Elektrobrückenkran Fahrwerk: Technik & Antrieb
DIN 15018 – Das Kranfahrwerk von Brückenkranen: Die Norm GB/T 26472-2011 ist die verbindliche technische Richtlinie für das Brückenfahrwerk. Sie legt Bauformen, Antriebsart, Geschwindigkeitsparameter, Montagetoleranzen sowie die Anforderungen an die Bremsenkonfiguration fest.
Die Norm GB/T 26472-2011, veröffentlicht und in Kraft getreten im Jahr 2011, ist das maßgebliche technische Regelwerk für das Kranfahrwerk von Elektrobrückenkranen. Das Kranfahrwerk ist das Antriebssystem, das die Kranbrücke entlang der Werkshallenschienen verfährt. Seine Leistungsfähigkeit bestimmt maßgeblich die Verfahrgenauigkeit, die Laufstabilität und die Tragfähigkeit des Krans. Die Norm gilt für Konstruktion, Fertigung und Abnahme von Kranfahrwerken elektrischer Brückenkrane. Die Kranfahrwerke von Kelude Schwerindustrie werden gemäß dieser Norm konstruiert und gefertigt und sind einheitlich mit Einzelantrieb und Frequenzumrichter-Antriebssystem ausgestattet.
Bauformen des Kranfahrwerks im Überblick
Die Norm unterscheidet beim Kranfahrwerk zwei Bauformen nach Antriebsart: Zentralantrieb und Einzelantrieb. Beim Zentralantrieb treibt ein einziger Motor über Antriebswellen und Kupplungen die Laufräder beider Seiten an. Diese Bauform eignet sich für Krane mit kleiner Spannweite (≤ 16,5 m) und überzeugt durch einfache Struktur, geringe Kosten und gute Synchronisation. Beim Einzelantrieb treiben zwei getrennte Motoren jeweils die Räder einer Seite an. Diese Bauform ist für Krane mit Spannweiten über 16,5 m vorgesehen und stellt heute die Standardlösung für mittlere und große Spannweiten dar. Jede Antriebseinheit des Einzelantriebs umfasst einen Motor, ein Getriebe und eine Bremse, die unabhängig voneinander die Räder einer Kranseite antreiben.
Bei der Auswahl sind Spannweite, Tragfähigkeit und Triebwerksgruppe gemeinsam zu berücksichtigen. Beim Zentralantrieb führt die lange Antriebswelle bei großen Spannweiten zu hohem Eigengewicht und Durchbiegung, was Vibrationen und Torsionsschwingungen begünstigt. Der Einzelantrieb vermeidet diese Probleme langer Wellen, erfordert jedoch eine Synchronsteuerung der beiden Motoren. Die klassische Lösung nutzt Schleifringläufermotoren mit Läuferwiderständen für eine mechanisch harte Synchronisation; moderne Konzepte setzen auf Frequenzumrichtermotoren mit Frequenzumrichtern für eine elektrisch weiche Synchronisation. Letztere bietet eine höhere Synchronisationsgenauigkeit und einen weicheren Anlauf. Fällt bei einem Einzelantrieb eine Antriebseinheit aus, kann die andere Seite kurzzeitig mit reduzierter Geschwindigkeit weiterfahren – ein gewisser Grad an Fehlertoleranz ist somit gegeben.
Die Norm regelt auch Anordnung und Anzahl der Laufräder der Kranbrücke: Krane mit kleiner Tragfähigkeit (≤ 32 t) verwenden in der Regel vier Räder – zwei Antriebsräder und zwei Laufräder. Krane mit großer Tragfähigkeit (≥ 50 t) müssen mit acht Rädern ausgeführt werden, wobei Traversen (Ausgleichsbalken) für eine gleichmäßige Lastverteilung sorgen. Der Anteil der Antriebsräder an der Gesamtzahl der Räder muss 50 % bis 100 % betragen; bei Volllast darf kein Schlupf zwischen Antriebsrad und Schiene auftreten. Als Werkstoff für die Laufräder kommen üblicherweise ZG55 oder ZG50MnMo zum Einsatz, mit einer Laufflächenhärte von HB 280–320 und einer Einhärtetiefe von mindestens 15 mm. Die Spurkranzhöhe muss mindestens 25 mm betragen; ist der Verschleißbetrag an der Innenseite des Spurkranzes auf mehr als 50 % der ursprünglichen Dicke gestiegen, ist das Rad auszutauschen.
