Ein Portalkran legt größere Wege zurück als jede andere Maschine im Werk, und die Stromversorgung muss ihm folgen. Transformator, Kabel, Trommel und Erde – gemessen auf der Kranbahn und nicht auf dem Typenschild.
Die meisten elektrischen Fragen an einen Kran haben eine Antwort. Bei einem Sonderkran hat dieselbe Frage vier, und sie widersprechen sich. Eine Stromschiene, die die billigste und zuverlässigste Art ist, einen 20-Tonnen-Greiferkran mit Strom zu versorgen, ist in der Halle nebenan überhaupt nicht zulässig, wenn diese Halle als explosionsgefährdet eingestuft ist. Ein Umrichter, der die Regelung an einer Beizanlage verbessert, kann die Zertifizierung des Motors zwei Meter weiter ungültig machen. Ein Hubwerk, das in einer Kohlehalle völlig sicher ist, fällt im Reinraum bei der Partikelzählung durch.
Die Entscheidung über die Stromversorgung eines Sonderkrans ist also keine Lastberechnung. Sie ist eine Raumberechnung. Ist der Raum falsch eingeschätzt, ist das elektrische Paket falsch, egal wie gut es dimensioniert ist.
Dieser Artikel geht durch die vier Räume, für die wir bauen: Schüttgutumschlag in brennbarem Staub, Beiz- und Säurelinien, Reinräume und gasgefährdete Anlagen. Gleiche Kranfamilie, gleiche Steuerung, vier verschiedene Antworten. Die Tragfähigkeit reicht dabei von etwa 0.5 Tonnen in einer Halbleiterfertigung bis 50 Tonnen am Greifer.
Weil sich das Versagensmuster ändert. Bei einem gewöhnlichen Kran ist der Feind der Spannungsfall und die Triebwerksgruppe. Im explosionsgefährdeten Bereich ist der Feind ein Funke, den man nicht sieht, oder eine Oberfläche mit 140 Grad, wenn das Gas bei 135 Grad zündet. In einer Beizhalle ist der Feind ein Film aus Salzsäure, der einen sauberen Isolator über achtzehn Monate zum Leiter macht. Im Reinraum ist der Feind der Kohlenstoffstaub, der von den eigenen Stromabnehmern abfällt.
Jedes davon ist ein elektrisches Problem mit einer mechanischen Antwort – oder umgekehrt. Deshalb ist das elektrische Paket bei einem Sonderkran in der Regel die zweitgrößte Position im Angebot nach der Konstruktion.
| Raum | Was die Atmosphäre macht | Was zuerst versagt | Wie die Versorgung sein muss |
|---|---|---|---|
| Greifer, Schüttgutterminal | Brennbare Staubwolke, 5 mm Schicht auf jeder horizontalen Fläche | Oberflächentemperatur unter der Staubschicht, nicht der Lichtbogen | Staubgeschütztes Gehäuse, IP6X, erklärte T-Klasse mit der Schicht |
| Beizlinie | Säurenebel, zweimal täglich Kondensation, Chloridfilm | Isolationswiderstand, dann Kriechstrom über die Oberfläche | IP65 oder besser, Verschmutzungsgrad 3 oder 4 angenommen, säurefester Mantel |
| Reinraum | Nichts Korrosives. Alles zählt stattdessen Partikel | Der Kran als Partikel- und ESD-Quelle | Gekapselter Umrichter, gefilterte Motorenluft, kein offener Gleitkontakt |
| Gasgefährdete Anlage | Brennbares Gas oder Dampf, Zone 1 oder 2 | Jeder funkelnde Kontakt, jede heiße Oberfläche | Ex-Motor und Ex-Abnehmer, überhaupt keine offene Stromschiene |
Beachten Sie, dass nur eine dieser vier Spalten Elektrizität im üblichen Sinn erwähnt. Drei davon handeln davon, was die Umgebung mit dem Equipment macht, nicht was das Equipment mit der Versorgung macht.
Die Räume bekommen ihre Namen vom Zonensystem, nicht vom Prozess. Gaszonen sind 0, 1 und 2. Staubzonen sind 20, 21 und 22. Die Zahl beschreibt, wie oft die Atmosphäre tatsächlich vorhanden ist, und die Werte unten sind die, die Kranhersteller auf ihren Ex-Kennzeichnungsblättern veröffentlichen.
| Zone | Vorhandensein pro Jahr | ATEX-Kategorie | Gehäuse für Staub |
|---|---|---|---|
| 0 / 20 | Über 1,000 Stunden | Kategorie 1 | IP6X, und die meisten Kranbauer bieten das nicht an |
| 1 / 21 | 10 bis 1,000 Stunden | Kategorie 2 | IP6X, leitfähig oder nicht |
| 2 / 22 | Unter 10 Stunden | Kategorie 3 | IP6X, wenn der Staub leitet, IP5X wenn nicht |
Zwei Dinge bringen hier Leute aus dem Tritt. Das erste ist, dass die IP-Anforderung keine pauschale Zahl ist. In Zone 22 darf IP5X verwendet werden, wenn der Staub nicht leitfähig ist, und IP6X, wenn er leitfähig ist; ein Getreideterminal und ein Metallpulverwerk in derselben Zone-22-Kategorie bekommen also nicht dasselbe Gehäuse. Das zweite ist, dass ein Kran der Kategorie 3 kein Kran der Kategorie 2 mit weniger Zertifikaten ist. Die geprüften Fehlerfälle sind andere, und der Schriftkram ist ein anderer.
