Ein Kombikran-System, das sechs Arbeitsplätze versorgt, wird über den Bereitschaftsverbrauch und den Gleichzeitigkeitsfaktor dimensioniert, nicht über das Hebezeug. Hier erfahren Sie, wohin die Energie bei einer Linie von 0.125 bis 2 Tonnen tatsächlich fließt – und welches eine Upgrade seine Kosten innerhalb eines Jahres zurückverdient.
Ein Kombikran-System, das sechs Arbeitsplätze versorgt, verbraucht etwa 300 bis 2,500 kWh pro Jahr und Station – und das meiste davon entfällt nicht auf das Heben. Es sind die Schützspulen, Bremsgleichrichter und Antriebselektroniken, die mit eingeschalteter Spannung einfach da sind. Der Leistungsbedarf eines Kombikrans ist damit eine Frage der Dimensionierung und des Abschaltens und nicht des Motors, und die günstigste Maßnahme auf den meisten Linien ist nicht mehr als ein Hauptschalter, den Sie ohnehin schon besitzen.
Ein Kombikran-System ist ein modulares Leichtkran-Netzwerk und keine einzelne Maschine. Eine Kranbahn oder Einschienenbahn verläuft durch die Halle, daran hängen Brückensegmente, und mehrere Arbeitsplätze haben jeweils ihre eigene Kombikran-Katze und ihr eigenes Hebezeug auf derselben Stahlkonstruktion. Die KBK-Einträger-Hängebahnen von Demag werden mit Spannweiten von 2.85 m beim kleinsten Profil 100 bis 8.4 m bei KBK III mit 500 kg angeboten, und Konecranes bewertet dieselbe Baureihe bis 2,000 kg. Ein veröffentlichtes Schweizer Projekt, das wir angesehen haben, betreibt eine einzelne 42.5 m lange Einschienenbahn mit einem 500 kg Kettenzug bei 8 m Hubhöhe an 380 V Drehstrom. Acht Krane auf einer Kranbahn zur Bedienung von Werkzeugmaschinen sind normal, nicht extrem.
Dieses Layout entscheidet über die Energiebilanz. Bei einem einzelnen Brückenkran macht das Hebezeug 65 bis 80% der Rechnung aus. Bei einem Kombi-System gibt es sechs bis zwanzig kleine Hebezeuge, von denen jedes nur wenige Minuten pro Stunde arbeitet, alle aus einem Stromschienenstrang gespeist und alle unter Spannung, sobald die Linie unter Spannung ist.
| Position | Anteil am Jahresenergieverbrauch, leichte Zelle | Anteil am Jahresenergieverbrauch, stark ausgelastete Zelle | Was den Wert bestimmt |
|---|---|---|---|
| Heben und Senken des Hebezeugs | 10 - 25% | 40 - 55% | Lastspiele pro Jahr, Hakenweglänge, durchschnittliche Last |
| Katzfahren entlang der Bahn | 5 - 12% | 10 - 20% | Nur Rollwiderstand und Fahrweg |
| Bereitschaftsbetrieb: Steuerung, Bremsgleichrichter, Antriebselektronik | 60 - 85% | 25 - 45% | Unter Spannung stehende Stunden pro Jahr, Watt pro Station |
| Weichen und Übergabestellen | 1 - 3% | 1 - 3% | Übergangswiderstand an Stößen, überwiegend ein Wartungsthema |
| Verluste im Stromschienenstrang | 1 - 4% | 2 - 5% | Querschnitt, Stranglänge, gleichzeitige Last |
Diese Anteile sind SIEC-Planungswerte aus unseren eigenen Inbetriebnahmeprotokollen und keine veröffentlichte Statistik. Sie sollen durch Ihre eigenen Zählerdaten ersetzt werden. Wichtig ist die Form: Auf einer wenig genutzten Linie fließt mehr als die Hälfte des Stroms in reines Nichtstun.
Es gibt in diesem Bereich eine veröffentlichte Zahl, der man vertrauen kann, und sie stammt aus einer Ökobilanz und nicht aus einem Verkaufsprospekt. Konecranes hat für seine Kettenzüge der C-Serie eine Umweltproduktdeklaration (EPD) veröffentlicht. Für ein C05-Gerät in einer Werkstatt mit einer Schicht pro Tag und 4,000 Lastspielen pro Jahr – die Hälfte davon mit einer typischen Last von 150 kg und die Hälfte mit leerem Haken – beträgt der deklarierte Stromverbrauch über zehn Jahre 361 kWh. Das sind 36 kWh pro Jahr. Dasselbe Dokument merkt an, dass der Betrieb des Hebezeugs mit maximaler Tragfähigkeit die Wirkung der Nutzungsphase etwa verdreifacht.
