{"id":16285,"date":"2026-10-10T08:30:26","date_gmt":"2026-10-10T08:30:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hndfcrane.com\/?post_type=posts&#038;p=16285"},"modified":"2026-10-10T08:40:39","modified_gmt":"2026-10-10T08:40:39","slug":"field-weakening-speed-control-in-crane-drive-system","status":"publish","type":"posts","link":"https:\/\/www.hndfcrane.com\/de\/posts\/field-weakening-speed-control-in-crane-drive-system\/","title":{"rendered":"Feldschw\u00e4chungs-Geschwindigkeitsregelung in Kranantriebssystemen: Prinzipien und Implementierung"},"content":{"rendered":"<div class=\"wp-block-rank-math-toc-block\" id=\"rank-math-toc\"><p>Inhaltsverzeichnis<\/p><nav><ul><li><a href=\"#principle-of-field-weakening-speed-control\">Prinzip der Feldschw\u00e4chungs-Drehzahlregelung<\/a><\/li><li><a href=\"#field-weakening-curve-and-load-weight-detection\">Feldschw\u00e4chungskurve und Lastgewichtserkennung<\/a><ul><li><a href=\"#method-1-load-detection-by-weighing-sensor\">Methode 1: Lasterkennung mittels W\u00e4gesensor<\/a><\/li><li><a href=\"#method-2-load-estimation-by-motor-current\">Methode 2: Lastabsch\u00e4tzung anhand des Motorstroms<\/a><\/li><\/ul><\/li><li><a href=\"#siemens-implementation-and-retrofit-notes\">Siemens Implementierungs- und Nachr\u00fcstungshinweise<\/a><\/li><\/ul><\/nav><\/div>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1536\" height=\"1024\" src=\"https:\/\/www.hndfcrane.com\/wp-content\/uploads\/2026\/10\/Field-Weakening-Speed-Control-in-Crane.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-16297\"\/><\/figure>\n\n\n\n<p>Die Drehzahlregelung mittels Feldschw\u00e4chung im Kranantrieb wird h\u00e4ufig in Hebezeugen eingesetzt, um die Betriebseffizienz zu verbessern. Das Grundprinzip ist einfach: Der Motor l\u00e4uft im Leerlauf mit maximaler Drehzahl, unter Volllast mit Nenndrehzahl und verwendet eine berechnete Feldschw\u00e4chungskurve, um die optimale Drehzahl f\u00fcr Lasten zwischen Volllast und Leerlauf zu ermitteln.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei Hebezeugantrieben von Br\u00fccken- und Portalkranen tr\u00e4gt dies dazu bei, die Hubgeschwindigkeit im Leerlauf oder bei geringer Last zu erh\u00f6hen, die Hubzeit zu verk\u00fcrzen, den Arbeitszyklus zu verk\u00fcrzen und die Produktivit\u00e4t der Ausr\u00fcstung zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei einigen Sonderanwendungen m\u00fcssen die eigenen Konstruktionsdaten beachtet werden. Beispielsweise kann bei einem Schiffbau-Portalkran die Betriebsdrehzahl unter Volllast niedriger als die Nenndrehzahl sein, wenn die Leerlauf-, Halblast- und Volllastdrehzahlen 3, 6 bzw. 9 m\/min betragen und das Feldschw\u00e4chungsverh\u00e4ltnis des Motors nicht das Dreifache der Nenndrehzahl erreichen kann.<\/p>\n\n\n\n<p>Die folgende Erl\u00e4uterung verwendet Containerbr\u00fcckenkrane und Schiffsentlader als Beispiele, da beide hohe Effizienzanforderungen stellen. Die Last eines Hebemechanismus erreicht nicht in jedem Zyklus die Nennlast. Bei einem Containerbr\u00fcckenkran liegt das Containergewicht \u00fcblicherweise zwischen 3 und 40 Tonnen, abh\u00e4ngig von der Ladung. Bei schwerer Last ist die Hubgeschwindigkeit geringer. Bei leichter Last kann die Hubgeschwindigkeit erh\u00f6ht werden, wodurch sich die Zykluszeit der Anlage verk\u00fcrzt.