Die Oberflächentemperatur kommt auf die Zone obendrauf. Gasklassen reichen von T1 bei 450 Grad bis T6 bei 85, und die meisten industriellen Käufer fragen T3 oder T4 an. T4 sind 135 Grad. Diese eine Zahl entscheidet mehr über das elektrische Paket als die Zone, weil sie für die Außenseite des Motors, das Innere des Klemmenkastens und die Bremse gilt.
| Klasse | Max. Oberfläche | Typisches Gas | Was es kostet |
|---|---|---|---|
| T1 | 450 C | Ammoniak, Methan in einigen Sorten | Praktisch nichts. Standardmotoren bestehen |
| T3 | 200 C | Benzindampf, die meisten Lösungsmittel | Real. Motorklasse, Bremsentyp, Klemmenkasten |
| T4 | 135 C | Acetaldehyd, Diethylether, die meisten Raffinerieströme | Bestimmt die gesamte Motorauswahl und schließt die meisten Standardbremsen aus |
| T6 | 85 C | Schwefelkohlenstoff | Nur Sondermaschinen. Wir lehnen mehr davon ab, als wir annehmen |
Ein 30 kW Motor mit 85 Grad Oberfläche ist kein 30 kW Motor mit einem größeren Lüfter. Es ist ein anderes Gehäuse, eine andere Wicklung, oft eine andere Kühlart. Wenn der Käufer T6 in die Spezifikation schreibt, ohne zu prüfen, was im Raum ist, bleibt das Projekt in der Motoranfrage stecken und alle verlieren sechs Wochen.
Das ist keine Meinungsfrage. Mazzella, die seit Jahrzehnten Krane elektrifizieren, hat es in ihrem Vergleich von Stromschiene, Festoon und Kabeltrommel in einem Satz festgehalten: Ein Stromschienensystem kann niemals in einer Umgebung eingesetzt werden, die einen explosionsgeschützten Kran verlangt.
Der Grund ist der Stromabnehmer. Er ist ein Gleitkontakt. Er funkt bei jedem Stoß ein wenig, jedes Mal wenn der Kran vorbeifährt, und unter Last funkt er mehr. In einer gewöhnlichen Halle ist dieser Funke ein Wartungsärgernis. In einer Zone-1-Atmosphäre ist er eine Zündquelle mit einer Lebensdauer in Millisekunden.
Man kommt da auch nicht durch Abdichten heraus. Eine gekapselte Stromschiene mit IP6X-Abdeckung hat immer noch einen gleitenden Abnehmer auf einem blanken Leiter innerhalb der Abdeckung, und die Norm akzeptiert ein Gehäuse nicht als Schutz für einen funkelnden Kontakt in einer klassifizierten Atmosphäre. Deshalb ist die Antwort keine bessere Stromschiene. Die Antwort ist eine andere Technologie.
Dieselbe Logik zieht sich durch das Zubehör. Der ATEX-Festoon-Katalog von Conductix-Wampfler selbst setzt eine maximale Fahrgeschwindigkeit von 1 m/s und stellt klar, dass der Explosionsschutz oberhalb dieser Geschwindigkeit erlischt. Er verbietet außerdem PVC-Kabel und -Schläuche im System und verlangt einen schweren Mantel aus Polychloropren oder einem gleichwertigen synthetischen Elastomer. Beide Anforderungen haben denselben Grund: statische Aufladung und Mantelzerfall erzeugen Funken, die kein Gehäuse einschließt.
Drei Optionen, und sie sind nicht austauschbar. Festoon, Kabeltrommel und ein Ex-Schleifring, wenn sich die Maschine dreht.
| Methode | Geschwindigkeitsgrenze | Mantel und Werkstoffe | Wo sie gewinnt |
|---|---|---|---|
| ATEX-Festoon | 1 m/s, harte Grenze | Schweres Polychloropren. Nirgends PVC | Kurze bis mittlere Kranbahnen, Katze und Brücke, Steuerung inklusive |
| Kabeltrommel | Bestimmt durch Trommel und Kabel, typisch 60 bis 100 m/min | Gehäuse aus Edelstahl oder verzinktem Stahl, pulverbeschichtet | Lange Fahrwege, korrosive und saure Räume, hohe Schaltzahlen |
| Ex-Schleifring | Rotation, typisch 40 rpm und mehr auf Anfrage | Druckfestes oder erhöht sicherheitsgeschütztes Gehäuse, IP65 oder IP66 | Schwenkmaschinen, Stacker, jede kontinuierliche Drehung |
Festoon trägt das meiste Kabel für das wenigste Geld und ist der Standard für eine Zone-1-Brücke. Die Grenze von 1 m/s klingt restriktiv, bis man die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit prüft, die bei einem 20-Tonnen-Prozesskran oft 20 bis 40 m/min beträgt, also 0.33 bis 0.67 m/s. Die Grenze beißt bei schnellen Greiferkränen und bei langen Kranbahnen, auf denen man lieber keine 40 m Kabel schleppen möchte.
Die Kabeltrommel ist die Antwort in der Beizhalle, und nicht nur wegen der Explosionsseite. Edelstahl- oder verzinkte Bauweise mit beschichtetem Gehäuse ist das Einzige, was eine Säureatmosphäre ein Jahrzehnt übersteht. Mazzella nennt korrosive und saure Umgebungen ausdrücklich als Trommelanwendung, was das Gegenteil dessen ist, was die meisten annehmen. Wir haben an Säurelinien mehr Festoon-Anlagen als Trommeln ersetzt.
