Grundlagen: Hallen‑/Brückenkrane
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Hallenkrananlagen im industriellen Gebäudebetrieb
Hallenkrananlagen sind in industriellen Produktions- und Logistikumgebungen das zentrale Bindeglied zwischen Materialfluss, Fertigungsqualität und Arbeitssicherheit. Als raumgebundene, hoch beanspruchte Lastaufnahmesysteme prägen sie unmittelbar die Gesamtanlageneffektivität: Verfügbarkeit, Leistungsgrad und Qualitätsrate werden maßgeblich davon beeinflusst, ob Hebe- und Fahrbewegungen zuverlässig, präzise und sicher stattfinden. Ungeplante Ausfälle führen nicht nur zu direkten Stillstandskosten, sondern erzeugen Kaskadeneffekte entlang der Prozesskette – von Wartezeiten an Bearbeitungszentren über Puffer- und Zwischenlagerbelastungen bis zu Terminabweichungen im Versand. Aus Facility-Management-Sicht (FM) sind Hallenkrane daher „kritische Assets“ mit hohem Einfluss auf OPEX, Sicherheitskennzahlen und regulatorische Compliance.
Die Betriebssicherheit von Krananlagen ist untrennbar mit normativen und rechtlichen Anforderungen verknüpft. Sicherheitsfunktionen (z. B. Not-Halt, Endlagenbegrenzungen, Überlastabschaltungen) müssen ebenso robust ausgelegt, geprüft und dokumentiert werden wie tragende und bewegte Strukturen (Kranbahn, Brücke, Laufkatze, Hubwerk). Dabei entsteht eine komplexe Verzahnung zwischen mechanischer Integrität (Verschleiß an Rädern, Schienen, Bremselementen), elektrotechnischer Zuverlässigkeit (Antriebe, Energiezuführung, Erdung) und softwarebasierter Steuerungstechnik (SPS, funktionale Sicherheit). Die Gesamtkosten der Instandhaltung werden wesentlich durch die Fähigkeit bestimmt, degradierende Zustände frühzeitig zu erkennen, planbar zu beheben und Nachweise revisionssicher zu führen. In vielen Betrieben tragen datengetriebene Verfahren – etwa zustandsorientierte Wartung und Condition Monitoring – bereits dazu bei, Wartungsfenster mit Produktionszyklen zu synchronisieren, Ersatzteile vorausschauend zu disponieren und die Mean Time to Repair (MTTR) zu senken.
Neben wirtschaftlichen Aspekten steht der Schutz von Personen und Sachwerten im Vordergrund. Lastabsturz, Kollisionsereignisse oder Überfahrt von Endlagen gehören zu den hochkritischen Szenarien. Hier entscheidet die Kombination aus normkonformer Konstruktion, regelmäßiger Prüfung, qualifiziertem Betriebspersonal und belastbarer Dokumentation über das Sicherheitsniveau. Eine FM-orientierte, systematische Spezifikation adressiert diese Dimension nicht als Add-on, sondern als integralen Bestandteil des Asset-Lebenszyklus.
Kranbrücken für industrielle Hallenanwendungen
- Definition
- Wesentliche Komponenten
- Kranbahn
- Brücke und Endwagen
- Laufkatze
- Hubwerk
- Antriebe und Bremsen
- Endschalter und Begrenzungen
- Energieversorgung und Erdung
- Funktionale Sicherheit
- Zustandsüberwachung
- Zuverlässigkeitsklassifikation
- Komponenten-Steckbriefe
Definition: Hallenkran und Krantypen
Hallenkrane sind fördertechnische Anlagen zur horizontalen und vertikalen Bewegung von Lasten innerhalb von Gebäuden. Charakteristisch ist eine lasttragende Brückenkonstruktion, die auf Kranbahnen verfahren wird und einen Hubwerkswagen (Kranlaufkatze) trägt. Im industriellen Kontext dienen Hallenkrane der materialflussgerechten Versorgung von Fertigung, Montage, Lagerung und Instandhaltung.
