Falltreppenwinde vs. Elektrokettenzug: 5 Sicherheitsmerkmale

Unter den Schiffsausrüstungen wird die Falltreppenwinde häufig unterschätzt – die Tragfähigkeit beträgt lediglich 500–1.500 kg, die Hubhöhe nur 10–30 m. Sie ist weder so auffällig wie ein Schiffskran noch erfordert sie so präzise Wartung wie die Hauptmaschine. Doch diese scheinbar simple Winde trägt eine wertvollere Last als jede Fracht: das Leben von Menschen. Kapitel II-1, Regel 3 und 18 des SOLAS-Übereinkommens stellen verbindliche Anforderungen an Konstruktion, Installation, Prüfung und Wartung von Falltreppenwinden. In mancher Hinsicht sind die Sicherheitsanforderungen sogar strenger als bei großen Schiffskranen. Dieser Artikel vergleicht die Falltreppenwinde systematisch mit dem optisch ähnlichen Elektroseilzug und zeigt die grundlegenden konstruktiven Unterschiede auf.

Die Fünf-Elemente-Konstruktionsanforderungen für Falltreppenwinden basieren auf SOLAS Kapitel II-1 und ISO 7364 (Falltreppenwinden). Die Ermittlung der Sicherheitsfaktoren für Drahtseile und Strukturbauteile folgt den zusätzlichen Anforderungen der Norm DIN 15018 für personenfördernde Einrichtungen.

Trommelkapazität: Seillängenreserve statt Mindestmaß

Die Trommelkapazität eines Elektroseilzugs wird nach dem Prinzip „Hubhöhe genügt" ausgelegt: Windungszahl = Hubhöhe ÷ (π × Trommeldurchmesser) × Seilverhältnis (Lastvielfaches), zuzüglich 2–3 Sicherheitswindungen. Bei der Falltreppenwinde ist die Berechnung grundlegend anders: Neben dem Verfahrweg der Falltreppe selbst muss der zusätzliche Seilbedarf durch das Tauchen des Schiffs im Seegang berücksichtigt werden. Wenn eine Welle das untere Ende der Falltreppe plötzlich anhebt, während sich eine Person darauf befindet, muss die Winde in der Lage sein, schnell genügend Seil nachzulassen, ohne das Drahtseil zu überlasten. Die Trommelkapazität einer Falltreppenwinde beträgt daher in der Regel das 1,5- bis 2-Fache der für den vollen Falltreppenhub erforderlichen Seillänge – diese Reserve ist in SOLAS und ISO 7364 ausdrücklich vorgeschrieben.

Darüber hinaus unterscheidet sich die Seilrillenteilung der Trommel von der herkömmlicher Winden. Da die Falltreppenwinde häufig zwischen niedriger und hoher Seilspannung wechselt, neigt das Drahtseil auf der Trommel zum Verrutschen. Um Quetschung und Verschleiß bei mehrlagiger Bewicklung zu reduzieren, wird eine Lebus-Seilrille empfohlen – statt einer standardmäßigen Spiralrille. Die parallelen Abschnitte der Lebus-Rille umfassen etwa 80 % des Umfangs, die schrägen Übergangsabschnitte etwa 20 %. Dadurch legt sich das obere Seil in die von der unteren Lage gebildeten „Rillen" natürlich ab, ohne dass ein Seilführer erforderlich ist. In Kombination mit einem Bordscheibenhöhe von 3–4 Drahtseildurchmessern (verhindert das Überspringen der obersten Seillage) wird ein Verrutschen des Seils mit daraus resultierender Quetschung und beschleunigtem Verschleiß wirksam vermieden.

Drahtseil-Sicherheitsfaktor: ≥ 6 statt ≥ 3,5

Dies ist der offensichtlichste technische Unterschied zwischen einer Falltreppenwinde und einem herkömmlichen Kran. Die Norm DIN 15018 fordert für Krandrahtseile einen Sicherheitsfaktor von ≥ 3,5–5 (abhängig von der Triebwerksgruppe). ISO 2408 – Anforderungen an Drahtseile für allgemeine Verwendung – schreibt für personenfördernde Einrichtungen einen Mindest-Sicherheitsfaktor von ≥ 6 vor (einige Klassifikationsgesellschaften wie DNV fordern ≥ 8). Konkret bedeutet das: Bei gleicher Nennlast von 1 t muss die Bruchkraft des Drahtseils einer Falltreppenwinde mindestens 6 t betragen (Seildurchmesser ≥ 14 mm, Seilklasse 1770), während ein Standard-Elektroseilzug mit ≥ 3,5 t auskommt (Durchmesser ≥ 10 mm). Das scheint zunächst nur eine Erhöhung der Seilkosten um 40 % zu sein. Bei der räumlich stark begrenzten Falltreppenwinde (Gesamtbreite typischerweise nur 600–800 mm) bedeutet eine Zunahme des Seildurchmessers um 4 mm jedoch, dass der Trommeldurchmesser proportional mitwachsen muss (D/d ≥ 18–20, D steigt von 200 mm auf 280 mm) – was wiederum eine Gewichtszunahme der Trommel von 60–80 % zur Folge hat. Ein Kettenreaktionseffekt.