Der Schleifring ist die vierte Option und die, die Käufer vergessen. Wenn sich die Maschine dreht, muss die Leistung eine Drehverbindung überqueren, und bei einer Ex-Maschine ist diese Verbindung ein zertifiziertes Bauteil, kein Standardteil. Der italienische Hersteller TER veröffentlicht einen Ex-Schleifring mit IP65 oder IP66 über minus 40 bis plus 60 Grad, bis 150 A im kleinen und 638 A im großen Gehäuse, bei bis zu 1,000 V bzw. 6,000 V, zertifiziert nach der ATEX-Richtlinie sowie EN 60079-0, EN 60079-1 und EN 60079-14, zusätzlich IECEx. Trolex baut dieselbe Idee für Zone 1 als druckfeste Einheit der Gruppe IIB, IP66, 400 A Durchgang bei 1,000 V AC, 40 rpm, mit eingebauter selbstregelnder Begleitheizung gegen Kondensation und mindestens zwei Bürsten pro Ring. Beachten Sie die Bürstenteilung: Kupfer-Graphit für Leistung, Silber-Graphit für Signale.
Das ist das teuerste Missverständnis im ganzen Paket, und es ist nicht die Schuld des Käufers. Die meisten Umrichter werden als Allzweckprodukte verkauft, die meisten Ex-Motoren werden als Motoren verkauft, und die Kombination wird als Verdrahtungsdetail behandelt. Das ist sie nicht.
Die Anleitung von ABB zu Motoren und Umrichtern in explosionsgefährdeten Bereichen legt dar, was jede Schutzart braucht, bevor ein Umrichter angeschlossen werden darf. Es lohnt sich, das in deren Worten zu lesen statt in meinen, aber die Form ist diese:
| Schutzart | Was erfüllt sein muss, bevor ein Umrichter erlaubt ist | Praktische Wirkung auf die Bestellung |
|---|---|---|
| Ex d, druckfest | Motor mit dem Umrichter für die Betriebsart und mit der Schutzeinrichtung geprüft, oder direkter Temperaturschutz mit eingebetteten Sensoren und Reserve | Das Umrichtermodell wird Teil des Zertifikats. Tauscht man es, ist die Akte tot |
| Ex ec, erhöhte Sicherheit | Mit dem Umrichter oder einem vergleichbaren Umrichter geprüft, oder Temperaturklasse durch Berechnung, oder direkte Regelung über eingebettete Sensoren | Machbar. Die Berechnung oder der Sensorweg ist normalerweise der günstigere Pfad |
| Ex eb | Zusammen mit dem spezifischen Umrichter und der Schutzeinrichtung geprüft. Ein kombinierter Erwärmungslauf ist Pflicht | Keine Abkürzungen. Das ist ein Werkstest, keine Berechnung |
Der Weg über die Schutzeinrichtung ist der, den die meisten Projekte am Ende nutzen, und er hat ein Detail, das übersehen wird. Umrichter können eine integrierte sichere Motortemperaturfunktion tragen, definiert in EN und IEC 61800-5-2, und diese Funktion ist als Schutzeinrichtung nach ATEX zertifiziert. Aber die Kennzeichnung auf diesem Umrichter bezieht sich nur auf die Sicherheitsfunktion in ihm, nicht darauf, dass der Umrichter mit Ihrem Motor geprüft wurde. Und weil diese Umrichter normalerweise kein Ex-Gehäuse haben, dürfen sie nur außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs installiert werden. Im Zertifikat erscheint das als Kategorie in Klammern, zum Beispiel (2), was ein Gerät bedeutet, das außerhalb der Zone montiert werden soll.
Die Frage lautet also nicht, ob dieser Umrichter ATEX-zertifiziert ist. Die Frage lautet, wofür das Zertifikat gilt und wo der Kasten physisch steht. Das sind verschiedene Antworten, und sie ändern das Schaltschranklayout.
Die T-Klasse ist keine Eigenschaft des Motors. Sie ist eine Eigenschaft des Motors an einem bestimmten Betriebspunkt, und der Betriebspunkt, der zählt, ist selten der auf dem Typenschild.
Ein Standardmotor in totally enclosed fan cooled Bauart trägt einen wellenmontierten Lüfter. Bei Nenndrehzahl bewegt der Lüfter genug Luft, um die Wicklungstemperatur unten zu halten. Bei 10 Prozent der Nenndrehzahl bewegt er fast nichts, weil der Lüftervolumenstrom etwa mit der Drehzahl fällt, während die Verluste im Motor unter Last nahe am Vollwert bleiben. Die Wicklung wird bei 5 Hz heißer als je bei 50 Hz, bei gleichem Drehmoment.
Das ist der ganze Grund, warum die Normen so ein Aufhebens um die Umrichter-Motor-Kombination machen. Ein Motor, der T4 bei 1,500 rpm hält, hält nicht zwangsläufig T4 bei 75 rpm mit derselben Last, und keine Umrichterkonfiguration ändert den Luftstrom. Was der Umrichter kann, ist messen und handeln: den PTC oder PT100 in der Wicklung lesen, den thermischen Zustand modellieren und abschalten, bevor die Oberfläche über die Grenze geht. Die Anleitung von ABB nennt genau das als Alternative zur geprüften Kombination und merkt an, dass die Begrenzung der Schaltfrequenz über die Ex-Parameter den verfügbaren Strom reduziert, was in die Berechnung gehört.
Drei praktische Wege, nach Kosten geordnet:
Der erste ist ein separater Fremdlüfter am Motor, verriegelt mit dem Umrichter. Billig, hässlich, wirksam, und die Standardantwort an Werkzeugmaschinen. Er beseitigt die Variable vollständig.