Konstruktiv und funktional werden sie nach Tragstruktur, Fahrwerksanordnung und Einsatzzweck differenziert:
Laufkrane (Brückenkrane): Ein- oder zweiträgerige Brückenkonstruktionen, die auf hochliegenden Kranbahnschienen verfahren. Zweiträgerkrane ermöglichen größere Spannweiten, höhere Tragfähigkeiten und integrierte Katzfahrwege; Einträgerkrane sind leichter und meist wirtschaftlicher bei mittelschweren Lasten.
Hänge- bzw. Unterflanschkrane (Hängebahnen): Die Kranbrücke hängt an laufschienengetragenen Fahrwerken unter der Gebäudekonstruktion. Vorteilhaft bei geringer Bauhöhe und für flexible Anpassungen des Materialflusses.
Portalkrane für Innenanwendungen: Gantry-Varianten mit seitlichen Stützen und Laufwerken auf Bodenschienen, eingesetzt, wenn keine geeignete Hallenkonstruktion für eine Kranbahn vorhanden ist.
Wandschwenk- und Säulenschwenkkrane: Stationäre, um eine Achse schwenkende Krane mit begrenztem Arbeitsbereich; häufig als Arbeitsplatzkrane in Montageinseln.
Arbeitsplatz- und Leichtkransysteme: Modulare Aluminium- oder Stahlprofilsysteme für kleinere Lasten mit hoher Ergonomie und feiner Taktung.
Funktionale Einteilung
Neben dieser Bauformklassifikation existiert eine funktionale Einteilung, etwa in Prozesskrane (z. B. Gießereikrane), Universal-/Wartungskrane und Lagerkrane (z. B. Greifer-, Magnetkrane). Die Krantypwahl determiniert die Tragstruktur, Antriebsauslegung, Steuerungstechnik und die Instandhaltungsstrategie.
Ein Hallenkran besteht aus strukturmechanischen, antriebstechnischen, sicherheitstechnischen und informationstechnischen Untersystemen, deren Zusammenspiel die Leistungsfähigkeit und die Sicherheit bestimmen:
Tragstruktur: Kranbrücke (ein- oder zweiträgerig), Endwagen/Endträger, Katzfahrbahn, ggf. Stützen (Portal). Gestaltung nach statisch-dynamischen Nachweisen (Eigenfrequenzen, Durchbiegung, Ermüdung).
Fahrwerke und Laufräder: Radblöcke, Achsen, Lager; Laufrollen aus Stahl (oder Polyamid in Leichtsystemen), abgestimmt auf Schienenprofile. Zwangs- und Schiefstellungskräfte sind im Betrieb relevant.
Hubwerk: Ketten- oder Seilhubwerk mit Motor, Getriebe, Bremse, Trommel bzw. Kettennuss und Umlenksystem. Lastaufnahmemittel (Hakenflasche, Traversen, Greifer, Magnete) mit Sicherheitsverriegelungen.
Antriebe: Frequenzumrichter-geregelte Fahr- und Hubantriebe, Bremsen (federbetätigt, elektromagnetisch gelüftet), ggf. redundante Antriebe in Prozesskranen.
Energie- und Signalzuführung: Stromschienen (Kranbahn), Schleppkabel/Festonanlagen (Kranbrücke), Kabeltrommeln, Schleifringe. Spannungsversorgung und EMV-sichere Signalführung.
Steuerung und Bedienung: Hängepult, Funkfernsteuerung oder Kabine; SPS/PLC für Logik, Überwachungsfunktionen und Diagnostik; Softstarter/Umrichter mit Sicherheitsfunktionen.
Sicherheitseinrichtungen: Endschalter (Hub- und Fahrwege), Überlastbegrenzung (Kraftaufnehmer, Drehmomentüberwachung), Kollisionsvermeidung, Seilriss-/Bandsicherung, Puffer und Anschläge, Schienenkehrer, Wind- und Schwingungsüberwachung (bei Portalen und Großkranen).
Sensorik und Zustandsüberwachung: Encoder für Wege/Zyklen, Temperaturfühler, Vibrationssensorik (Lager), Motorstromanalyse, magnetinduktive Seilprüfung, Bremsweg- und Bremsmomentüberwachung.