Kranfahrgeschwindigkeit und Beschleunigungsanforderungen
Die Norm legt für das Kranfahren in Abhängigkeit von der Tragfähigkeit folgende Geschwindigkeitsbereiche fest: bis 5 t: 20–30 m/min, 10–20 t: 20–40 m/min, 32–50 t: 15–30 m/min, 75–100 t: 10–25 m/min, über 100 t: 8–15 m/min. Die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit ist auf 3–6 Sekunden zu begrenzen. Der Ruck (Stoßrate) darf 0,5 m/s² nicht überschreiten, um ein übermäßiges Pendeln der Last zu vermeiden. Mit zunehmender Tragfähigkeit wird die Fahrgeschwindigkeit reduziert, um den Bremsweg im Sicherheitsbereich zu halten und die Schlaglast auf die Metallkonstruktion zu minimieren.
Die Wahl der Kranfahrgeschwindigkeit muss auch die Einsatzhäufigkeit und die Anforderungen an die Betriebsgenauigkeit berücksichtigen. Bei Kranen mit hoher Einsatzfrequenz (A6~A8) empfiehlt sich eine höhere Fahrgeschwindigkeit zur Steigerung der Produktivität; gleichzeitig ist ein leistungsfähiges Bremssystem mit Frequenzumrichter-Antriebssystem erforderlich. Bei Anwendungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen (z. B. Positioniervorgänge bei Gießkränen) ist eine niedrigere Geschwindigkeit mit Feinbewegungsfunktion vorzuziehen. Das Drehzahlverhältnis des Kranfahrwerks sollte mindestens 3:1 betragen; mit Frequenzumrichter-Antriebssystemen lässt sich ein weiter Bereich von über 20:1 realisieren, der sowohl schnelles Verfahren als auch präzises Positionieren ermöglicht. Bei der frequenzgesteuerten Drehzahlregelung können Anfahrbeschleunigung und Bremsverzögerung getrennt an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst werden; eine S-förmige Beschleunigungskurve minimiert die Pendelbewegung der Last.
Bremsenkonfiguration für das Kranfahrwerk
Das Kranfahrwerk muss mit Bremsen ausgestattet sein. Die Norm legt fest, dass bei einem Einzelantrieb jede der beiden Antriebseinheiten über eine eigene Bremse verfügen muss. Das Bremsmoment ist mit dem 1,5- bis 2,0-fachen des Nenndrehmoments bei Volllast zu bemessen. Die Bremse ist an der Schnelllaufwelle des Getriebes (motorseitig) anzuordnen; hier ist das Bremsmoment gering, die Bremsansprache schnell und die Baugröße der Bremse klein. Als Bremsantrieb eignen sich Hydrostoßantriebe oder elektromagnetische Bremsen: Die Hydraulik-Stoßbremse arbeitet sanft und stoßfrei, während die elektromagnetische Bremse schnell anspricht, jedoch mit einem härteren Bremsstoß verbunden ist.
Bei Montage und Inbetriebnahme der Bremse sind folgende Anforderungen zu erfüllen: Die Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbacke muss mindestens 80 % der Backenfläche betragen. Der Lüftspalt der Bremsbacken ist gleichmäßig einzustellen; die Differenz zwischen beiden Seiten darf 0,5 mm nicht überschreiten. Die Bremsfeder ist gemäß den Konstruktionsanforderungen so einzustellen, dass das Bremsmoment im vorgeschriebenen Bereich liegt. Die tägliche Prüfung der Bremse umfasst den Verschleiß der Bremsbacken (bei mehr als 50 % Abnutzung der Originaldicke ist ein Austausch erforderlich), den Oberflächenzustand der Bremsscheibe (bei Rissen oder Riefen ist sie zu drehen oder zu ersetzen), den Ölstand des Hydrostoßantriebs sowie den Betätigungshub. Die Wartung der Bremse ist für die Betriebssicherheit des Krans von entscheidender Bedeutung – ein Bremsversagen zählt zu den gefährlichsten Störfällen beim Kranfahren.