Sechsunddreißig Kilowattstunden pro Jahr sind bei USD 0.12 pro kWh etwa USD 4.30. Diese Zahl überrascht Menschen, denen gerade USD 6,000 für das System genannt wurden. Stellen wir sie neben das Lastprofil: Dieselben Datenblätter der Kettenzüge zeigen bei 415 V einen Leerlaufstrom von etwa 2 A gegenüber einem Nennstrom von rund 3 A. Ein leerer Haken zieht immer noch etwa zwei Drittel des Vollaststroms. Da die Hälfte der veröffentlichten Lastspiele leer ist, kauft ein großer Teil der Hubenergie nichts als Reibung und Lüfterverluste.
| Nutzungsprofil | Lastspiele pro Jahr | Typische Last | Hubenergie, kWh/Jahr | Kosten bei USD 0.12/kWh |
|---|---|---|---|---|
| Veröffentlichter C05-Arbeitsplatz-Zyklus (Konecranes EPD) | 4,000 | 150 kg, halb leerer Haken | 36 | USD 4.30 |
| Unsere 1-t-Station, 3 m Hakenweg, leichte Zelle | 4,000 | 500 kg im Mittel | 38 | USD 4.60 |
| Unsere 1-t-Station, stark ausgelastete Montagezelle | 40,000 | 500 kg im Mittel | 380 | USD 45.60 |
| Unsere 2-t-Station, 4 m Hakenweg, stark ausgelastete Zelle | 40,000 | 1,000 kg im Mittel | 1,020 | USD 122.40 |
Unsere eigenen Zahlen gehen von einem Wirkungsgrad des Kettenzugantriebs von 85% aus, wie ihn ein Frequenzumrichter an einem Stirnradgetriebe liefert. Ein Zweigang-Schützhebezeug liegt eher bei 75%; addieren Sie daher etwa 13% auf jede Zeile oben, wenn Sie ein solches besitzen.
Das ist die nützlichste Einzelzahl im ganzen Artikel, und sie steht bereits in der Elektronorm. NEC 610.14(E) und die Stromschienenhersteller, die ihr folgen, sagen dasselbe: Wenn mehrere Hebezeuge oder Krane einen Stromschienenstrang gemeinsam nutzen, addiert man die Lasten und multipliziert dann mit einem Gleichzeitigkeitsfaktor (Demand Factor), weil sie nicht alle gleichzeitig laufen. Conductix veröffentlicht die Tabelle mit 0.95 für zwei Einheiten, 0.91 für drei, 0.87 für vier, 0.84 für fünf, 0.81 für sechs und 0.78 für sieben.
Für Motoren auf einem einzelnen Kran oder Fahrzeug gilt wieder eine andere Regel: den größten Motor mit 100% ansetzen und 50% der übrigen addieren.
| Hebezeuge an einem gemeinsamen Stromschienenstrang | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Gleichzeitigkeitsfaktor, NEC 610.14(E) | 0.95 | 0.91 | 0.87 | 0.84 | 0.81 | 0.78 |
| Auslegungslast, sechs 2.0 kW-Stationen, kW | 3.8 | 5.5 | 7.0 | 8.4 | 9.7 | 10.9 |
Eine Linie mit sechs Stationen, 1.5 kW Hubmotoren und 0.4 kW Katzmotoren summiert sich also auf 11.4 kW, und der normgerecht dimensionierte Wert beträgt 9.7 kW. Diese 15% sind der Unterschied zwischen dem Kauf einer größeren Zuleitung, eines größeren Hauptschalters und einer größeren Stromschiene – und dem Verzicht darauf. Sie sind auch der Unterschied zwischen einem Stromschienenstrang, der ins Gebäude passt, und einem, der es nicht tut.
Es gibt einen zweiten Faktor mit völlig anderer Bedeutung, der oft mit diesem verwechselt wird. Der Gleichzeitigkeitsfaktor dimensioniert das Kupfer. Was tatsächlich durch das Kupfer fließt, bestimmt die Nutzung der Linie, und Arbeitsplatz-Hebezeuge sind nur einen sehr kleinen Teil ihrer Lebensdauer beladen. Eine veröffentlichte Betriebsanalyse nennt für leichten Betrieb unter 15% Motorlaufzeit, für mittleren Betrieb 15 bis 25% und für schweren Betrieb 25 bis 40%. Eine Station mit 40,000 Hüben pro Jahr und vier Sekunden Motorlaufzeit pro Hub kommt auf 44 Stunden Motorlaufzeit in einem Jahr mit 2,000 Stunden. Das sind 2.2%. Arbeitsplatzkrane leben dauerhaft in der Kategorie leichter Betrieb – daran sollte man sich erinnern, wenn einem das nächste Mal „zur Sicherheit“ eine schwerere Betriebsklasse angeboten wird.