Materialwahl und Querschnitte
Die Kranbahn bildet die Schnittstelle zwischen Bauwerk und der bewegten Kranbrücke. Für Laufkranschienen werden in der Regel genormte Kranprofile nach DIN 536 (z. B. A65 bis A120) oder gekrönte Schienensysteme verwendet. Bei geringeren Lasten und kleineren Spannweiten können auch Breitflanschträger (z. B. IPE/HEB) mit aufgeschweißten Fahrstreifen aus verschleißfestem Stahl eingesetzt werden. Die Werkstoffauswahl erfolgt nach Trag- und Ermüdungsbeanspruchung, Stoßlasten und Verschleißanforderungen. Bewährt sind Stähle in den Kategorien S355–S460 für Kranbahnträger und vergütete Schienenwerkstoffe mit Brinellhärten im Bereich von ca. 260–350 HB zur Minimierung des Rollverschleißes.
Die Bemessung folgt den Regeln des Eurocode 3, insbesondere EC3-6 (Kranbahnträger), mit Berücksichtigung lokaler Radlasten, Querkraftlochleibung, Querschnittsklassifizierung und Stabilität (Durchstanzen der Gurtplatte unter Radkontakten, Lateraltorsionsbeulen der Kragplatte). Ermüdungsnachweise sind für das Ganze Lebensdauerlastkollektiv zu führen. Prüfentscheidend sind Detailkategorien an Schweißnähten, Konsolen, und an Schienenstößen.
Die Schiene wird elastisch gelagert und festgelegt:
Befestigung mittels Klemmplatten/Schienenklammern mit elastischen Zwischenlagen (Rail Pads) zur Minderung von Stoß- und Körperschall sowie zur Lastverteilung auf die Gurtplatte.
Vergussmörtel oder polymerer Verguss zur ebenen, hohlraumfreien Unterfütterung; Ebenheitstoleranz im Zehntelmillimeterbereich im Schienenauflagerumfeld.
Schraubverbindungen mit hochfesten Schrauben (z. B. Klasse 8.8/10.9), vorgespannt gemäß EN 1090-2, mit Längsschlitzen in den Klammerplatten zur Aufnahme temperaturbedingter Längsverschiebungen.
Bei hoher Beanspruchung: Doppelter Klemmsatz in Radlastausbreitungszonen; radial elastische Pads (3–10 mm) mit definierter Federkennlinie.
Die Wahl zwischen durchgehender Fixierung und gleitender Lagerung variiert je nach Dehnungswegen und Bauwerksverformungen. Gleitschichten (PTFE) können an Stößen Reibkräfte reduzieren.
Geometrische Toleranzen und Vermessung
Spurweite (Abstand der Schienenachsen) und deren Variation über die Spannweite.
Höhendifferenz der Schienenköpfe über die Stützweiten (Nivellierung).
Geradheit bzw. definierte Krümmung (bei Kurvenbahnen) sowie Zwangspunkte (Stoßausbildung).
Verdrehung der Schienenquerschnitte relativ zur Horizontalen.
Stahl weist eine lineare thermische Ausdehnung von ca. α ≈ 12 × 10⁻⁶/K auf. Die Längenänderung ΔL = α · L · ΔT ergibt für 100 m Schienenlänge und 40 K Temperaturhub etwa 48 mm. Dies erfordert:
Dehnungsfugen mit Fugenlaschen bzw. Laschenstößen, die Längsbewegungen zulassen, und abgestimmte Fugenweiten je nach Montage- und Betriebstemperatur.
Gleitfähige Klemmlösungen in Zwischenfeldern; nur definierte Festpunkte zur Längsfixierung (z. B. in Hallenmitte).
Schienenstöße mit leichtem Versatz (Schrägstoß) oder gezielter Fasenbildung, um Stoßanregungen zu reduzieren; die Kopfversatzhöhe ist eng zu begrenzen.
Bei geschraubten Laschenstößen: kontrollierter Anzug und regelmäßige Inspektion; bei geschweißten Stößen: kontrollierte Wärmeeinbringung, Nachbearbeitung und ggf. Wärmebehandlung zur Spannungsarmut.
Endanschläge verhindern Überlauf und begrenzen kinetische Energie. Die Auslegung erfolgt über die Bewegungsenergie E = 0,5 · m_eff · v², multipliziert mit einem Dynamik- und Sicherheitsfaktor (Zusatzlasten durch Wind, Schiefstellung). Auswahlkriterie
Elastomerpuffer für niedrige Geschwindigkeiten; großer Hub bei moderaten Kräften.
