HANSA 01-2021

diN EN

diN EN 15011 stellt einen indirekten Zusammenhang zwischen der anzahl der Spannungsspiele und der anzahl der lastspiele mit dem Verweis auf die iSo 22986 »Krane- Festigkeit- Brücken- und Portalkrane« und den darin empfohlenen Eigenfrequenzen für die Krantragwerke her. aber auch hier wird kein konkreter Zusammenhang zwischen last- / arbeitsspiel und Spannungsspiel dargestellt. »5.2.2.6 Schwingungsfrequenzen von Kranträgern Empfohlene Eigenfrequenzen von Tragwerksschwingungen sind in ISO 22986 enthalten. Im Falle von niedrigeren Frequenzen muss die Auswirkung der zusätzlichen Ermüdung in der Konstruktion und der Laststeuerung berücksichtigt werden. Eine Minimierung der Amplitude und Dauer der Schwingungen, z. B. durch stufenlose Steuerungen, muss auch berücksichtigt werden.« Ein einheitlicher Zusammenhang zwischen den lastspielen des Kranes und den Spannungsspielen eines Bauteiles besteht nicht und kann daher aus den gültigen Normen auch nicht direkt entnommen werden. Es ist aufgabe des Kranherstellers bei bekannter anzahl der lastspiele die korrekte anzahl der Spannungsspiele für bestimmte Baugruppen bzw. Bauteile zu bestimmen. die Bestimmung eines genauen Spannungskollektivs ist derzeit nur durch aufwändige rechnerische Simulation oder experimentelle Untersuchungen an Prototypen möglich und wird daher nur in ausnahmefällen für sinnvoll erachtet. 3 Auslegung der Betreiber gibt mit seiner anfragespezifikation die arbeitsspiele über die geplante lebensdauer vor. der Kranhersteller ermittelt daraus die anzahl der Spannungsspiele als Grundlage für die auslegung und dimensionierung des Krantragwerkes. die Spannungen in den Bauteilen werden aus den um die lastfaktoren erhöhten lasten berechnet. die lastfaktoren können den Normen entnommen bzw. daraus ermittelt werden. tatsächlich vorhandene Spannungen können durch Messungen an der Stahlkonstruktion oder durch anwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM) ermittelt werden. aufgrund des messtechnischen und rechnerischen aufwandes sind Lebensphase Spezifikation Konstruktion Fertigung Inbetriebnahme und Optimierung Betrieb diese lokal begrenzt und nur im Einzelfall sinnvoll. Messungen, z.B. in den diagonalen, zeigen, dass teilweise deutlich größere Spannungen auftreten können, als in der Berechnung ermittelt wurden. Wenn solche Erkenntnisse vorliegen, sind die lastfaktoren für die auslegung des Kranes anzupassen. 4 Auswirkungen auf den Kran Beeinflussende Faktoren der dynamischen Beanspruchungen Festlegung der Lastspiele über die geplante Lebensdauer Festlegung des zugehörigen Lastkollektivs Dimensionierung der betroffenen Bauteile unter Berücksichtigung der sich ergebenden Beanspruchungen Berücksichtigung der Kerbwirkungen Ausführung der Lasteinleitungspunkte Vermeidung von Steifigkeitssprüngen Gewählte Materialqualität Sicherung der Schweißqualität Einhaltung der Konstruktionsanforderung Einstellung der konstruktiv vorgesehenen Beschleunigungs- und Bremszeiten Verrundung der Beschleunigungskurven Unterdrückung von Resonanzanregungen Bedienung Tabelle 1: Mögliche beeinflussende Faktoren der Beanspruchungen während der unterschiedlichen Lebensphasen Jede Kraftänderung führt zu einer dynamischen Beanspruchung in der Kranstruktur und hat damit Einfluss auf die lebensdauer. Für Krananlagen im Betrieb sind gesetzlich vorgeschriebene Prüfungen und Wartungen einzuhalten. Zu diesen gehören auch die vom Hersteller vorgegebenen Kontrollen des Krantragwerkes. diese Kontrollen werden in der regel als Sichtprüfung, die sich auf die dynamisch beanspruchten Bauteile mit hoher Kerbwirkung beschränken kann, durchgeführt. 