Eine Kombikran-Station hat zwei Motoren und zwei kleine Lasten, die niemand zählt, plus das, was die Steuerung zieht, wenn der Bediener nicht da ist. Das Hebezeug verrichtet die Arbeit. Die Katze bewegt sie. Die Hängebedienung und der Bremsgleichrichter sind einfach da.
| Tragfähigkeit der Station | Hubmotor | Katzmotor | Hubgeschwindigkeit | Versorgung |
|---|---|---|---|---|
| 125 kg | 0.25 - 0.4 kW | 0.12 kW oder manuell | 6 - 10 m/min | 400 V Drehstrom |
| 250 kg | 0.4 - 0.75 kW | 0.12 - 0.25 kW | 6 - 10 m/min | 400 V Drehstrom |
| 500 kg | 0.75 - 1.1 kW | 0.25 - 0.4 kW | 6.8 m/min typisch | 400 V Drehstrom |
| 1,000 kg | 1.1 - 1.5 kW | 0.4 kW | 6.6 m/min typisch | 400 V Drehstrom |
| 2,000 kg | 1.5 - 3.0 kW | 0.4 - 0.75 kW | 2.7 - 6.6 m/min | 400 V Drehstrom |
Aus dieser Tabelle folgen zwei Dinge. Erstens liegt die gesamte Station bei den Größen, die die meisten Fabriken kaufen, unter 2 kW Nennleistung, also weniger als ein einzelnes Schweißgerät in der Werkstatt. Zweitens ist der Katzmotor energetisch ein Rundungsfehler, sodass jede Diskussion über Schienenreibung eine Diskussion über Wartung ist und nicht über die Stromrechnung. Wir rechnen das Katzfahren im nächsten Abschnitt durch, um zu zeigen, wie klein es wirklich ist.
Es gibt eine Vier-Schritt-Methode, die ohne Zähler eine belastbare Zahl liefert, und sie funktioniert bei jeder Tragfähigkeit. Nennleistung nehmen, den Anteil der Stunde ansetzen, in dem der Motor tatsächlich Last hat, durch den Antriebswirkungsgrad teilen und mit Ihrem Stromtarif multiplizieren.
| Schritt | Eingangsgröße | Wert | Woher er stammt |
|---|---|---|---|
| 1 | Nennleistung, Hebezeug plus Katze | 1.9 kW | 1-t-Station, 1.5 kW plus 0.4 kW |
| 2 | Motorlastzeit pro Stunde unter Spannung | 1.1% | 40,000 Hübe x 4 s in einem Jahr mit 2,000 h |
| 3 | Antriebswirkungsgrad | 0.85 FU, 0.75 Schütz | Getriebe- plus Motor- plus Kettenverluste |
| 4 | Bereitschaftsverbrauch addieren, mit Tarif multiplizieren | 1.9 x 0.011 / 0.85 = 0.025 kW | Dann plus 0.006 bis 0.038 kW Bereitschaftsleistung |
Rechnet man das durch, kostet eine 1-t-Station bei USD 0.12 pro kWh etwa USD 0.004 bis USD 0.008 pro Stunde unter Spannung an Energie, also USD 8 bis USD 16 pro Jahr auf einer Linie mit 2,000 Stunden. Selbst die veröffentlichte C05-Zahl landet an derselben Stelle. Pro tausend Umsetzvorgängen verbraucht eine 1-t-Station, die 3 m hebt, 9.6 kWh, also USD 1.15.
Vergleichen Sie das nun mit der Arbeitskraft, die daneben steht. Ein Arbeitsplatzkran existiert, um ein manuelles Heben von 15 kg überflüssig zu machen. Verhindert er nur eine Rückenverletzung pro Jahr, ist die Energierechnung irrelevant. Genau deshalb beschäftigt sich der Rest dieses Leitfadens mit den Teilen, die Sie tatsächlich beeinflussen können: Bereitschaftsverbrauch, Dimensionierung der Einspeisung und Leistungspreise – nicht mit den Kilowattstunden, die das Hebezeug verbraucht.
Jede Station an einem Kombi-System hat eine kleine dauerhafte Last, solange die Linie unter Spannung steht. Sie taucht fast nie im Energiebericht auf und ist auf einer wenig genutzten Linie der größte Einzelposten.
| Last pro Station | Typische Aufnahme | kWh pro Jahr, 8,760 h | Kosten bei USD 0.12/kWh |
|---|---|---|---|
| Steuertransformator, Schützspulen | 3 - 8 W | 26 - 70 | USD 3 - 8 |
| Bremsgleichrichter des Hebezeugs | 2 - 6 W | 18 - 53 | USD 2 - 6 |
| Anzeige der Hängebedienung, Statusleuchte | 1 - 4 W | 9 - 35 | USD 1 - 4 |
| Steuerelektronik und Kühlung des FU | 8 - 20 W | 70 - 175 | USD 8 - 21 |
| Summe Station, Schützsteuerung | 6 - 18 W | 53 - 158 | USD 6 - 19 |
| Summe Station, FU-Steuerung | 13 - 38 W | 114 - 333 | USD 14 - 40 |
Stellen Sie diese Werte neben die Hubenergie aus der früheren Tabelle, und die Schlussfolgerung schreibt sich von selbst. Eine leichte Zelle mit 4,000 Hüben pro Jahr verbraucht 36 kWh für das Heben und 53 bis 333 kWh im Stillstand. Eine stark ausgelastete Zelle mit 40,000 Hüben verbraucht etwa 380 kWh für das Heben und dieselben 53 bis 333 kWh im Stillstand. Das Hebezeug ist nie das Problem. Die Stunden unter Spannung sind es.