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Betriebsbedingungen eines Schiffsbeladers sind vergleichsweise einfach. W\u00e4hrend der Volllukenphase erfolgt die Greiferentladung \u00fcblicherweise unter Volllast. Beim \u00d6ffnen des Greifers ist der Mechanismus nur geringf\u00fcgig belastet, sodass das System haupts\u00e4chlich hohe und niedrige Geschwindigkeitsbereiche ben\u00f6tigt. In der Reinigungsphase variiert das Gewicht des jeweils aufgenommenen Materials stark. Unter diesen Bedingungen kann ein Betrieb mit geringer Last und hoher Geschwindigkeit den Arbeitszyklus deutlich verk\u00fcrzen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"principle-of-field-weakening-speed-control\">Prinzip der Feldschw\u00e4chungs-Drehzahlregelung<\/h2>\n\n\n\n<p>Wie in Abb. 1-1 dargestellt, repr\u00e4sentiert die durchgezogene Linie den Zusammenhang zwischen Drehzahl und Leistung, w\u00e4hrend die gestrichelte Linie den Zusammenhang zwischen Drehzahl und Drehmoment darstellt.<\/p>\n\n\n\n<p>Beschleunigt der Motor von null auf die Nenndrehzahl n_N, ist die Motorleistung proportional zur Drehzahl, w\u00e4hrend das Drehmoment konstant bleibt. Dieser Bereich wird als Kennlinie mit konstantem Drehmoment bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n<p>Wenn der Motor von der Nenndrehzahl n_N bis zur maximalen Drehzahl n_max l\u00e4uft, bleibt die Motorleistung konstant bei Nennleistung, w\u00e4hrend das Drehmoment umgekehrt proportional zur Drehzahl ist. Dieser Bereich wird als Konstantleistungsbereich bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Kurven S1, S3-60%, S3-40% und S3-25% in Abb. 1-1 beziehen sich auf die Motorleistung und werden nur beispielhaft dargestellt.<\/p>\n\n\n\n<p>Sobald die Last die Nennlast erreicht, l\u00e4uft der Motor unterhalb der Nenndrehzahl und bleibt im Konstantdrehmomentbereich. Das Ausgangsdrehmoment kann konstant bleiben, w\u00e4hrend die Ausgangsleistung von der Motordrehzahl abh\u00e4ngt.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei Lasten unterhalb der Nennlast kann der Motor in den Feldschw\u00e4chungsbereich wechseln und mit \u00fcber Nenndrehzahl laufen. In diesem Konstantleistungsbereich bleibt die Ausgangsleistung konstant, w\u00e4hrend das Ausgangsdrehmoment mit steigender Motordrehzahl abnimmt.<\/p>\n\n\n\n<p>Bei der Konstruktion m\u00fcssen die Spannungsgrenzkennlinie und die mechanische Drehzahlgrenze sorgf\u00e4ltig ber\u00fccksichtigt werden. Im tats\u00e4chlichen Betrieb sollte ein angemessener Sicherheitsabstand zu diesen Grenzwerten eingehalten werden.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"900\" height=\"573\" src=\"https:\/\/www.hndfcrane.com\/wp-content\/uploads\/2026\/10\/Motor-Power-Characteristics-and-Output-Torque-Curves.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-16294\"\/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Motorleistungskennlinien und Drehmomentkurven<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"field-weakening-curve-and-load-weight-detection\">Feldschw\u00e4chungskurve und Lastgewichtserkennung<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Feldschw\u00e4chungskurve l\u00e4sst sich aus den mechanischen Kennwerten berechnen und wird \u00fcblicherweise vom Originalhersteller (OEM) bereitgestellt. Sobald die Feldschw\u00e4chungskurve vorliegt, kann sie mit einer gewissen Toleranz, z. B. 5%, im Steuerungsprogramm konfiguriert werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Voraussetzung f\u00fcr eine lastabh\u00e4ngige Drehzahlregelung ist die genaue Erfassung des Lastgewichts. In der Praxis stellt die Lasterfassung oft eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen dar.