Der zweite ist ein Umrichter mit zertifizierter Thermofunktion und einem PT100 in der Wicklung, mit Auslösung auf die Klassengrenze statt auf die Isolierstoffklasse. Das ist bei einer kleinen Maschine billiger als ein Lüfter und verlangt Inbetriebnahmedisziplin, weil die Standardparameter für einen Standardmotor gesetzt sind.
Der dritte ist, eine größere Baugröße zu akzeptieren, damit das reduzierte Dauer-Drehmoment die Betriebsart noch abdeckt. Bei einem Greiferkran mit 40 Prozent Einschaltdauer ist das oft die sauberste Antwort, und es ist die, die ein Audit fünf Jahre später übersteht.
Welchen Weg Sie auch wählen, das Abnahmedokument ist ein Erwärmungslauf bei der niedrigsten Drehzahl, die der Kran tatsächlich fährt, mit der höchsten Last, die er tatsächlich trägt, und mit gemessener statt angenommener Oberflächentemperatur. Wir haben erlebt, dass ein T4-Greiferkran diesen Test bei 50 Hz bestand und bei 6 Hz nicht – am selben Nachmittag, ohne dass sich etwas geändert hätte außer der Drehzahlsollwert.
Langsam, und dann misst man. Die Schienen sehen wie der offensichtlichste Erdungspfad im Gebäude aus und sind der, auf den man sich nicht verlassen kann. Räder sind kein Schutzleiter. Der Kontakt Rad-zu-Schiene hängt von der Last ab, vom Rost, vom Fett und davon, ob der Kran zufällig über einem Stoß steht. In dem Moment, in dem man die Verbindung am dringendsten braucht, kann der Kran unbelastet sein und der Übergangswiderstand einige zehn Ohm betragen.
Der Potentialausgleich ist also ein Kupferleiter, keine Lagerfläche. IEC TS 60079-32-1 nennt in Abschnitt 13.2.2 eine Zahl: Metallische Teile in gutem Kontakt mit Erde sollten einen Widerstand von weniger als 10 Ohm haben, und während bis zu 1 Megohm zum Ableiten von Statik akzeptabel ist, sind Werte über 10 Ohm ein früher Hinweis auf Korrosion oder eine lose Verbindung und sollten untersucht werden. NFPA 77 ist konsistent und nennt in der Praxis etwa 10 Ohm für Kupfer und 25 Ohm für Edelstahl.
| Verbindungspunkt | Ziel | Was wir auf der Baustelle tatsächlich sehen |
|---|---|---|
| Festoon-Schiene zur Gebäudeerde | Unter 10 Ohm | Meist in Ordnung. Lackierte Halter sind die Ausnahme |
| Brücke zur Kranbahnschiene | Durchgehende Kupferverbindung | Fehlt bei etwa jedem fünften Kran. Man ging davon aus, dass die Räder reichen |
| Katze zur Brücke | Durchgehende Kupferverbindung | Häufig über die Festoon-Katze geführt statt über ein eigenes Band |
| Hubwerksrahmen zur Katze | Durchgehende Kupferverbindung | Übersehen, wenn das Hubwerk separat geliefert und auf der Baustelle angeschraubt wird |
| Greifer oder Lastaufnahmemittel | Verbunden, nicht am Seil hängend | Die am häufigsten vergessene Verbindung an einem Greiferkran |
Prüfen Sie mit einem ordentlichen Niederohm-Messgerät, nicht mit einem Multimeter im Ohm-Bereich. Schreiben Sie die Werte auf, denn der zweite Messwert ein Jahr später ist der, der sagt, ob eine Verbindung korrodiert. Und messen Sie an den Stößen, nicht nur von Ende zu Ende: ein guter End-zu-End-Wert kann ein Band verbergen, das den Strom über ein Lager führt.
Staub setzt sich ab, isoliert und brennt. Gas verteilt sich und zündet. Dieser Unterschied verändert die Berechnung auf zwei Arten.
Die erste ist das Gehäuse. Staub muss aus dem Kasten herausgehalten werden, was ein IP-Problem ist, und die Anforderung ist nicht einheitlich. In Zone 21 verlangen leitfähiger und nicht leitfähiger Staub beide IP6X. In Zone 22 darf IP5X für nicht leitfähigen Staub verwendet werden, aber IP6X für leitfähigen. Ein Metallpulverwerk und eine Getreidemühle können beide Zone 22 sein, und sie können nicht beide dasselbe Gehäuse verwenden.
Die zweite ist die Oberflächentemperatur, und hier ist Staub subtiler als Gas. Bei Gas vergleicht man die Oberfläche mit der Zündtemperatur des Gases. Bei Staub muss man Wolke und Schicht getrennt betrachten, weil eine 5 mm dicke Staubschicht die Oberfläche isoliert und sie heißer laufen lässt, als dasselbe Gerät sauber laufen würde.
| Schritt | Formel | Durchgerechnetes Beispiel |
|---|---|---|
| Grenze der Wolke | Zwei Drittel der Zündtemperatur der Wolke | Wolke zündet bei 450 C, die Grenze wird 300 C |
| Grenze der Schicht | Zündtemperatur der Schicht minus 75 K | Schicht zündet bei 300 C, die Grenze wird 225 C |
| Maßgeblicher Wert | Der niedrigere der beiden | 225 C, das Gerät wird also T3 oder besser gekennzeichnet |
| Korrektur der Umgebung | Bei 40 C erklärt, sofern das Typenschild nichts anderes sagt | Eine 55 C warme Halle braucht eine neu bewertete Maschine, keinen Vermerk auf der Zeichnung |
Beachten Sie, was diese Tabelle für einen Kran bedeutet. Der Motor ist nicht die einzige heiße Oberfläche. Die Bremse ist heiß, jedes Mal wenn sie stoppt. Der Widerstand auch, falls es einen gibt, und die Lichtbogenkammern der Schütze. Bei einem staubgeschützten Greiferkran kennzeichnen wir Bremse und Widerstand separat, weil das Motorzertifikat sie nicht abdeckt.