Antriebskonfiguration des Kranfahrwerks im Vergleich
Die folgende Vergleichstabelle zeigt die wesentlichen Unterschiede zwischen Zentralantrieb und Einzelantrieb und dient Konstrukteuren als Entscheidungshilfe bei der Auswahl.
| Parameter | Zentralantrieb | Einzelantrieb |
|---|---|---|
| anwendbare Spannweite | ≤16.5m | >16.5m |
| Motor Anzahl | 1Stück | 2Stück |
| Synchronisation Eigenschaft | Maschinen Zwangsläufig Synchronisation | Elektrische Synchronisation |
| Antriebswelle | Lange erforderlich Antriebswelle | Nicht erforderlich |
| Montage Schwierigkeitsgrad | Höher | Niedriger |
Montagetoleranzen und Anforderungen an die Kranbahn
Die Norm legt die Montagetoleranzen für das Kranfahrwerk fest: Die Grenzabweichung des Achsabstands der beiden Kranschienen darf ±5 mm nicht überschreiten, die Differenz der Schienenhöhe im selben Querschnitt ist auf ±3 mm begrenzt (bei großen Spannweiten auf ±5 mm). Die Diagonalabweichung der Laufräder darf nicht größer als ±3 mm sein. Die Räder beider Seiten müssen parallel zueinander stehen, alle Räder derselben Seite müssen auf einer Geraden liegen. Die Vertikalschrägstellung der Räder darf 1/400, die Horizontalschrägstellung 1/500 nicht überschreiten. Die Antriebsräder müssen nach der Montage gleichmäßig auf der Schienenoberfläche aufliegen; die Kontaktlänge muss mindestens 80 % der Radbreite betragen. An Schienenstößen der Kranbahn darf der Höhenversatz 1 mm und die Spaltbreite 3 mm nicht überschreiten.
Die Wartung der Schienen und ihrer Befestigungselemente ist ebenfalls ein wichtiger Bestandteil der Instandhaltung des Kranfahrwerks. Die Geradheit der Schienen, der Verschleiß und der Sitz der Klemmplatten sind im Rahmen der wiederkehrenden Prüfung zu kontrollieren. Überschreitet der Verschleißbetrag der Schienenoberfläche 15 % der ursprünglichen Höhe, ist die Schiene auszutauschen. Die Klemmplatten der Kranbahnschiene müssen fest sitzen; das Anziehdrehmoment ist vierteljährlich zu prüfen. An beiden Enden der Kranbahnschiene sind zuverlässige Endanschläge und Puffer vorzusehen. Der Pufferhub muss so bemessen sein, dass er die Energie der Kranbrücke bei einem Aufprall mit Nenngeschwindigkeit sicher aufnehmen kann. Bei im Freien eingesetzten Kranen ist die Kranbahn zudem auf Wärmeausdehnung auszulegen. Hierfür sind Dehnungsfugen vorzusehen, deren Abstand in der Regel 50 bis 100 m beträgt; die Fugenbreite ist anhand der örtlichen Temperaturdifferenz zu berechnen.
Häufige Fragen zum Kranfahrwerk
F: Zentralantrieb oder Einzelantrieb – welche Variante ist die richtige?
A: Für leichte Kleinkrane mit einer Spannweite von ≤ 16,5 m ist der Zentralantrieb die kostengünstigere und konstruktiv einfachere Lösung. Bei Spannweiten über 16,5 m ist ein Einzelantrieb zwingend erforderlich. Für Krane mit großer Tragfähigkeit wird grundsätzlich die Ausführung mit Einzelantrieb empfohlen.
F: Wie wird die Kranfahrgeschwindigkeit festgelegt?
A: Die Fahrgeschwindigkeit wird anhand der Tragfähigkeit und der Einsatzhäufigkeit bestimmt. Mit zunehmender Tragfähigkeit wird die Geschwindigkeit reduziert, um die Bremsstöße zu verringern. Für eine sanfte Beschleunigung beim Anfahren und ein stoßfreies Verzögern beim Stillsetzen wird eine frequenzgesteuerte Drehzahlregelung empfohlen.
F: Wie wird die Motorleistung des Fahrmotors berechnet?
A: Die Leistung des Fahrmotors ergibt sich aus der Summe aus Volllast-Fahrwiderstand und Beschleunigungswiderstand. Als Richtwert gilt die Formel P = (Q + G) × ω + 0,2 × FWind. Bei der Motorauswahl ist ein Reservekoeffizient von 1,2 bis 1,3 zu berücksichtigen.
F: Wie ist die Bremse für das Kranfahrwerk auszulegen?
A: Das Kranfahrwerk muss mit einer Bremse ausgestattet sein. Das Bremsmoment ist mit dem 1,5- bis 2,0-fachen des Drehmoments bei Volllastbetrieb anzusetzen. Bei zwei Antriebseinheiten ist jede Einheit mit einer eigenen Bremse auszurüsten.