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"method-1-load-detection-by-weighing-sensor\">Methode 1: Lasterkennung mittels W\u00e4gesensor<\/h3>\n\n\n\n<p>W\u00e4hrend des Hebevorgangs berechnet das SPS-Programm das Lastgewicht anhand des analogen Ausgangssignals des Wiegesensors. Anschlie\u00dfend ermittelt es die Soll-Motordrehzahl aus dem Lastgewicht und der Feldschw\u00e4chungskurve und sendet diese an den Frequenzumrichter, sodass der Motor mit der berechneten Drehzahl l\u00e4uft.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Daten des Wiegesensors k\u00f6nnen jedoch abweichen, und die Messgenauigkeit ist schwer zu gew\u00e4hrleisten. Dies birgt ein hohes Risiko. Ist die berechnete Feldschw\u00e4chungsgeschwindigkeit ungenau, kann die Geschwindigkeit zu hoch sein, w\u00e4hrend das Drehmoment des Hebezeugmotors unzureichend ist. Dies kann zu einem Kontrollverlust, beispielsweise durch \u00dcberdrehzahl, f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"method-2-load-estimation-by-motor-current\">Methode 2: Lastabsch\u00e4tzung anhand des Motorstroms<\/h3>\n\n\n\n<p>Um das Genauigkeitsproblem von W\u00e4gesensoren zu beheben, kann ein g\u00e4ngiges Lastsch\u00e4tzungsverfahren in das SPS-Programm implementiert werden. Der Motorstrom des Hebezeugs kann zur Berechnung des Lastgewichts herangezogen werden. Im station\u00e4ren Motorbetrieb ist das Motordrehmoment proportional zum Lastgewicht, und der Motorstrom ist ann\u00e4hernd proportional zum Drehmoment. Daher kann der Motorstrom zur Sch\u00e4tzung des Lastgewichts verwendet werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Wie in Abb. 1-2 dargestellt, setzt sich das Motordrehmoment w\u00e4hrend der Beschleunigung aus vier Teilen zusammen, wobei M_LOAD proportional zur Last ist.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1011\" height=\"500\" src=\"https:\/\/www.hndfcrane.com\/wp-content\/uploads\/2026\/10\/Field-Weakening-Speed-Control-\u2013-Motor-Output-Torque-Diagram.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-16295\"\/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Feldschw\u00e4chungs-Drehzahlregelung \u2013 Drehmomentdiagramm des Motors<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Der Proportionalit\u00e4tskoeffizient K zwischen Motorstrom A und Last T muss durch tats\u00e4chliche Messung w\u00e4hrend der Inbetriebnahme ermittelt werden:<\/p>\n\n\n\n<p>T = K x A<\/p>\n\n\n\n<p>Die Messmethode ist wie folgt:<\/p>\n\n\n\n<ul>\n<li>Heben Sie eine bekannte Last T_LOAD an, bis sie \u00fcber dem Boden schwebt, und beschleunigen Sie sie dann aus dem Stillstand auf die Basisgeschwindigkeit bzw. Nenngeschwindigkeit.<\/li>\n\n\n\n<li>Ermitteln Sie den Motorstrom A. Die Strommessung muss w\u00e4hrend der Beschleunigungsphase erfolgen, da die Feldschw\u00e4chungsgeschwindigkeit anhand des Lastgewichts w\u00e4hrend der Beschleunigung berechnet werden muss. Um die Datengenauigkeit zu verbessern, wird eine Messung in der Mitte der Beschleunigung empfohlen. Betr\u00e4gt die Beschleunigungszeit von null auf die Nenndrehzahl beispielsweise 3 Sekunden, kann die Messung nach 1,5 Sekunden Betriebsdauer beginnen. Messen Sie alle 100 ms, erfassen Sie insgesamt 5 Messwerte und verwenden Sie den Mittelwert dieser 5 Messwerte als Motorstrom A_M.