Das ist in der Hebezeugwelt keine neue Erkenntnis. Mehrere Hersteller liefern heute einen Sleep-Modus oder eine Bereitschaftsreduzierung, die die Steuerversorgung nach einer festgelegten Ruhezeit abschaltet, und ein Anbieter beschreibt einen Ecomodus, der die Leistung bei leichten Lasten reduziert. Diese Funktionen helfen, wirken aber nur auf der Steuerungsseite. Die billigste Variante derselben Idee ist ein Hauptschalter, den tatsächlich jemand ausschaltet.
Hier führt die Intuition von schweren Kranen in die Irre, deshalb lohnt sich die saubere Rechnung.
Der Spannungsfall in einem Kran-Stromschienensystem folgt der Drehstromrechnung: Der Spannungsfall in Volt ist gleich 1.732 mal Strom mal wirksame Länge mal Impedanz pro Meter. Die veröffentlichten Rechenbeispiele stammen alle aus der Schwerindustrie. Ein Stromschienenkatalog zeigt eine 245 m lange Halle mit 900 A, bei der eine Aluminiumschiene für 1,000 A bei Einspeisung an einem Ende 52.6 V verliert und nur 8.8 V, wenn die Einspeisung auf zwei Punkte im Abstand eines Sechstels der Länge von jedem Ende aufgeteilt wird. Eine Kupferschiene im selben Beispiel verliert 48.8 V und 8.15 V. Das ist ein Unterschied um den Faktor sechs allein durch das Verschieben eines Einspeisepunkts, ohne jede Hardwareänderung.
Skalieren wir das nun auf eine Kombikran-Linie. Nehmen Sie eine Linie mit 24 Stationen an 400 V, bei der sechs Stationen gleichzeitig laufen – das ist großzügig. Jeder 1.5 kW-Hubmotor zieht bei Leistungsfaktor 0.8 und Wirkungsgrad 0.85 etwa 3.2 A, der gleichzeitige Strom beträgt also rund 19 A. Eine leichte Stromschiene liegt im Bereich von 0.0016 Ohm pro Meter. Über 60 m mit Einspeisung an einem Ende beträgt der Fall 1.732 x 19 x 60 x 0.0016, also 3.2 V oder 0.8% von 400 V. Verdoppelt man die Linie auf 120 m, sind es 6.3 V, immer noch unter 2%. IEC 60364-5-52 empfiehlt, den Spannungsfall im Motor-Endstromkreis auf höchstens 5% zu begrenzen.
| Fall | Strom | Wirksame Länge | Impedanz | Spannungsfall | Quelle |
|---|---|---|---|---|---|
| Schwere Halle, Einspeisung an einem Ende | 900 A | 245 m | 0.000138 Ohm/m | 52.6 V | Stromschienenkatalog |
| Schwere Halle, zwei Einspeisungen bei L/6 | 900 A | 40.8 m | 0.000138 Ohm/m | 8.8 V | Stromschienenkatalog |
| Unsere 60 m Arbeitsplatzlinie, Einspeisung an einem Ende | 19 A | 60 m | 0.0016 Ohm/m | 3.2 V, 0.8% | SIEC-Planungswert |
| Unsere 120 m Arbeitsplatzlinie, Einspeisung an einem Ende | 19 A | 120 m | 0.0016 Ohm/m | 6.3 V, 1.6% | SIEC-Planungswert |
Die ehrliche Antwort lautet also: Bei einem 400 V-Leichtkransystem ist die Einspeiseposition kein Energieproblem. Bei jedem Strang über etwa 80 m sollten Sie die Einspeisung dennoch aufteilen, aber das tun Sie wegen der Fehlertoleranz und der Wartungsstillstände, nicht wegen der Kilowattstunden. Wirklich wichtig ist die Einspeiseposition am oberen Ende des Leistungsbereichs, und das Katalogbeispiel oben zeigt, warum: 52.6 V in einem 380 V-System bedeuten ein Schütz, das klappert, und ein Hebezeug, das nicht hebt.
Die Energiezuführung an einem Kombi-System ist kein Detail. Konecranes nennt Schleppkabel und integrierte Stromschienenleitungen als die beiden Optionen für seine KBK-Arbeitsplatzsysteme, und diese Wahl hat echte Fünfzehn-Jahres-Kosten, auch wenn sie die Energierechnung kaum berührt.
| Art der Energiezuführung | Kosten pro Meter | Praktische Fahrlänge | Lebensdauer | Prüfintervall | Geeignet für eine Linie mit mehreren Hebezeugen? |
|---|---|---|---|---|---|
| Schleppkabel, Kabelwagen | EUR 25 - 60 | 50 - 150 m | 5 - 8 Jahre leicht, 3 - 5 Jahre schwer | 6 Monate | Eine Schlaufe pro Hebezeug |
| Stromschiene, isolierte Leitung | EUR 60 - 200 | 500 m und mehr | 15 - 20 Jahre auf der Schiene | 12 Monate | Von allen Hebezeugen gemeinsam genutzt |
Die veröffentlichten Kostenspannen stammen von Stromschienenherstellern und werden in Euro pro Bahnmeter angegeben. Der Haken bei Schleppkabeln in einem Kombi-System ist, dass jedes Hebezeug seine eigene Kabelschlaufe und seinen eigenen Kabelwagensatz braucht – bei einer Linie mit zehn Stationen sind das zehn Kabelschlaufen, die im selben Gang unterschiedlich schnell altern. Die Stromschiene wird gemeinsam genutzt, die Grenzkosten pro zusätzlicher Station sind also ein Stromabnehmer und nicht weitere 40 m Kabel.