Hydropuffer mit definierter Kennlinie und Energieverzehr für höhere Energien; Temperaturbereich und Wiederanlaufzeiten berücksichtigen.
Mechanische Endanschläge sind formstabil auf die Kranbahn aufzubringen; Befestigung in die Trägerstruktur mit hinreichender Lastabtragung. Zusätzlich wird eine elektrische Endabschaltung (Vorlauf- und Notendschalter) vorgesehen, sodass der mechanische Puffer nur im Ausnahmefall belastet wird.
Tragstruktur und Schwingungsverhalten
Die Kranbrücke wird als geschweißter Kastenträger oder als Verbund aus Walzprofilen ausgeführt. Kastenquerschnitte bieten hohe Torsionssteifigkeit und günstige Ermüdungsdetails, insbesondere bei wechselnden Querlasten durch Schiefstellung der Laufkatze.
Für mittlere Traglasten können geschweißte Doppel-T-Hauptträger mit aufgesetzter Fahrbahn ausreichen. Konstruktive Regeln:
Ermüdungsgerechte Schweißnahtdetails mit geeigneten Nahtformen, Spanntenabständen und Steifen zur Lastverteilung an Radeinleitungen.
Begrenzung der Durchbiegung (z. B. L/700 bis L/1000 als funktionsgetriebener Richtwert) zur Sicherstellung der Seilfluchten und Laufruhe.
Eigenfrequenzabstände zu Erregerfrequenzen der Antriebe; Dämpfung durch elastische Schnittstellen.
Endwagen tragen die Fahrwerke mit je zwei bis vier Rädern pro Seite; die Radzahl richtet sich nach Radlastbegrenzung und Lastverteilung. Varianten:
Räder mit Spurkranz (ein- oder beidseitig) auf flachen Schienenköpfen; klassische Führung durch Spurkranzkontakt in Ausnahmefällen.
Flanschlose Räder mit seitlichen Führungsrollen gegen die Schieneninnenseite bei schmalen Schienen; reduziert Spurkranzverschleiß.
Radwerkstoffe mit gehärteten Laufflächen (z. B. 300–400 HB), Rollenlager mit hoher Tragzahl und Dichtungskonzept gegen Staub.
Die Radaufstandsbahnen sind konisch oder leicht gekrönt auszubilden, um den Sinuslauf zu begrenzen. Raddurchmesser und Druckkräfte müssen die Hertz’schen Pressungen unterhalb der zulässigen Dauerfestigkeitswerte halten.
Schiefstellungen der Brücke erzeugen Querkräfte, erhöhter Verschleiß und Energieverbrauch. Maßnahmen:
Justierkeile/Passscheiben an Radlagergehäusen und mitdrehend einstellbare Endwagen, um Radausrichtung und Spur parallel zur Kranbahn zu sichern.
Elektronische Schräglaufüberwachung: Differenzgeschwindigkeitsregelung zwischen den Brückenantrieben (Master-Slave) über Encoder; Setzen von Schiefstellungsgrenzwerten.
Elastische Kupplungen und gelenkige Lagerungen reduzieren Zwangsspannungen durch Toleranzen und Bauwerksverformungen.
Kranfahrantriebe sind frequenzgeregelt, um Sanftanlauf, kontrolliertes Abbremsen und Schwingungsbegrenzung (Lastpendeln) zu ermöglichen. Bremsen:
Federkraftlüftbremsen am Motor (Hoch- oder Niedrigdrehzahlseite) dimensioniert auf das Haltemoment der geneigten Ebene und Störfallbremsung.
Bremsmoment typischerweise ≥ 1,5–2,0-faches Nennmoment bei Fahrwerken; exakter Wert aus Reib- und Widerstandsmomenten, Sicherheitszuschlägen und PL-Anforderungen.
Elektrisches Bremsen über geregelte Rampen mit DC-Bremsung oder regenerativ; mechanische Bremse primär als Halte- und Notbremse.