4.1 Dynamische Beanspruchung Für die Ermittlung der dynamischen Beanspruchung des Krantragwerks ist auch das Schwingungsverhalten des Kranes zu berücksichtigen. das Schwingungsverhalten wird bestimmt durch die Eigenfrequenzen, die dämpfungseigenschaft der Krankonstruktion und die anregung der Kranstruktur. die anregung erfolgt hauptsächlich durch die Beschleunigungs- und abbremsvorgänge der angetriebenen Komponenten des Kranes und der lastbewegung, sowie durch äußere Kräfte wie z.B. Wind. Eine Beeinflussung der dynamischen Beanspruchungen ist in jeder lebensphase des Kranes möglich durch: (siehe tab.1) die Einhaltung der beeinflussenden Faktoren ist im laufenden Betrieb regelmäßig zu überwachen. dazu gehören z.B.: • Kontrolle der tragenden Schweißverbindungen • Kontrolle aller tragenden Bolzen- und Schraubverbindungen • Kontrolle der ausrichtung der Schienenstöße • Überprüfung der Einhaltung der vorgesehenen Beschleunigungs- und Bremskurven • Überprüfung der Wirksamkeit der lastbegrenzungseinrichtungen 4.2 Betriebsfestigkeit in Folge von Betriebsfestigkeitsproblemen bei Krantragwerken können risse auftreten. diese entstehen durch: • Fehler im Material einzelner Bauteile, z.B. fehlerhafte Gefügestruktur • Fehlerhafte Schweißnähte • Falsche dimensionierung und Gestaltung in der Konstruktion, siehe tabelle 1 • äußere Einflüsse, wie das häufige auftreten von normalerweise nicht ermüdungsrelevanten Überlasten z.B. Snag load • Fehler bei der Fertigung, siehe tabelle 1 • Verschleiß und Korrosion im Stahlbau 68 HaNSa – international Maritime Journal 01 | 2021

4.3 Regelmäßige Kontrollen des Stahlbaus und Reparaturmaßnahmen die regelmäßigen Sichtprüfungen sind durch geschultes Fachpersonal und bei den mindestens jährlich durchzuführenden wiederkehrenden Prüfungen, gemäß §14 bzw. anhang 3 / abschnitt 1 der Betriebssicherheitsverordnung und der Unfallverhütungsvorschrift dGUV Vorschrift 52 – Krane -, durch zur Prüfung befähigte Personen oder Prüfsachverständige durchzuführen. dabei können an den bruchkritischen Stahlbauteilen Schadstellen, z.B. roststellen oder Farbabplatzungen, als Hinweise auf mögliche risse identifiziert werden. im Zweifelsfall sind weitergehende zerstörungsfreie Prüfungen zu veranlassen. Es empfiehlt sich, insbesondere hinsichtlich der teilweise komplexen Stahlbau- Strukturen von Containerkranen und anderen Großkranen, von den Berufsgenossenschaften anerkannte Kran-Sachverständige oder Prüfsachverständige gem. Betriebssicherheitsverordnung mit den regelmäßigen Prüfungen der Krane zu beauftragen. Wird beispielsweise ein riss festgestellt, so kann der Sachverständige beurteilen, ob dieser riss als kritisch oder unkritisch einzuschätzen ist. risse in dynamisch hochbelasteten tragenden Stahlbauelementen sind nahezu immer als kritisch anzusehen. daraus ergeben sich weitere Maßnahmen wie z.B. die Kontaktaufnahme zum Hersteller, um geeignete reparaturmaßnahmen abzuklären und einen Weiterbetrieb zu ermöglichen. Eine rissbeseitigung muss durch eine hierfür qualifizierte Fachfirma, welche die entsprechenden Eignungsnachweise vorweisen kann, durchgeführt werden. Bei Feststellung eines risses wird folgende Vorgehensweise als sinnvoll erachtet: • riss-Einschätzung-kritisch / unkritisch • Maßnahmen festlegen • im Zweifel Hersteller oder andere Fachleute einbinden • Ggf. konstruktive änderungen vornehmen • rissbeseitigung durch qualifizierten Fachbetrieb durchführen lassen • instandsetzungsbericht der durchgeführten Maßnahme dem Kranprüfbuch beifügen • Prüfung des Kranes gem. dGUV Vorschrift 52 – Krane - § 25 »Prüfung vor der ersten inbetriebnahme und nach wesentlichen änderungen« (instandsetzung) durch einen Kran-Sachverständigen veranlassen und den Prüfbericht dem Kranprüfbuch hinzufügen im Folgenden werden einige wesentliche Ursachen für dynamische Beanspruchungen beschrieben. 