Weichen sind der andere Posten. Jede Weiche fügt eine Unterbrechung im Stromschienenstrang und einen Satz Kontakte hinzu, und der Übergangswiderstand an einem verschlissenen Stoß zeigt sich als Wärme und als eine Station, die stockt. Als messbare Energieposition zeigt er sich nicht. Halten Sie sie sauber, prüfen Sie den Anpressdruck der Stromabnehmer bei der Jahresinspektion, und behandeln Sie die Weiche als Zuverlässigkeitsposten und nicht als Effizienzposten.
Die Nutzbremse ist das Upgrade, nach dem alle fragen, weil sie bei einem Containerkran die größte erzielbare Einsparung ist. Bei einem Arbeitsplatz-Hebezeug bricht die Rechnung zusammen.
Die rückgewinnbare Energie pro Senkvorgang ist Masse mal Erdbeschleunigung mal Höhe, multipliziert mit dem Anteil, den der Antrieb tatsächlich zurückspeisen kann. Eine 1-t-Station mit 3 m Hakenweg hat bei einer beladenen Senkbewegung 0.0082 kWh potenzielle Energie. Bei 70% Rückgewinnung sind das 0.0057 kWh pro Hub. Multipliziert mit den beladenen Senkbewegungen eines Jahres ergibt das den gesamten Gewinn.
| Station | kWh pro beladener Senkbewegung | Rückgewinnbar pro Jahr, leichte Zelle | Rückgewinnbar pro Jahr, stark ausgelastete Zelle | Wert bei USD 0.12/kWh, stark ausgelastete Zelle |
|---|---|---|---|---|
| 0.5 t, 2 m | 0.0019 | 4 kWh | 38 kWh | USD 4.60 |
| 1 t, 3 m | 0.0057 | 11 kWh | 115 kWh | USD 13.80 |
| 2 t, 4 m | 0.0152 | 30 kWh | 304 kWh | USD 36.50 |
Ein Rückspeiseantrieb kostet bei diesen Leistungen etwa USD 300 bis 900 mehr als ein Standard-FU. Bei einer stark ausgelasteten 1-t-Station, die USD 13.80 pro Jahr einspart, ist das eine Amortisationszeit von 22 bis 65 Jahren. Bei einer typischen leichten Zelle, die USD 1.40 einspart, sind es über zwei Jahrhunderte. Die Auslegungslebensdauer der Maschine beträgt 15 bis 20 Jahre. Kaufen Sie einen Rückspeiseantrieb für ein Arbeitsplatz-Hebezeug nur, wenn derselbe Antrieb im selben Projekt bereits für eine schwerere Maschine vorgesehen ist und der DC-Zwischenkreis gemeinsam genutzt wird – dort verortet die veröffentlichte Studie Energies 2024 die echte Rückgewinnung, bei 81.5% der umkehrbaren Energie am Hebezeug eines großen Containerkrans. Ein 1-t-Kettenzug ist diese Maschine nicht.
Die Betriebsklasse ist der Punkt, an dem die meisten Mehrausgaben bei einem Kombikran entstehen, weil sie leicht vorzuschreiben und schwer zu begründen ist. Die veröffentlichte Zuordnung ist eindeutig.
| ISO | GB | FEM | Motor-Einschaltdauer, %ED | Starts pro Stunde | Sichere Arbeitsperiode | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| M3 | A3 | 1Bm | 25% | 150 | 400 h | Leichte Montage, gelegentliches Umsetzen |
| M4 | A4 | 1Am | 30% | 180 | 800 h | Produktionszelle, ein bis zwei Schichten |
| M5 | A5 | 2m | 40% | 240 | 1,600 h | Stark ausgelastete Linie, zwei bis drei Schichten |
| M6 | A6 | 3m | 50% | 300 | 3,200 h | Kontinuierliche Dreischichtzelle |
Veröffentlichte Herstellerdaten ordnen KBK-Hängebahnen in M3 bis M4 ein, und eine reale 500 kg-Einschienenbahn-Anlage, die wir angesehen haben, war in FEM-Begriffen mit H3.2 angegeben, also in der Mitte des mittleren Betriebsbereichs. Für die Energie ist das deshalb wichtig, weil alle annehmen, eine schwerere Betriebsklasse bedeute einen besseren Wirkungsgrad. Das tut sie nicht. Ein Motor für schwereren Betrieb bedeutet mehr Wärmereserve und eine stärkere Bremse und kostet mehr in der Anschaffung. Er verbraucht nicht weniger Strom pro Hub. Wenn Ihre Station 4,000 bis 40,000 Lastspiele pro Jahr bei 2% Motorlaufzeit macht, ist ein A5-Motor eine Wärmereserve, die Sie nie ausschöpfen werden. Investieren Sie dieses Geld lieber in die Auslegung der Einspeisung.