Aufbau und Rollen
Die Laufkatze trägt Hubwerk und Querfahrantrieb. Bei Einschienenkatzen läuft das Fahrwerk auf dem Obergurt oder Hohlprofil; bei Zweiträgerkranen verläuft die Katze zwischen den Hauptträgern mit eigenen Laufrädern. Räder und Lagerung entsprechen den Brückenfahrwerken, jedoch mit kleineren Radlasten und höheren Querführungsanforderungen.
Die kurze Basis der Katze erhöht die Empfindlichkeit gegenüber Spurfehlern. Konstruktive Maßnahmen:
Justierbare Achsgeometrie; definierte Spurkranzspiele.
Führung mittels Doppelflanschrädern oder seitlicher Führungsrollen; zwangsarme Lagersitze.
Sensorik für Schiefstellungsdetektion (z. B. laterale Kraftsensoren, Inklinometer) und drehzahlgeregelte Korrektur.
Antriebskonzept
Querfahrantriebe als kompakte Getriebe-Motor-Einheiten mit integrierter Bremse. Auslegung auf intermittierenden Betrieb (IEC 60034 S3/S4), mit ausreichender thermischer Reserve und Zyklusfestigkeit. Getriebestufen wählen, sodass die maximale Radkraft nicht überschritten wird; bei Bedarf Mittenantrieb beidseitig (zwei Antriebe) zur Lastverteilung und redundanter Kraftübertragung.
Hauptverschleißstellen sind:
Radlaufflächen und Spurkränze (Kontaktermüdung, Schlupf).
Laufbahnoberflächen (Riffelbildung).
Lager (Fettalterung, Eindringstoffe).
Gegenmaßnahmen: Oberflächenhärte, geeignete Schmierstoffe, Dichtkonzepte, periodische Zustandsmessungen (Schwingung, Temperatur), Tauschintervalle auf Basis realer Nutzung (Condition-based Maintenance).
Die Wahl der Hubtechnik richtet sich nach Traglast, Hubhöhe, Einschaltdauer und dynamischen Anforderungen:
Kettenhubwerke für geringe bis mittlere Lasten und moderate Hubhöhen; robuste Kraftübertragung, einfache Wartung.
Seilhubwerke für höhere Lasten, große Hubhöhen und feinfühlige Positionierung; günstigeres Massen-Hubverhältnis und niedrigere Verschleißraten bei korrekter Auslegung.
Die Klassifizierung nach FEM/ISO (z. B. ISO 4301/4306) bestimmt die Auslegung des Hubwerks (M5–M7 häufig im industriellen Einsatz). Die Seilqualität nach ISO 2408, D/d-Verhältnis (Seiltrommeldurchmesser zu Seildurchmesser) typischerweise ≥ 18–24 zur Begrenzung der Biegebelastung. Umlenkrollen mit geeigneter Nutgeometrie und Lagerung, Flaschenzugteile aus schlagzähem Werkstoff.
Seilführung, Trommel, Flaschenzug
Die Seiltrommel ist mit Helix- oder Lebus-Nutung auszuführen, um gleichmäßige Wicklung und definierte Seilflucht zu gewährleisten. Seilführungseinrichtungen (Seilandrückrolle, Seilpresser) verhindern Fehllagen. Umlenkrollen erhalten verschleißfeste Nuteinsätze; Seilablaufwinkel sind klein zu halten. Der Flaschenzug ist so dimensioniert, dass die Hakenflasche stabil geführt wird; Antirotationsseile minimieren Drall.
Hoist-Safety ist zentral:
Primärbremse als federbetätigte Sicherheitsbremse, üblicherweise auf der schnelllaufenden Welle des Hubgetriebes; redundante Zweitbremse auf der Trommel- oder langsamen Seite für höhere Sicherheitsanforderungen (PL d/e).
Überlastsicherung via drehmomentabhängigem Kupplungselement (Rutschkupplung) oder präziser über Kraftsensorik (Wägezelle im Haken, Messbolzen, Lagerkraftsensor). Elektronisch werden Grenzwerte überwacht und das Heben über Nennlast verhindert. Mehrstufige Logik mit Vorwarn- und Abschaltpunkt.
Schlaffseilschalter detektieren Seilentlastung und verhindern unkontrolliertes Ablaufen; insbesondere bei absetzenden Lasten sinnvoll, um Seilablaufstörungen zu vermeiden.
