DIN 15022 Katzbahn-Maße: Normeninterpretation für Krankatze
Normenübersicht: Die DIN 15022 „Krane – Grundsätze für die Bemessung von Katzbahnen“ legt die Profilauswahl, Spurweiten-Toleranzen, Schienenstoßbehandlung und Montageabnahme für Katzbahnen von Brücken- und Portalkranen fest. In Verbindung mit DIN 15070 (Kranräder und Schienen – Zuordnung) gewährleistet die Norm ein ruhiges Katzfahren und hält die Kontaktspannung zwischen Rad und Schiene im zulässigen Bereich.
Die Maßgenauigkeit der Katzbahn eines Brückenkrans beeinflusst direkt die Laufruhe der Laufkatze und die Lebensdauer der Räder: Bereits eine Spurweiten-Abweichung von 5 mm kann zu dauerhaftem Kontakt zwischen Spurkranz und Schienenflanke führen (Spurkranzreiben) und die Radlebensdauer um mehr als 50 % reduzieren. DIN 15022 definiert ein vollständiges Bemessungskonzept in vier Dimensionen: Profilauswahl der Schiene, Geradheit, Höhenversatz und Stoßbehandlung.
Profilauswahl der Katzbahn
Für Katzbahnen werden kranspezifische Flachstähle (A55, A65, A75, A100, A120) oder Leichtschienen (15 kg/m, 22 kg/m) verwendet. Die Schienenauswahl erfolgt nach der maximalen Radlast Pmax der Laufkatze: Pmax ≤ 50 kN → A55, ≤ 100 kN → A65, ≤ 160 kN → A75, ≤ 250 kN → A100, ≤ 400 kN → A120. Die Radlast Pmax ist für den ungünstigsten Betriebsfall zu berechnen – die Laufkatze mit voller Last befindet sich in der Spannweitenmitte des Hauptträgers, im Moment des Anhebens. Dabei wirken das Eigengewicht der Laufkatze, die Tragfähigkeit und der dynamische Lastfaktor φ₂ gemeinsam auf die Räder und erzeugen die maximale Radlast.
Spurweiten-Toleranz und Geradheit
DIN 15022 legt die Spurweiten-Toleranz in Abhängigkeit von der Spannweite S fest: Bei S ≤ 15 m beträgt die Toleranz ±3 mm, bei S > 15 m ±5 mm. Die Messung der Spurweite erfolgt am unbelasteten Hauptträger (Eigengewichtszustand). Die Geradheit der Schienenoberkante über die gesamte Länge: Die seitliche Geradheit (horizontal) darf L/1500 nicht überschreiten, die vertikale Geradheit der Schienenoberkante L/2000. An benachbarten Schienenstößen beträgt der Höhenversatz der Oberkanten maximal 1 mm, der seitliche Versatz ebenfalls 1 mm. Schienenstöße werden als 45°-Schrägstoß ausgeführt, nicht als rechtwinkliger Stoß – der Schrägstoß wandelt das „stoßartige Überfahren“ in ein „gleitendes Übergehen“ um und reduziert die Schlaglast am Stoß um mehr als 70 %.
Befestigung der Katzbahn und Klemmplatten
Die Katzbahn wird über Klemmplatten auf dem oberen Flanschblech des Hauptträgers befestigt. DIN 15022 legt die Klemmplattenabstände fest: Bei Schienen QU70 bis QU100 maximal 700 mm, bei QU120 maximal 600 mm. Die Klemmplattenschrauben sind in Festigkeitsklasse 8.8 ausgeführt (Zugfestigkeit 800 MPa, Streckgrenzenverhältnis 0,8); das Anzugsdrehmoment beträgt bei M16 = 120 N·m, bei M20 = 240 N·m. Die Kontaktfläche zwischen Klemmplatte und Schienenfuß muss eben sein – Unebenheiten führen zu lokalen Spannungsspitzen, die bei starker Ausprägung Ermüdungsrisse in der Schweißnaht der Schiene verursachen können. Die Klemmplattenschrauben sind 30 Tage nach der Erstmontage einmal nachzuziehen, um die anfängliche Setzung zu kompensieren; danach ist eine halbjährliche Kontrolle vorgeschrieben.
| SchieneTyp | Schnittbreite×Höhe(mm) | zulässigRadlast(kN) | KlemmplatteAbstand(mm) | Spurweiten-Toleranz ±3mm(mm) | anwendbare Spannweite |
|---|---|---|---|---|---|
| A55 | 55×55 | ≤50 | 600 | ±3 | ≤15m |
| A75 | 75×75 | ≤160 | 700 | ±3/±5 | Gesamtbereich |
| A100 | 100×100 | ≤250 | 700 | ±5 | Gesamtbereich |
| A120 | 120×120 | ≤400 | 600 | ±5 | Gesamtbereich |
Häufige Fragen
F: Soll der Schienenstoß geschweißt werden?