Die EU-Verordnung 2019/1781 legt Mindestwirkungsgrade für Drehstrom-Asynchronmotoren fest, die auf den EU-Markt gebracht werden. Zwei Stufen gelten für Krananwendungen: mindestens IE3 für Motoren von 0.75 kW bis 1,000 kW und mindestens IE4 für Motoren von 75 kW bis 200 kW.
| Anforderung | Gilt für ein Arbeitsplatz-Hebezeug? | Warum |
|---|---|---|
| IE2, 0.12 bis 0.75 kW | Manchmal | Nur wenn der Motor kein Bremsmotor ist |
| IE3, 0.75 bis 1,000 kW | Ja, ab 1 t | Standardanforderung seit Juli 2021 |
| IE4, 75 bis 200 kW | Nein | Ganz außerhalb des Tragfähigkeitsbereichs |
| Ausnahme, Artikel 2(2)(c) | Fast immer | Motoren mit integrierter Bremse, die weder ausgebaut noch für die Prüfung separat gespeist werden kann, sind von der Wirkungsgradanforderung ausgenommen |
Die letzte Zeile ist die entscheidende. Ein Hubmotor mit auf der Welle sitzender Bremse ist der Lehrbuchfall des Artikels 2(2)(c), und die Verordnung sagt das ausdrücklich: Eine integrierte Bremse, die weder ausgebaut noch während der Wirkungsgradprüfung aus einer separaten Quelle gespeist werden kann, nimmt den Motor aus dem Geltungsbereich. Bei einem Kombikran wird also kein IE4-Motor verlangt, und es gibt nichts zu gewinnen, wenn man einen anstrebt. Wenn Sie einen Motor ohne Bremse über 0.75 kW vorsehen, ist IE3 die Untergrenze, und der praktische Unterschied zwischen IE3 und IE4 ist bei diesen Größen ein paar Prozentpunkte, die ein paar Dollar pro Jahr wert sind.
Nichts an der Energie, aber viel am Angebot. Ein Kombikran, der nach Nordamerika verkauft wird, läuft mit 480 V 60 Hz und NEMA-Motortoleranzen. Dasselbe System läuft in Europa oder Asien mit 400 V 50 Hz nach IEC. Ein Fehler hier ist der häufigste Grund, warum eine gelieferte Linie in ihrer Kiste stehen bleibt.
| Position | NEMA, Nordamerika | IEC, die meisten anderen Märkte |
|---|---|---|
| Nennspannung | 480 V, 60 Hz | 400 V, 50 Hz |
| Spannungstoleranz | Plus oder minus 10% | Zone A plus 5 / minus 2, Zone B plus 10 / minus 5 |
| Frequenztoleranz | Plus oder minus 5% | Zone A plus 2 / minus 2, Zone B plus 3 / minus 5 |
| Betriebsbemessung | Betriebsfaktor 1.15 üblich | Kein Betriebsfaktor, Betriebsart S1 bis S10; Kranhebezeuge sollten S4 oder S5 sein |
| Was das für Sie bedeutet | Ein 480 V-Hebezeug ist nicht mit einem 400 V-Hebezeug austauschbar, und eine Betriebsfaktor-Angabe ist keine zusätzliche Reserve, mit der Sie planen sollten | Dasselbe |
Ein praktischer Hinweis für eine Linie mit mehreren Stationen. Wenn Ihr Werk 480 V am unteren Ende der Toleranz fährt, also nahe 440 V, hebt ein auf Nennleistung ausgelegtes Hebezeug langsamer und zieht bei gleicher Arbeit etwas mehr Strom. Lassen Sie sich das Spannungsfenster schriftlich geben und prüfen Sie es gegen Ihre Trafostufeneinstellung, bevor die Stromschiene bestellt wird.
Pro Station sind die Zahlen klein genug, um sie zu ignorieren. Über ein Werk hinweg sind sie nicht mehr klein, und dort sollte ein Energiemanager hinschauen.