Endlagenüberwachung: Zwei-kanalige Hubendschalter (Arbeitsendschalter als Vorabschaltung; Sicherheitsendschalter als Zwangstrennung) sowie Drehgeber zur Positionsüberwachung und Softlimits.
Haken und Anschlagmittel
Der Kranhaken ist geschmiedet, mit Sicherheitsfalle und ggf. drehbar gelagert (Axiallager). Sicherheitsbeiwerte gemäß relevanter Normen (z. B. EN 1677 für Komponenten, EN 818 für Ketten, EN 1492 für textile Anschlagmittel) sind einzuhalten. Der Hakenblock ist gegen Fingerfangstellen gesichert, mit ausgeschlagenem Hakensicherungsmaß überwacht (Verschleißmarken). Anschlagmittelverwaltung (Kennzeichnung, Prüfintervalle) ist in die Betriebsorganisation integriert.
Die Antriebsauslegung folgt dem Widerstands- und Bewegungsenergieansatz:
Ermittlung der Lastmomente (Rollwiderstand, Steifigkeitsverluste, Beschleunigungsanteile, Zusatzwiderstände durch Schiefstellung/Wind).
Auswahl von Drehstrom-Asynchron- oder Synchron-Reluktanzmotoren mit Frequenzumrichter. Betriebsarten S3/S4 (periodischer Betrieb mit Anlauf) mit ausreichender thermischer Klasse und Isolationssystem.
Getriebe mit Übersetzungen, die Kompromisse aus Anfahrmoment, Regelgüte und mechanischer Belastung darstellen; Sicherheitsfaktoren gegen Zahnfuß-/Flankentragfähigkeit nach ISO 6336 bei Hubwerken.
Bremsen sind so zu dimensionieren, dass:
Hubwerke die Last auch bei Ausfall des Antriebs sicher halten (Fail-Safe-Konzept, Federkraftbremse lüftet elektrisch).
Das erforderliche Bremsmoment die maximale Last plus Dynamik abfangen kann; Nachlaufwege sind durch Endschalterkaskaden abgesichert.
Redundanzen (zwei Bremskreise) dort vorgesehen sind, wo die Risikobeurteilung dies fordert (z. B. Personenunterlastbereiche, hohe Hublasten, besondere Gefährdungen). Bremsen werden überwacht (Schaltspielzähler, Lüftweg-Sensorik).
Endschalter und Begrenzungen
Hubbegrenzung: Zweikanalige mechanische Endschalter (Zwangsöffner) und zusätzliche elektronische Positionsüberwachung (Encoder) mit Softlimits. Sicherheitsendschalter sind im Notfall als letzte Stufe auszulegen.
Fahrbegrenzung: Vor- und Endabschaltung der Kran- und Katzfahrt durch Näherungsschalter oder Encoderzonen; mechanische Endanschläge mit Puffern als Rückfallebene.
Antikollision: Zwischen mehreren Kränen oder bei Hindernissen werden Abstandssensoren (Laser, Radar, Ultraschall) mit sicherer Auswertung eingesetzt; Zonenlogik reduziert Geschwindigkeit oder stoppt.
Schlaffseil- und Überdrehschutz: Spezifische Endschalter an Trommel und Führungen.
Schutzeinrichtungen sind gemäß EN 60204-32 (Elektrische Ausrüstung von Kranen) und den anwendbaren Kranproduktnormen auszulegen; sicherheitsrelevante Funktionen erzielen die geforderten Performance Level.
Energieversorgung und Erdung
Kranfahrweg: Stromzuführung über geschützte Schleifleitungen (Kupferschienen mit Kunststoffabdeckung) oder offene Leitungssysteme; Auswahl nach Strombedarf, Umgebung (Staub, Feuchte) und Wartungszugänglichkeit.
Katzfahrweg: Schleppkabel-Festoon oder Energieführungsketten mit geeigneten Biegeradien und Torsionsreserve. Leitungen mit kranüblichen Mantelwerkstoffen (Öl-/UV-beständig, halogenfrei bei Bedarf).
Erdung und Potenzialausgleich: Durchgängige Schutzleiterführung (TN-S-System), Verbindung aller leitfähigen Teile mit dem Schutzpotenzial; Überbrückung von Schienenstößen mit Erdungsbändern. Zusätzlicher Funken- und Blitzschutz je nach Gebäude-Elektrotechnik; EMV-gerechte Verlegung (Trennung Leistungs-/Signalleitungen, Schirmung, Filter).