Und eine Staubschicht oben auf einem Schaltschrank ist ein thermisches Problem, auch wenn es kein Zündproblem ist. Eine 5 mm dicke Schicht verdoppelt den Wärmewiderstand der Schrankwand ungefähr. Deshalb ist die Leistungsreduzierung an einem staubigen Standort größer, als die Staubspezifikation allein vermuten lässt.
Weil Säure nicht zuerst das Metall angreift. Sie greift die Oberfläche der Isolierung an, und sie tut es langsam genug, dass es niemand merkt, bis das Fehlerstromrelais an einer Maschine auslöst, die drei Jahre gelaufen ist.
Der Mechanismus ist Kriechstrom über die Oberfläche. Ein Chloridfilm auf einem Isolator ist schwach leitfähig, und in einer feuchten Halle mit zweimal täglicher Kondensation wird dieser Film zu einem Ableitpfad über die Oberfläche. Wenn sich erst eine Kohlenstoffspur gebildet hat, heilt sie nicht. Das Regelwerk IEC 60664-1 gibt dem mit dem Verschmutzungsgrad einen Namen, und eine Beizhalle ist bestenfalls Verschmutzungsgrad 3 und im Spritzbereich 4. Zum Vergleich: die Norm setzt Mindest-Kriechwege von 0.2 mm bei Grad 2, 0.8 mm bei Grad 3 und 1.6 mm bei Grad 4, unabhängig von der Spannung, weil ein kleiner Spalt durch einen Tropfen oder ein Partikel überbrückt werden kann, egal wie hoch die Spannung ist.
| Position | Standardausführung | Was eine Säurelinie braucht |
|---|---|---|
| Schaltschrank | IP54, lackierter Stahl | IP65 oder IP66, Edelstahl 304 oder 316, geneigte Oberseite, keine horizontale Kante |
| Kondensation | Nicht behandelt | Begleitheizung mit eigenem Thermostat, dazu Be- und Entlüftung |
| Kabelmantel | PVC | Polychloropren oder gleichwertig. PVC versprödet und reißt an den Verschraubungen |
| Verschraubungen und Befestigungen | Vernickeltes Messing | Edelstahl 316, sonst fressen die Verschraubungen in zwei Jahren |
| Isolationswiderstand | Nach der Installation nicht gemessen | Mindestens 1 Megohm bei 500 V DC, dann bei jedem Jahresservice erneut |
Der Wert von 1 Megohm stammt aus IEC 60204-1 Abschnitt 18.3, der Norm für die elektrische Ausrüstung von Maschinen und nicht für Krane, und es ist die Zahl, die die meisten Inbetriebnahmeprotokolle verwenden. Bei einer neuen Maschine in einer trockenen Halle sehen wir normalerweise hunderte Megohm. Bei einem drei Jahre alten Beizkran haben wir unter 2 Megohm gemessen, während alles noch lief – das ist der Punkt, an dem die nächste feuchte Jahreszeit zur Auslösung wird.
Die andere säurespezifische Position ist das Gehäusematerial, nicht die Schutzart. IP66 in lackiertem Baustahl bleibt in Salzsäurenebel nicht lange IP66. Wir geben Edelstahl für den Schaltschrank und die Klemmenkästen vor, und wir akzeptieren, dass der Edelstahl der Grund ist, warum das elektrische Paket bei diesen Maschinen mehr kostet als das mechanische.
An nichts, was die Elektrizität betrifft. Ein Reinraumkran ist elektrisch gewöhnlich: 400 V, ein Umrichter, ein Hubwerk, ein Steuerkabel. Woran sich der Raum stört, ist, dass der Kran eine bewegliche Partikelquelle, eine ESD-Quelle und eine EMI-Quelle ist, und nichts davon steht überhaupt in einer Ex-Spezifikation.
Das Partikelproblem hat eine spezifische Antwort, die Leute überrascht. Die naheliegende Elektrifizierungswahl, eine offene Stromschiene, ist die schlechteste, weil ein Kohlenstoffabnehmer auf einer Kupferschiene verschleißt und das Verschleißprodukt feiner leitfähiger Staub ist. Er geht direkt in den Raum. VAHLE, die Reinraum-Elektrifizierung bauen, vermarkten Stromschiene, berührungslose Energieübertragung und kabelgebundene Systeme ausdrücklich mit reduzierter Partikelemission, ESD-Risiko und EMI, was zeigt, dass die Wahl nicht automatisch ist und von der Klasse abhängt.