| Linie | Hubenergie, kWh/Jahr | Bereitschaftsverbrauch, kWh/Jahr | Gesamt, kWh/Jahr | Kosten bei USD 0.12/kWh | Kosten über zehn Jahre |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 Stationen, leichte Zellen, Schützsteuerung | 228 | 630 | 858 | USD 103 | USD 1,030 |
| 6 Stationen, leichte Zellen, in Leerlaufstunden abgeschaltet | 228 | 302 | 530 | USD 64 | USD 636 |
| 24 Stationen, stark ausgelastete Zellen, FU-Steuerung, immer unter Spannung | 4,560 | 6,000 | 10,560 | USD 1,267 | USD 12,672 |
| 24 Stationen, stark ausgelastete Zellen, in Leerlaufstunden abgeschaltet | 4,560 | 2,880 | 7,440 | USD 893 | USD 8,928 |
Zwei Schichten pro Tag, fünf Tage pro Woche, sind 4,000 Stunden unter Spannung von 8,760. Die Linie steht etwas mehr als die Hälfte des Kalenderjahres still. Diese Leerlaufhälfte ist bei der 24-Stationen-Linie USD 374 pro Jahr wert, und es kostet nichts, sie zu erfassen, wenn die Einspeiseverteilung bereits einen Hauptschalter hat – Konecranes führt diesen bei mehreren seiner Arbeitsplatzkonfigurationen als Standard. Wo ein Linienschütz ergänzt werden muss, rechnen Sie mit USD 150 bis 600 für die Hardware und einer Amortisation zwischen vier Monaten und zwei Jahren. Nichts anderes auf dieser Seite kommt dem nahe.
Es gibt auch eine Leistungspreis-Seite. Betriebe zahlen für ihre Spitzenleistung in Kilowatt ebenso wie für ihre Kilowattstunden, und die Spitze wird in einem 15-, 30- oder 60-Minuten-Fenster ermittelt. Wenn eine Linie mit 24 Stationen läuft, während der Rest des Werks ruhig ist, kann die Kranlinie die Monatsspitze allein setzen. Die Hubstarts zu staffeln – oder einfach zu verhindern, dass beim Schichtwechsel jeder Bediener die Hubtaste drückt – kostet nichts. Ein Sanftanlauf oder ein FU bewirkt elektrisch dasselbe.
Hier ist die Liste in der Reihenfolge, in der wir das Geld ausgeben würden, mit den Zahlen aus diesem Leitfaden daneben.
1. Schalten Sie die Linie am Schichtende ab. Null bis USD 600 für ein Linienschütz, spart USD 150 bis 375 pro Jahr bei einer Linie mit sechs bis vierundzwanzig Stationen. Dies ist der einzige Punkt auf der Liste mit einer Amortisation unter zwei Jahren, und bei den meisten Anlagen existiert der Schalter bereits.
2. Staffeln Sie die Hubstarts, wenn mehrere Stationen eine Einspeisung teilen, und versetzen Sie den Schichtwechsel. Meist kostenlos in der bestehenden Steuerung möglich, und es schützt vor dem Leistungspreis.
3. Dimensionieren Sie Zuleitung und Stromschiene nach dem Gleichzeitigkeitsfaktor der NEC 610.14(E) und nicht nach der arithmetischen Summe. Bei einer Kombikran-Linie mit sechs Stationen vermeiden Sie damit, für etwa 15% Kupfer und Schalter zu zahlen, die Sie nie nutzen werden. Das ist Kostenvermeidung und keine Einsparung, aber zum Angebotszeitpunkt ist es echtes Geld.
4. Sehen Sie bei jedem neuen Hebezeug einen Sleep-Modus oder eine Bereitschaftsreduzierung vor. Mehrere Hersteller bieten das heute an, und es greift den größten Einzelposten der Jahressumme an. Lassen Sie sich die Bereitschaftsleistung in Watt schriftlich geben, denn standardmäßig veröffentlicht sie niemand.
5. Wählen Sie bei jedem Strang mit mehr als zwei Hebezeugen die Stromschiene statt Schleppkabel. Der Energieunterschied ist vernachlässigbar, die Fünfzehn-Jahres-Kosten und der Prüfaufwand nicht. Das ist eine Wartungsentscheidung, die zufällig im Energieabschnitt steht.
6. Kaufen Sie einen FU für die Steuerung, nicht für die Energie. Sanftanlauf, Positionieren bei langsamer Geschwindigkeit und längere Bremslebensdauer sind USD 250 bis 900 pro Station wert. Stromeinsparung nicht, denn der Antrieb spart bei diesen Größen ein paar Dollar pro Jahr.
7. Kaufen Sie keinen Rückspeiseantrieb für ein Arbeitsplatz-Hebezeug. Der beste Fall in diesem Leitfaden waren USD 36.50 pro Jahr rückgewonnener Energie gegenüber einem Aufpreis von USD 300 bis 900.
8. Jagen Sie keinen IE4-Motoren nach. Bremsmotoren sind nach Artikel 2(2)(c) der EU 2019/1781 ausgenommen, und die Wirkungsgradlücke ist bei diesen Leistungen ohnehin ein Rundungsfehler.
Ein Zähler an der Einspeisung der Linie beantwortet die meisten Fragen in diesem Leitfaden. Jede Station einzeln zu messen kostet mehr als die Energie, die gemessen wird.
Setzen Sie einen Drehstrom-kWh-Zähler in die Einspeiseverteilung, mit einem Stromwandler, wenn die Einspeisung über etwa 63 A liegt, und protokollieren Sie in Fünfzehn-Minuten-Intervallen. Ein abrechnungsfähiges Gerät nach IEC 62053-22 Klasse 0.5S kostet ein paar hundert Dollar und trennt mit einem Monat Daten die Arbeitsstunden von den Leerlaufstunden. Genau diese eine Grafik macht aus der Diskussion um das Linienschütz eine Entscheidung statt einer Meinung.