In explosionsgefährdeten Bereichen: Funkenarme Ausführung, antistatische Komponenten, Zündschutzarten und leitfähige Verbindung aller Bauteile gemäß einschlägigen Richtlinien.
Die Steuerungsarchitektur umfasst Standard-SPS und einen Sicherheitscontroller für die sicherheitsgerichteten Funktionen. Zentrale Sicherheitsfunktionen (SF) sind:
Sichere Stillsetzung (STO) der Antriebe bei Not-Halt oder Grenzverletzung.
Sichere Geschwindigkeits- und Positionsüberwachung (SLS/SLP) für Hub- und Fahrbewegungen, insbesondere beim Einfahren in Endbereiche.
Sichere Bremsenansteuerung mit Überwachung von Bremslüftung/-anzug und Fehlerdetektion.
Zweikanalige Endschalterauswertung mit Querschlusserkennung.
Die Auslegung der Sicherheitsfunktionen erfolgt gemäß EN ISO 13849-1 (PL) und/oder IEC 62061 (SIL). Üblich sind:
Huben: PL d bis e (Kategorie 3/4) abhängig von Risiko (Last über Personen, Einsatzhäufigkeit).
Fahren: PL c bis d bei erhöhten Gefahren.
Die Wirksamkeitsnachweise umfassen MTTFd-Berechnungen, DCavg, CCF-Maßnahmen sowie Validierung gemäß EN ISO 13849-2. Antriebsintegrierte Sicherheit nach IEC 61800-5-2 reduziert Komplexität und erhöht Diagnoseabdeckung.
Not-Halt, Betriebsarten, Verriegelungen
Not-Halt wirkt auf alle Bewegungen mit definierten Nachlaufwegen; Priorität hat kontrolliertes Auslaufen, gefolgt von STO und mechanischem Halten. Betriebsartenwahl (z. B. Einrichten, Automatik, Wartung) mit Schlüsselschalter und sicherem Modusmanagement. Verriegelungen verhindern widersprüchliche Befehle (z. B. gleichzeitiges Heben/Senken, Gegengleiche Fahrbefehle) und stellen Freigabeketten zusammen (Lastfreigabe, Zone frei, Überlast frei).
Sensorik und Condition Monitoring
Lastmessung: Wägezellen im Haken, Messbolzen in Flaschenzugachsen oder Lagerkraftsensoren im Trommellager zur präzisen Überwachung von Last und Lastkollektiven.
Drehgeber/Resolver an allen Antrieben zur geschlossenen Regelung, Drehmoment- und Schlupfdiagnose.
Schwingungs- und Temperaturmessung an Getrieben, Lagern, Motoren zur Früherkennung von Schäden (Wälzlagerdefekte, Zahnflankenschäden).
Raddurchmesser-/Verschleißsensorik und Spurkraftmessung zur Analyse der Kranbahngüte.
Seilzustand: Magnetinduktive Drahtseilprüfung (Drahtbrüche, Querschnittsverluste), optische Inspektionen unterstützt durch KI-basierte Bildauswertung.
Zustandsdaten werden in ein Condition-Monitoring-System integriert, das Zyklen, Lastkollektive und Temperaturen erfasst und eine Lebensdauervorhersage (Miner’sche Schadensakkumulation) sowie die Safe Working Period (SWP) unterstützt. ISO 12482 bietet hierfür einen Rahmen. Cloud- oder Edge-Analytik ermöglicht vorausschauende Instandhaltung und evidenzbasierte Prüfintervalle.
Die Klassifikation nach FEM/ISO (z. B. ISO 4301/4306, FEM 1.001) ordnet den Kran anhand:
des mittleren Auslastungsgrades (mittlere Last/Nennlast),
der Anzahl Lastspiele über die Lebensdauer,
der Hub- und Fahrzyklen,
und des Betriebsspektrums (leichte bis schwere Nutzung).