Der Motor ist die zweite Quelle. Ein Standardmotor zieht Raumluft durch sich zur Kühlung und gibt sie wieder ab, mitsamt allem, was er innen aufgenommen hat. Reinraumkrane verwenden HEPA-gefilterte Motorenbelüftung, damit ungefilterte Raumluft nie durch den Umrichter geht, und dichte Edelstahlgehäuse um Motoren, Getriebe und Kabeltrassen, damit Schmierstoff und Abrieb im Equipment bleiben.
| Quelle | Mechanismus | Abhilfe |
|---|---|---|
| Abnehmer-Verschleiß | Kohlenstoffabnehmer auf Kupferschiene erzeugt feinen Staub | Gekapseltes System, Kabel-Festoon oder berührungslose Übertragung |
| Motorkühlluft | Raumluft geht durch den Motor und kommt zurück | HEPA-gefilterte Belüftung oder die Abluft aus dem Raum führen |
| Rad- und Schienenverschleiß | Räder aus Stahlguss geben Oxid ab | Abriebfreie Polymerräder und -schienen |
| Schmierstoff | Ölnebel von Lagern und Bremsen | Wartungsfreie Lager, trockene Bremsen |
| Schienenstöße | Spalte fangen Staub und geben ihn bei jeder Fahrt frei | Spaltfreie Stöße, gedichtete und abwischbare Oberflächen |
ESD ist die andere Hälfte und gefährlicher als die Partikelzahl. Ein Kran ist eine große isolierte Metallmasse, die sich über einem empfindlichen Produkt bewegt. Ist er nicht verbunden, lädt er sich auf und entlädt sich in das Nächstgelegene. Reinraumkrane verwenden genau deshalb eingebaute Erdungsleiter durch die Struktur, und das gleiche Ziel von 10 Ohm aus dem Ex-Abschnitt gilt auch hier.
Eines sollte klar sein: ein Reinraumkran ist kein Ex-Kran, und ein Ex-Kran ist kein Reinraumkran. Wir wurden genau zweimal nach beidem an derselben Maschine gefragt, in Pharmawerken, die Lösungsmittel und Pulver im selben Raum handhaben. Es ist möglich, und das elektrische Paket wird dann die größte Einzelposition im Angebot.
Leistung und Steuerung sind nicht derselbe Stromkreis, und bei einem Sonderkran teilen sie selten einen Leiter. Eine Stromschiene kann Leistung führen und sonst nichts, eine Einschränkung, die bei modularen Systemen Leute überrascht. Bei einer Ex-Maschine erscheint dieselbe Trennung aus einem anderen Grund: das Signal muss dieselbe bewegliche Verbindung überqueren wie die Leistung, und bei einer rotierenden Maschine bedeutet das einen Schleifring mit einem separaten Ringstapel.
Die Werkstoffe unterscheiden sich, und das ist das nützliche Detail. Bei einem Ex-Schleifring verwenden die Leistungsringe Kupfer-Graphit-Bürsten und die Signalringe Silber-Graphit, mit Ringen aus Phosphorbronze und Edelmetallbeschichtung für Signale, und mindestens zwei Bürsten pro Ring. Das ist keine Dekoration: Silber-Graphit ergibt einen niedrigeren und stabileren Übergangswiderstand, was ein 24-V-Signal oder ein Bussystem braucht, während Kupfer-Graphit den Strom und die Lichtbögen eines Motorkreises übersteht.
Wo ein Bus im Spiel ist, kann derselbe Schleifring PROFINET, PROFIBUS oder CAN führen, aber Kabel und Schirmung werden Teil des Zertifizierungspakets. Unsere Regel ist einfach: ist die Steuerung etwas anderes als festverdrahtete 24 V oder ein Steuerkabel, bekommt der Signalweg seine eigene Zeichnung, seinen eigenen Trennungsabstand zum Motorkabel und seinen eigenen Test bei der Inbetriebnahme. Die Alternative ist eine Maschine, die im Test perfekt läuft und in der Produktion sporadisch stört.
Mehr, als die meisten erwarten, und die Zahl wird vom Umrichter bestimmt, nicht vom Motor. IEC 61800-5-1 verlangt Aufmerksamkeit, sobald der Ableitstrom 3.5 mA bei AC oder 10 mA bei DC übersteigt, und an diesem Punkt muss eines von drei Dingen zutreffen: der Schutzleiter hat mindestens 10 Quadratmillimeter Kupfer, oder es gibt einen zweiten Schutzleiter parallel, oder der Schutzleiter wird von etwas überwacht, das bei einem Fehler auslöst.
Die Größenordnung ist vorhersehbar genug zum Schätzen. Eine Faustregel der Umrichterhersteller ist 20 mA pro Umrichter plus 1 mA pro Meter Motorkabel bei 8 kHz Schaltfrequenz und 2 mA pro Meter bei 16 kHz. Bei einem Sonderkran sind die Kabellängen groß, weil der Schaltschrank an einem Ende steht und das Hubwerk fährt, also wächst der Kabelanteil schnell.
| Fall | Schätzung | Folge |
|---|---|---|
| Ein Umrichter, 8 kHz, 40 m Kabel | 20 + 40 = etwa 60 mA | Über der Grenze. 10 mm² PE oder ein zweiter Leiter |
| Drei Umrichter, 8 kHz, je 25 m | 60 + 75 = etwa 135 mA | Ein 30 mA RCD in der Zuleitung wird nicht halten, und man sollte es ihm nicht zumuten |
| Dasselbe bei 16 kHz | Etwa 210 mA | Verdoppelte Schaltfrequenz verdoppelt den Kabelanteil |
Daraus folgen zwei Konsequenzen, und über beide wird auf der Baustelle gestritten. Die erste ist die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung. Vor einem Umrichter ist nur ein Gerät vom Typ B zulässig, weil der Ableitstrom einen DC-Anteil hat, den ein Gerät vom Typ A oder AC nicht sieht, und jedes Gerät vor dem Typ B muss ebenfalls Typ B sein. Eine Typ-B-RCD in einer Zuleitung nachzurüsten, die bereits ein 300-mA-Gerät vom Typ AC hat, ist kein Teiletausch, sondern eine Schutzkonzeptstudie.