Auch die Ausscheidungskriterien für das Drahtseil sind strenger als bei herkömmlichen Kranen. ISO 4309 – Norm für die Seilinspektion – schreibt vor, dass ein Krandrahtseil bei zwei sichtbaren Drahtbrüchen auf einer Länge von 6d (d = Nenndurchmesser) auszusondern ist. Bei einer Falltreppenwinde muss das Seil bereits bei einem einzigen sichtbaren Drahtbruch sofort ersetzt werden. Darüber hinaus darf der Zeitraum zwischen Werksabnahme und Montage an Bord 12 Monate nicht überschreiten (Schutz vor Korrosion und Fettalterung während der Lagerung). Jedes Drahtseil muss über ein Materialzertifikat nach EN 10204 3.1 verfügen (rückverfolgbar bis zur Schmelze und Charge).

Hydraulisches Zweikreissystem: Rückholung auch bei Leistungsverlust

Das hydraulische System einer Falltreppenwinde muss als redundantes Zweikreissystem ausgeführt sein: Der Hauptkreis steuert über ein manuelles Wegeventil (mit Federrückstellung in Mittelstellung, die Falltreppe stoppt automatisch) die Drehrichtung des Windenmotors. Der Notkreis – gespeist aus einem Hydrospeicher (Speicherblase, Stickstoffvorladung typischerweise 50–80 bar) oder einer Handpumpe (Hubraum 3–5 ccm/U) – ermöglicht das zwangsweise Einholen der Falltreppe, falls die Hauptpumpe ausfällt oder das Schiff die Energieversorgung verliert. SOLAS fordert: Die Zeit vom Ausfall des Hauptkreises bis zum vollständigen Einholen der Falltreppe darf 5 Minuten nicht überschreiten (für einen einzelnen Vorgang). Der Notkreis muss unabhängig mindestens zwei vollständige Einholzyklen der Falltreppe durchführen können.

Eine weitere Sicherheitsmaßnahme im Hydrauliksystem ist das Schlauchberstventil (Hose Burst Valve) (Hose Burst Valve), das an der Senkseite des Hubmotors installiert ist. Bei plötzlichem Bersten eines Hochdruckschlauchs schließt dieses Ventil sofort und verhindert ein unkontrolliertes Absinken der Last. Im Gegensatz zum Gegengewichtsventil (Balanceventil) eines herkömmlichen Krans, das lediglich ein „beschleunigtes Absenken" verhindert, ist das Berstventil der Falltreppenwinde als „Bersten = Verriegeln" ausgelegt: Der Ventilschieber schließt innerhalb von 30 ms vollständig und arretiert den Windenmotor in der aktuellen Position. Anschließend kann das Bedienpersonal über die Handpumpe den Druck kontrolliert ablassen und die Falltreppe sicher absenken. Diese Philosophie – „erst verriegeln, dann manuell eingreifen" – ist ein charakteristisches Konstruktionsprinzip für personenfördernde Einrichtungen.

Zweistufiges Bremssystem: Betriebsbremse plus Sicherheitsbremse

Standard-Elektroseilzüge sind typischerweise mit einer einstufigen Bremse ausgestattet – entweder als Kegelläufermotor-Bremse oder als elektromagnetische Scheibenbremse. Eine Falltreppenwinde erfordert dagegen ein zweistufiges Bremssystem: Die erste Stufe ist die Betriebsbremse, die auf der Schnelllaufwelle des Windenmotors sitzt und bei Rückführung des Steuerknüppels in die Mittelstellung sofort bremst (Reaktionszeit < 100 ms). Ihr Bremsmoment beträgt mindestens das 1,5-Fache des Nennlastmoments. Die zweite Stufe ist die Sicherheitsbremse, die direkt auf den Trommelflansch oder die Trommelwelle wirkt (unabhängig vom Getriebezahnrad, sodass ein Zahnradbruch die Bremswirkung nicht beeinträchtigt). Sie wird bei Überdrehzahl-Erkennung (Übergeschwindigkeitserkennung) (Trommeldrehzahl über 115–120 % der Nenndrehzahl) durch einen Fliehkraftbegrenzer (Zentrifugalbegrenzer) mechanisch ausgelöst. Das Bremsmoment der Sicherheitsbremse beträgt mindestens das 2-Fache des Nennlastmoments. Selbst bei vollständigem Verlust der Hydraulikversorgung wird die Bremse durch mechanische Energiespeicherfedern automatisch zugezogen.