<\/li>\n\n\n\n<li>K berechnen: K = T_LOAD \/ A_M<\/li>\n\n\n\n<li>Lesen Sie w\u00e4hrend des Betriebs den Stromwert A mit derselben Methode ab. Berechnen Sie anschlie\u00dfend die Lastgewichte mit der Formel T = K x A und kombinieren Sie das Ergebnis mit der Feldschw\u00e4chungskurve, um die Feldschw\u00e4chungsgeschwindigkeit des Motors zu ermitteln.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Wichtige Punkte:<\/p>\n\n\n\n<ul>\n<li>Aus Sicherheitsgr\u00fcnden sollte der Motor, falls die Strommessung fehlschl\u00e4gt oder das Messergebnis unsicher ist, nur mit Nenndrehzahl betrieben werden.<\/li>\n\n\n\n<li>Die w\u00e4hrend des Aufziehens berechnete Feldschw\u00e4chungsgeschwindigkeit kann auch als Referenz f\u00fcr das Absenken verwendet werden.<\/li>\n\n\n\n<li>Nach jedem Arbeitszyklus muss die Feldschw\u00e4chungsgeschwindigkeit auf die Nenngeschwindigkeit zur\u00fcckgesetzt werden. Die Sollgeschwindigkeit darf erst aktualisiert werden, nachdem eine g\u00fcltige Feldschw\u00e4chungsgeschwindigkeit neu berechnet wurde.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"siemens-implementation-and-retrofit-notes\">Siemens Implementierungs- und Nachr\u00fcstungshinweise<\/h2>\n\n\n\n<p>Fr\u00fche Siemens-Systeme nutzten Technologiekarten wie die T300, die die Feldschw\u00e4chungs-Drehzahlregelung integrierten. Anwender ben\u00f6tigten lediglich eine einfache Anwendungsentwicklung und eine sorgf\u00e4ltige Inbetriebnahme vor Ort. Die T300 wurde neben der CUVC-Karte im Elektronikgeh\u00e4use Masterdrive 6SE70 installiert, und ein EPROM wurde in die T300 eingesetzt, sodass das Programm im EPROM gespeichert wurde.<\/p>\n\n\n\n<p>Mit dem neueren Antriebssystem SINAMICS entwickelte Siemens das Kransteuerungs-Softwarepaket SIMOCRANE auf der SIMOTION-Plattform. Es umfasste Krantechnologieprogramme wie die feldschw\u00e4chungsgesteuerte Drehzahlregelung. Mit der Abschaffung von SIMOTION wurde SIMOCRANE auf die Hardwareplattform CU320 \u00fcbertragen und unterst\u00fctzt weiterhin die feldschw\u00e4chungsgesteuerte Drehzahlregelung.<\/p>\n\n\n\n<p>Nachr\u00fcstungsprojekte erfordern besondere Aufmerksamkeit. Der T300 ist nicht mit einem SINAMICS-System kompatibel, daher m\u00fcssen seine Funktionen auf eine SPS, CU320 oder eine andere Plattform migriert werden. Andernfalls k\u00f6nnte ein Kran mit Feldschw\u00e4chungsfunktion zu einem Kran mit nur zwei Geschwindigkeiten \u2013 hoher und niedriger Geschwindigkeit \u2013 umgebaut werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Nachdem Funktionsprinzip und Implementierungsmethode verstanden wurden, kann das Projektteam entscheiden, ob die Funktion selbst entwickelt oder ein ausgereiftes Softwarepaket erworben wird. F\u00fcr technische Anwendungen ist es wichtig, nicht nur die Funktion selbst zu kennen, sondern auch zu verstehen, warum sie funktioniert.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Crane drive field weakening speed control is often used in hoisting mechanisms to improve operating efficiency. 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