Die zweite ist der Schutzleiter selbst. Ein Erdungsleiter mit 10 Quadratmillimetern in einem Festoon-Kabel ist ungewöhnlich, und das ist der Grund, warum manche Lieferanten stillschweigend 6 Quadratmillimeter einbauen und hoffen. Bei einer Ex-Maschine ist das keine Abkürzung, sondern ein Befund im Audit.
Das sind unsere eigenen Planungszahlen aus Angeboten, keine veröffentlichte Statistik, und sie bewegen sich mit der Zone, der Zertifizierungsstelle und dem Markt. Es sind Prozentsätze über unserem Standard-Elektropaket für einen Hallenkran gleicher Tragfähigkeit und Spannweite.
| Raum | Aufschlag auf das elektrische Paket | Wohin das Geld geht |
|---|---|---|
| Staub, Zone 22, Kategorie 3 | Plus 45 bis 80 Prozent | IP6X-Gehäuse, staubgeschützter Motor, erklärte T-Klasse, Bremse |
| Staub, Zone 21, Kategorie 2 | Plus 70 bis 130 Prozent | Zertifizierte Gehäuse überall, zertifizierte Verschraubungen, Projektakte |
| Gas, Zone 2, Kategorie 3 | Plus 35 bis 60 Prozent | Ex-Motor, ATEX-Festoon, keine Stromschiene |
| Gas, Zone 1, Kategorie 2 | Plus 90 bis 160 Prozent | Zertifizierte Umrichter-Motor-Kombination, Temperaturschutz, Ex-Abnehmer |
| Beizen, Säure | Plus 30 bis 55 Prozent | Edelstahl überall, Heizungen, besserer Mantel, Trommel statt Schiene |
| Reinraum, ISO 7 | Plus 60 bis 110 Prozent | Gekapselte Umrichter, HEPA-Motorenluft, Polymerräder, keine offene Schiene |
| Reinraum, ISO 5 | Plus 120 bis 200 Prozent | Berührungslose Übertragung, wo die Klasse es verlangt, komplett Edelstahl, Validierung |
Der Aufschlag ist nicht der teure Teil. Teuer ist, die Zone erst zu entdecken, wenn der Kran auf dem Wasser ist, weil die Nachrüstung zu Baustellensätzen mit stillgelegtem Kran erfolgt. Wir haben für die Umrüstung einer gelieferten Maschine auf Zone 1 etwa den Preis des elektrischen Pakets selbst angeboten, zweimal.
Diese Zahlen stammen aus unseren eigenen Servicedaten für Sonderkrane, nicht aus einer veröffentlichten Studie, und man sollte sie als Liste leicht zu übersehender Punkte lesen, nicht als Rangliste.
| Problem | Anteil | Vorbeugung |
|---|---|---|
| Verschraubung nicht Ex-zugelassen, Mantel an der Verschraubung gerissen | 24 Prozent | Verschraubungsliste auf der Zeichnung, gegen die Kabelliste geprüft |
| Schienenverbindung nie gemessen, nur eingebaut | 18 Prozent | Ohm-Werte bei der Inbetriebnahme protokollieren, an jedem Stoß |
| Begleitheizung ausgefallen oder nie verdrahtet | 16 Prozent | Heizung an eigenem Stromkreis mit sichtbarer Anzeige |
| Umrichterparameter auf Standardmotor-Werten belassen | 14 Prozent | Thermisches Modell auf die Klassengrenze gesetzt und bei der Übergabe fotografiert |
| Mantel an einem Tiefpunkt von Säurenebel angegriffen | 12 Prozent | Keine Tiefpunkte. Tropfschleifen und Edelstahlwanne |
| Partikelzahl wegen Ausgasung des Festoon-Kabels nicht bestanden | 9 Prozent | Ausgasungsarmer Mantel spezifiziert, nicht angenommen |
| Schleifringbürsten vor der Last nicht eingelaufen | 7 Prozent | Lastfrei einlaufen lassen, dann Übergangswiderstand pro Ring prüfen |
Nur einer dieser sieben Punkte ist ein Bauteilausfall. Sechs sind Installations- oder Dokumentationsfehler, und jeder davon ist bei der Werksabnahme unsichtbar und beim ersten Audit offensichtlich.
Zehn Punkte. Fehlt einer davon in der Anfrage, trägt das Angebot eine Annahme, und die Annahme wird die günstige sein.
| Punkt | Was wir brauchen | Warum es Geld verändert |
|---|---|---|
| 1. Zone und Kategorie | Zonennummer und ATEX-Kategorie, je Bereich des Gebäudes | Verschiebt das Paket um zig Prozent |
| 2. Gas- oder Staubgruppe | IIA, IIB oder IIC für Gas. Zündtemperaturen des Staubs für Staub | IIC-Hardware ist nicht dieselbe Produktlinie wie IIB |
| 3. Temperaturklasse | T-Klasse oder die maßgebliche Staub-Oberflächengrenze | Entscheidet die Motorgröße und ob eine Standardbremse erlaubt ist |
| 4. Umgebung und Schicht | Auslegungsumgebung und die erwartete Staubschicht in mm | Eine 55 C warme Halle oder eine 5 mm Schicht bewertet alles neu |
| 5. Umrichter oder Direktanlauf | Ob Drehzahlregelung gefordert ist und ob der Motor bereits mit einem Umrichter zertifiziert ist | Eine geprüfte Kombination kann die Motorlieferzeit verdoppeln |
| 6. Fahrgeschwindigkeit | Brücken- und Katzengeschwindigkeit in m/min | Über 1 m/s entfällt die ATEX-Festoon-Option |
| 7. Rotation | Ob sich ein Teil der Maschine kontinuierlich dreht | Fügt einen zertifizierten Schleifring hinzu, keinen Standardring |
| 8. Steuerung und Bus | Steuerkabel, Funk oder SPS mit Feldbus | Eine Stromschiene kann das nicht führen. Das ändert das ganze Konzept |
| 9. Erdung und RCD-Anordnung | Vorhandener Schutz stromaufwärts und das Erdungsziel der Anlage | Ein Typ-B-Gerät und 10 mm² PE können nötig sein |
| 10. Sprache der Dokumentation | Welche Zertifikate die Anlage tatsächlich verlangt | Arbeit einer benannten Stelle ist eine Position, keine Gefälligkeit |
Wenn Sie alle zehn beantworten können, ist das elektrische Paket ein Angebot. Wenn Sie vier beantworten können, ist es eine Schätzung mit vier Annahmen darin, und die Annahmen werden alle zu unseren Gunsten ausfallen, nicht zu Ihren.