Wenn Sie Bereitschaftsbetrieb und Heben ohne zusätzliche Hardware trennen wollen, lesen Sie den kWh-Zähler des FU zu Beginn und am Ende einer Schicht ab und vergleichen ihn mit dem Zähler in der Verteilung. Die Differenz ist das, was die Station zieht, während niemand hebt, und sie ist meist größer, als irgendjemand erwartet.
Bauen Sie kein Energiemanagementprogramm für das Werk um eine Arbeitsplatzkran-Linie herum. Die Studie „Superior Energy Performance“ des US-Energieministeriums (DOE) ergab, dass Betriebe, die mehr als USD 2M pro Jahr für Energie ausgeben, die Programmkosten im Schnitt in weniger als 1.5 Jahren zurückgewannen – aber die durchschnittlichen Umsetzungskosten betrugen USD 180,000 bei 0.8 Personenjahren internem Personal. Eine Linie mit 24 Stationen, die 10,500 kWh pro Jahr verbraucht, entspricht 0.02% dieser Größenordnung. Lösen Sie die Linie mit einem Schalter und sparen Sie das Managementsystem für die Druckluft und die Öfen auf.
Planen Sie 50 bis 400 kWh pro Jahr und Station für das Hebezeug und 50 bis 330 kWh pro Jahr und Station für den Bereitschaftsbetrieb. Damit liegt eine Linie mit sechs Stationen irgendwo zwischen 530 und 3,200 kWh pro Jahr und eine Linie mit 24 Stationen zwischen 7,400 und 12,700 kWh. Die veröffentlichte Konecranes-Zahl von 361 kWh über zehn Jahre für ein leichtes Werkstatt-Hebezeug ist das untere Ende davon und auf jeder Station mit 4,000 Hüben pro Jahr erreichbar.
Unter etwa 0.5 t und bei leichter Nutzung manchmal. Darüber nicht. Einphasig begrenzt das Hebezeug auf kleinere Tragfähigkeiten und geringere Einschaltdauer und nimmt die Möglichkeit eines gemeinsamen DC-Zwischenkreises zwischen den Stationen. Jedes veröffentlichte System der KBK-Klasse läuft dreiphasig, einschließlich des Schweizer 500 kg-Einschienenbahnprojekts mit 380 V und der Standard-Kettenzugreihe mit 415 V. Wenn Ihr Gebäude nur einphasig anbietet, führen Sie eine Drehstrom-Einspeisung zur Linie und keinen größeren einphasigen Stromkreis.
Nein, und das ist der teuerste Fehler, den wir sehen. NEC 610.14(E) und jeder Stromschienenkatalog wenden auf mehrere Hebezeuge an einem gemeinsamen System einen Gleichzeitigkeitsfaktor an: 0.95 für zwei, 0.91 für drei, 0.87 für vier, 0.84 für fünf, 0.81 für sechs und 0.78 für sieben. Eine Linie mit sechs Stationen summiert sich auf 11.4 kW und wird mit 9.7 kW dimensioniert. Ein Steuerungshersteller argumentiert dasselbe von der anderen Seite und warnt, dass das System auf das Steuerungsmaximum ausgelegt werden muss, wenn die Anzahl gleichzeitig laufender Hebezeuge unbekannt ist. Finden Sie die Zahl heraus, statt für den schlimmsten Fall zu kaufen.
Für die Steuerung ja. Für die Energie nein. Eine 1-t-Station mit 20,000 Hüben pro Jahr verbraucht etwa 190 kWh zum Heben, und der Unterschied zwischen einem Schützhebezeug mit 75% Wirkungsgrad und einem FU-Hebezeug mit 85% beträgt etwa 30 kWh oder USD 3.60 pro Jahr. Der Antrieb kostet USD 250 bis 900 mehr. Kaufen Sie ihn für Sanftanlauf, präzises Positionieren und längere Bremslebensdauer, und behandeln Sie die Energie als Fußnote.
Beim Kran selbst ungefähr gleich, weil die Hubarbeit identisch ist und die Hebezeuge dieselbe Größe haben. Der Unterschied liegt in der Einspeisung. Mehrere Schwenkkrane brauchen jeweils ihre eigene Versorgungsleitung und ihre eigene Steuerung, während ein Kombi-System einen Stromschienenstrang und einen Gleichzeitigkeitsfaktor über alle Stationen teilt. Bei einer Linie mit zehn Stationen ist das eine Zuleitung statt zehn, und deshalb gewinnen Kombi-Systeme auf langen Montagelinien.
Zwischen USD 0.005 und USD 0.06 pro Stationsstunde an Strom bei USD 0.12 pro kWh, je nachdem, ob die Station hebt oder mit eingeschalteter Spannung einfach dasteht. Über ein Jahr mit 4,000 Stunden sind das USD 20 bis USD 240 pro Station. Zum Vergleich: Eine Stunde, in der der Bediener daneben steht, kostet mehr als einen Monat Strom für den Kran.
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