5 Aufzählung und Beurteilung möglicher Ursachen 5.1 Betriebsbedingte Einflüsse Ein ruckartiges anheben und absetzen oder Verhaken / Verkanten der last führt zu einer plötzlichen Kraftänderung im Krantragwerk. auch diese kann Schwingungen anregen. die Stoßwirkungen durch das anheben und absetzen der last sind in den Krannormen durch den Hublastbeiwert berücksichtigt. durch geeignete Maßnahmen kann das Betriebsverhalten und damit die Belastung beeinflusst werden. dazu gehören z.B.: • Geregelte antriebe • restsenkautomatik • Feinpositionierungseinrichtungen • Schlaffseilerkennung • Gefederte Hubwerkselemente 5.2 Abweichungen in der Kranschiene und Katzschiene Ein Versatz im Stoß der Kranschiene oder der Katzschiene, z.B. am auslegerdrehpunkt bei Containerkranen, führt zu zusätzlichen dynamischen Belastungen des Kranes. in den Krannormen sind diese dynamischen Belastungen in den Ermüdungsbetrachtungen berücksichtigt. Weitere Hinweise sind z.B. im HtGaHU Bericht B8 »Beziehungen zwischen Kranbahn und Kransystem« zu finden. 5.3 Pufferstoß durch einen Pufferstoß können trotz der Energieaufnahme kurzzeitig sehr hohe horizontale Beschleunigungen und damit dynamische Belastungen auf das gesamte Krantragwerk wirken. aufgrund des seltenen auftretens bei bestimmungsgemäßer arbeitsweise hat der Pufferstoß jedoch keinen nennenswerten Einfluss auf die lebensdauer des Kranes. 5.4 Erdbeben Bei einem Erdbeben wirken hohe horizontale und vertikale Beschleunigungen und damit dynamische Belastungen auf das gesamte Krantragwerk. diese Belastungen können während eines Erdbebens mehrfach und aus undefinierter richtung auftreten. Ein tragwerksversagen durch Überschreitung von Grenzwerten ist möglich. Nach einem Erdbeben wird eine Kontrolle des Krantragwerkes, wie in abschnitt 4.3 beschrieben, empfohlen. Erdbeben haben in der regel aufgrund der geringen Häufigkeit keinen nennenswerten Einfluss auf die theoretische lebensdauer des Kranes. Sollte der Kran in einem durch Erdbeben gefährdeten Gebiet eingesetzt werden, muss der Betreiber die dafür gültigen Vorschriften bei der Bestellung bekanntgeben. 5.5 Störfall-Abschaltungen Bei Störungen wie Not-aus, Not-Halt, Überlast, Überdrehzahl, Snag load werden alle translatorischen und rotatorischen Bewegungen deutlich schneller abgebremst als im normalen Betrieb. die sich daraus ergebenden Bremskräfte können einen Einfluss auf die lebensdauer des Kranes haben. 5.6 Durch Wind angeregte Schwingungen Schlanke turmartige Bauwerke können durch Windeinwirkungen zu Schwingungen, insbesondere zu wirbelinduzierten Schwingungen quer zur Windrichtung, angeregt werden. diese Phänomene können auch bei Großkomponenten des Krantragwerkes auftreten, die aus rundrohren gefertigt sind. treten Querschwingungen auf, sind zwar die Beanspruchungen der beeinflussten tragwerkskomponenten verhältnismäßig gering, jedoch unterliegen sie im laufe der lebensdauer einer großen anzahl an lastwechseln. das führt in der Konsequenz zu einer wesentlich höheren anzahl von Schwingungen. das Ende der theoretischen lebensdauer wird somit früher erreicht. Querschwingungen können durch helixförmige Windabweiser (Scruton-Wendel), d.h. spiralförmig um die Konstruktionsrohre montierte Profile, reduziert oder ganz vermieden werden. Ergänzend können Ermüdungsnachweise für diesen Fall geführt werden. die Krannormen berücksichtigen diesen Nachweis nicht. 5.7 Dynamische Belastung beim Seetransport Beim Seetransport des kompletten Kranes können, trotz fachgerechter Ver- HaNSa – international Maritime Journal 01 | 2021 69