Wir bauen diese Maschinen für alle vier Räume, und das elektrische Paket wird mit dem Raum entworfen, nicht danach. Wenn Sie die Versorgungsseite prüfen lassen wollen, bevor der Kran spezifiziert wird, listet die Sonderkran-Baureihe, was wir für Greifer-, Betonfertigteil-, Beiz-, Reinraum- und Ex-Einsatz bauen, und die Hubwerksseite steht auf der Seite für Hebezeuge und Zubehör. Senden Sie die Zonenzeichnung mit der Anfrage, und wir kalkulieren das elektrische Paket als separate Position – das ist der einzige Weg zu sehen, was der Raum Sie kostet.
Nein. Die Stromschiene ist das eine Bauteil, das durch ein Gehäuse nicht akzeptabel gemacht werden kann, weil der offene Gleitkontakt die Zündquelle ist und die Normen eine Abdeckung nicht als Schutz dafür in einer klassifizierten Atmosphäre akzeptieren. Ex-Kästen an einen schienengespeisten Kran zu bauen, lässt die Schiene selbst als Befund übrig, und es ist der Befund, den ein Prüfer zuerst schreibt. Die Schiene muss heraus und durch Festoon, eine Trommel oder einen zertifizierten Abnehmer ersetzt werden.
Nein. Das Motorzertifikat deckt den Motor. Ein Umrichter verändert das thermische Bild, weil er den Motor unterhalb der Nenndrehzahl laufen lassen kann, wo der wellenmontierte Lüfter fast keine Luft bewegt. Für Ex eb verlangt die Norm einen kombinierten Erwärmungslauf mit dem spezifischen Umrichter. Für Ex d und Ex ec gibt es Alternativen, darunter eine zertifizierte Temperaturschutzfunktion mit Sensoren in der Wicklung, aber jemand muss den Weg wählen und dokumentieren. Ein Standardumrichter mit Standardparametern an einem Ex-Motor ist ein Befund, der darauf wartet, geschrieben zu werden. Das Bestellblatt für Sonderkrane hat genau dafür eine Zeile.
IP65 ist das Arbeitsminimum und IP66 ist das, was wir für alles innerhalb der Spritzwasserreichweite des Beckens vorgeben. Die Schutzart ist der einfache Teil. Die Teile, die ausfallen, sind der Mantelwerkstoff, der Polychloropren oder gleichwertig sein muss und nicht PVC, die Verschraubungen, die aus Edelstahl sein müssen, sonst fressen sie, und die Begleitheizung gegen Kondensation, die an einem eigenen Stromkreis hängen und tatsächlich verdrahtet sein muss. Ein Edelstahlkasten in IP66 mit einem PVC-Kabel und ohne Heizung füllt sich in der ersten kalten Jahreszeit mit Kondensat.
Bei der Inbetriebnahme und dann bei jeder Jahresprüfung, mit aufgeschriebenen Werten. Die Norm geht davon aus, dass ein Metallpfad über 10 Ohm ein früher Hinweis auf Korrosion oder eine lose Verbindung ist, also zählt der Trend mehr als der absolute Wert. Wir empfehlen, an jedem Stoß zu messen statt von Ende zu Ende, weil ein guter End-zu-End-Wert über ein Lager laufen kann und das bereits ausgefallene Band verbirgt.
Physisch ja, und in der Praxis versuchen wir es zu vermeiden. Ein Kran, der aus einer Zone-2-Umgebung in einen nicht klassifizierten Bereich fährt, trägt seine Ex-Einstufung mit sich, was zulässig ist, aber umgekehrt nicht: ein Standardkran kann die Zone nicht betreten. Wo eine einzelne Maschine eine Grenze überqueren muss, nimmt die ganze Maschine die höhere Einstufung an, und das elektrische Paket wird für den schlechtesten Raum kalkuliert, den sie betritt.
Kategorie 3 ist im Normalbetrieb geschützt, das heißt ein Fehler wird nicht betrachtet. Kategorie 2 ist mit angenommenem einem Fehler geschützt, das heißt die Auslegung muss einen einzelnen Ausfall tolerieren und trotzdem sicher sein. In der Praxis zeigt sich der Unterschied als doppelter Schutz, andere Gehäuseprüfungen und eine längere Zertifizierungsakte. Es ist auch der Unterschied zwischen einem Zone-2-Angebot und einem Zone-1-Angebot, und es ist normalerweise der größte einzelne Sprung in der elektrischen Position eines Sonderkranangebots.
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