Doppelträger-Brückenkranen mit einer Tragfähigkeit von 32.000 kg für ein Stahlbauunternehmen in Nordrhein-Westfalen. Die Krane sind mit einer automatischen Positionierung und einem Lasthaken-Höhenmesssystem ausgestattet. Die Inbetriebnahme erfolgte innerhalb von drei Tagen, die Abnahme durch den TÜV war ohne Beanstandungen.
Für ein Logistikzentrum in der Schweiz haben wir einen vollautomatischen Brückenkran mit Scanner-gestützter Lastaufnahme realisiert. Die Anlage arbeitet im 24/7-Betrieb und erreicht eine taktile Genauigkeit von ± 5 mm. Die Steuerung ist an das Lagerverwaltungssystem (LVS) angebunden und ermöglicht eine vollautomatische Ein- und Auslagerung.
Ein weiteres Projekt in Österreich umfasste die Sanierung einer 40 Jahre alten Kranbahn in einer Papierfabrik. Wir haben die Schienenprofile ausgetauscht, die Stützen verstärkt und die gesamte Elektroinstallation nach EN 60204-32 erneuert. Die Stillstandszeit wurde durch eine enge Abstimmung mit dem Betreiber auf zwei Wochen begrenzt.
Kontakt für Ihre individuelle Krananfrage
Planen Sie eine neue Krananlage oder die Modernisierung Ihrer bestehenden Fördertechnik? Unsere Projektierungsabteilung erstellt Ihnen ein unverbindliches Angebot. Für eine erste Einschätzung benötigen wir lediglich die Lastdaten, die Hallenmaße und die gewünschte Hubhöhe. Wir beraten Sie gerne auch telefonisch oder vor Ort.
Telefon: +49 89 12345678
E-Mail: vertrieb@kelude.deBürozeiten: Mo–Fr, 08:00–17:00 Uhr