Typische Gruppen für Industriekrane liegen zwischen M4/M5 (FEM 2m) und M6/M7 (FEM 3m), abhängig vom Prozess. Diese Klassifikation beeinflusst unmittelbar die Dimensionierung von Hubwerk, Antrieben, Bremsen und Strukturdetails sowie die Wartungsstrategie.
Für jedes Antriebsaggregat ist die Betriebsgruppe separat festzulegen (Hub, Katzfahrt, Kranfahrt). Die Nachweise umfassen:
Ermüdungsfestigkeitsnachweise für Schweißdetails und Querschnitte auf Basis S-N-Linien und der erwarteten Lastkollektive.
Temperatur- und Schwingungsbeständigkeit der elektrischen Komponenten im spezifizierten Duty Cycle.
Nachweis der Sicherheitsfunktionen (PL/SIL) mit dokumentierter Validierung.
Dokumentation der SWP und ihrer Fortschreibung durch Condition Monitoring gemäß ISO 12482, inklusive Rückführung in die Instandhaltungsplanung.
Lebenszyklus, Prüfungen und Dokumentation
Werkabnahme (FAT) und Abnahme vor Ort (SAT) mit Belastungsversuchen (statisch/dynamisch), Funktionsprüfungen der Sicherheitskreise und Vermessungsprotokollen der Kranbahn.
Wiederkehrende Prüfungen gemäß nationalem Recht und einschlägigen Normen, unterstützt durch Zustandsdaten zur Verlängerung von Prüfintervallen innerhalb des rechtlich zulässigen Rahmens.
Lebenszyklusakte mit Konstruktionsnachweisen, Werkstoffzeugnissen, Schweißdokumentation (z. B. nach EN 1090), E-Plan (EN 60204-32), Software-/Safety-Dokumentation und Bedien-/Wartungsanleitungen.
Steckbrief Kranbahnschiene
ID/Position: …
Typ/Profil: DIN 536 (z. B. A75, A100)
Werkstoff/Härte: …
Befestigungssystem: Klemmen/Schrauben/Unterlagsplatte/Elastomer
Unterguss/Unterlage: Vergussmörtel/EP-Harz/Elastomer
Referenznormen: DIN 536, EN 1993-6, EN 1090-2
Kritische Prüfmerkmale: Kopfverschleiß [mm], Spurmaß [mm], Längs-/Querfluchtung [mm], Schraubenvorspannung [kN], Rissfreiheit (MT/PT), Korrosion
Messpunkte: Alle 1–2 m, Stoßbereiche, Auflagerpunkte
Grenz-/Alarmwerte: projektabhängig (siehe Zustandsmatrix)
Lebensdauerkriterium: Restprofil, Ermüdungsrissfortschritt
Wartungsmaßnahmen: Schleifen, Nachstellen/Vorspannen, Ersatz
Steckbrief Kranbahnträger
Querschnitt/Material: …
Lagerung: gelenkig/fest, Elastomerlager
Verbindungen: geschraubt/geschweißt
Referenznormen: EN 1993-6, EN 1993-1-9, EN 1090-2
Prüfmerkmale: Durchbiegung, Schwingpegel, Rissprüfung an Kerbdetails, Schraubenvorspannung
Messpunkte: Feldmitten, Auflager, Steifen, Schweißnähte
Grenzwerte: SLS-Verformungen, Ermüdungskategorien Δσ
Maßnahmen: Versteifung, Schweißnahtsanierung, Dämpfung
Steckbrief Rad/ Fahrwerk
Radtyp: Vollrad mit/ohne Spurkranz
Achse/Lager: …
Antrieb/Bremse: …
Referenznormen: EN 15011, ISO 12482
Prüfmerkmale: Flachstellen, Rundlauf, Flanschdicke, Lagergeräusch (vib.), Temperatur
Messpunkte: Radumfang, Lagergehäuse
Grenzwerte: Herstellerangaben + projektdefiniert
Maßnahmen: Abdrehen, Lagerwechsel, Ausrichtung
Steckbrief Schienenstoß/Dehnfuge
Stoßart: stumpf/überlappt/fischplattenfrei
Fugenmaß: temperaturabhängig
Befestigung: Fischplatten/Bolzen
Prüfmerkmale: Höhensprung, Versatz, Risse
Normen: EN 1993-6, DIN 536
Maßnahmen: Nachjustage, Verguss, Austausch