Diese Konstruktionslogik – „zweistufige Redundanz plus mechanische Energiespeicherung" – entspricht der Kategorie 3-Architektur der ISO 13849-1 (Sicherheitsrelevante Teile von Maschinensicherheits-Steuerungssystemen): Ein einzelner Fehler (z. B. Getriebezahnradbruch oder Hydraulikleitungsbersten) darf nicht zum Verlust der Bremsfunktion führen. In der Typprüfung durch die Klassifikationsgesellschaft ist die Simulation eines Getriebewellenbruchs ein Pflichtversuch: Es wird geprüft, ob die Sicherheitsbremse nach dem freien Beschleunigen der Trommel automatisch auslöst und die Last sicher zum Stillstand bringt.

Elektrische Sicherheitsverriegelung: Fünf unabhängige Verriegelungsketten

Das elektrische Steuerungssystem einer Falltreppenwinde umfasst mindestens fünf unabhängige Sicherheitsverriegelungsketten. Wird eine dieser Ketten unterbrochen, stoppt die Winde sofort. Eine Sicherheits-SPS erfasst die Zustände über zweikanalig redundante Eingänge; jede Einkanal-Störung führt zu einem sicheren Stopp:

① Endschalter für Falltreppenposition – Oberer Endschalter (Falltreppe vollständig eingefahren; nach Auslösung ist nur Senken möglich, nicht Heben) + unterer Endschalter (maximaler Ausfahrwinkel der Falltreppe ≤ 55°; nach Auslösung ist nur Heben möglich, nicht Senken) + Überfahrendschalter (letzte mechanische Barriere bei Versagen der oberen/unteren Endschalter; nach Auslösung wird die Stromversorgung unterbrochen).

② Not-Aus-Taster – Drei rote Pilztaster-Not-Aus-Schalter sind an der Falltreppen-Bedienstation, an der Winde selbst und auf dem Falltreppenpodest angebracht (gemäß ISO 13850). Nach Betätigung: mechanische Selbstverriegelung + Unterbrechung des Hauptstromkreises + sofortiges Zufallen der Bremse.

③ Überlastschutz – Über einen Drucksensor im Hydraulikkreis (Erfassung des Arbeitsdrucks von Zylinder/Motor, Umrechnung in Last) oder einen Zugspannungssensor am Drahtseil. Bei Überschreitung von 110 % der Nennlast ertönt ein Alarm; bei ≥ 125 % stoppt das Heben automatisch (ein kontrolliertes Senken der Last ist weiterhin manuell möglich).

④ Verriegelung mit der Bordwandtür – Die Bordwandtür darf nur geöffnet werden, wenn die Falltreppe in der verstauten Position ist und der Verriegelungsbolzen eingesteckt ist (Bestätigung, dass die Falltreppe nicht versehentlich ausgelöst werden kann). Umgekehrt kann die Falltreppenwinde nicht bedient werden, solange die Bordwandtür nicht vollständig geschlossen ist. Diese Verriegelung verhindert ein unbeabsichtigtes Ausfahren der Falltreppe während der Fahrt.

⑤ Zustandsverriegelung des Hydrauliksystems – Bei zu hoher Hydrauliköltemperatur (> 75 °C), zu niedrigem Ölstand (unter der Low-Markierung des Füllstandsanzeigers) oder verstopftem Filter (Differenzdruck > 5 bar) schaltet die Steuerung automatisch in den Modus „nur Senken". Dadurch kann die Falltreppe langsam eingefahren, aber nicht ausgefahren werden – dies verhindert, dass die Falltreppe bei einem Hydraulikfehler in halb ausgefahrenem Zustand nicht mehr eingeholt werden kann.

Häufige Fragen zur Falltreppenwinde

Kelude Schwerindustrie bietet für alle Schiffstypen umfassende technische Dienstleistungen für Falltreppenwinden – von der Auslegung und Klassifikationsabstimmung über Montage & Inbetriebnahme bis zur regelmäßigen Inspektion. Sprechen Sie unser Engineering-Team für ein individuelles Konzept an.