A: DIN 15022 empfiehlt eine 45°-Schrägstoßausführung mit Schweißen und anschließendem Schleifen. Vor dem Schweißen ist die Verbindung auf 150~200 °C vorzuwärmen; es sind niedrigwasserstoffhaltige Elektroden (E5016) zu verwenden. Nach dem Schweißen ist die Naht sofort thermisch nachzubehandeln und langsam abzukühlen; anschließend wird sie bündig mit der Schienenoberfläche geschliffen (Härteprüfung: Härte der Schleiffläche ≥ 90 % der Grundwerkstoffhärte der Schiene). Die Ermüdungslebensdauer geschweißter Verbindungen ist 2- bis 3-mal höher als bei geschraubten Laschungen – sie sind die bevorzugte Lösung für Katzbahnen, die häufigen, wechselnden Radlasten ausgesetzt sind. Dehnungsfugen (bei großen Spannweiten alle 30–40 m am Hauptträger) sind hingegen mit einer überbrückenden Kupferschiene auszuführen und nicht zu schweißen – so kann sich die Schiene bei thermischer Ausdehnung des Hauptträgers frei bewegen.
F: Ab welchem Verschleiß muss die Schiene ausgetauscht werden?
A: Ein Austausch ist in Betracht zu ziehen, wenn der Verschleiß an der Schienenkopfoberfläche (Reduzierung der Schienenhöhe) 10 % der ursprünglichen Höhe erreicht – in diesem Fall ist das Widerstandsmoment bereits um ca. 20 % reduziert, was zu einem entsprechenden Anstieg der Biegespannung führt. Bei seitlichem Verschleiß (durch Spurkranzreibung) von 15 % der Kopfbreite ist die Schiene auszutauschen – dieser Verschleiß vergrößert das Spiel zwischen Spurkranz und Schiene und beeinträchtigt die Stabilität beim Katzfahren. Bei Druckstellen oder Abplatzungen mit einer Tiefe ≥ 2 mm auf der Schienenkopfoberfläche kann eine Reparatur durch Auftragsschweißen und anschließendes Schleifen erfolgen (Härte nach der Reparatur ≥ HB260). Die Länge eines einzelnen Reparaturbereichs ist auf ≤ 200 mm begrenzt; die Gesamtlänge aller Reparaturbereiche auf derselben Schiene darf 5 % der Gesamtschienenlänge nicht überschreiten.
F: Ist eine Unterlegplatte unter der Schiene erforderlich?
A: DIN 15022 schreibt vor, dass zwischen Schienenfuß und oberem Flanschblech des Hauptträgers eine Unterlegplatte aus Gummi oder Stahl mit einer Dicke von 3–6 mm einzulegen ist. Diese Platte dient dazu, die Kontaktspannung gleichmäßig zu verteilen und hochfrequente Schwingungen beim Katzfahren zu absorbieren. Sie verhindert den direkten Kontakt zwischen Schienenfuß und Flanschblech, der zu Mikrobewegungs-Verschleißkorrosion (fretting corrosion) führen kann. Gummipatten müssen aus ölbeständigem Nitrilkautschuk (NBR) mit einer Härte von Shore A 70–80 bestehen. Die Stöße der Unterlegplatten sind um mindestens 200 mm gegenüber den Schienenstößen zu versetzen, um eine Überlagerung von Spannungsspitzen zu vermeiden.
F: Was tun bei Abweichungen zwischen Katzspurweite und Radspurweite?
A: Der Innenabstand der Spurkränze sollte 8–12 mm größer sein als die Spurweite (Kopfbreite der Schiene), um ausreichendes Seitenspiel beim Durchfahren von Kurvenabschnitten zu gewährleisten. Ist das Spiel zu gering ( 15 mm), führt dies zu übermäßigem seitlichem Pendeln der Laufkatze und einer verringerten Positioniergenauigkeit. Die wirtschaftlichste Korrekturmöglichkeit ist das Einlegen oder Entfernen von Unterlegscheiben zwischen dem Lagergehäuse des Rades und dem Kopfträger – jede 1 mm dicke Unterlegscheibe verändert das Spurkranzspiel um ca. 0,8 mm (Hebelwirkung). Nach der Einstellung ist die Spurweite mit einer Spurlehre an mindestens 5 Stellen über die gesamte Schienenlänge zu prüfen (an beiden Enden sowie bei 1/4, 1/2 und 3/4 der Spannweite). Erst wenn alle Messwerte innerhalb der Toleranz liegen, kann die Abnahme erfolgen.
