Zerstörungsfreie Prüfverfahren für Kran-Stahlkonstruktionen

Bei Stahlkonstruktionen von Kranen können während der Fertigung und im Betrieb Risse, Poren, Schlackeneinschlüsse und mangelhafte Durchschweißungen in Schweißnähten und Grundwerkstoff auftreten. Werden diese Fehler nicht rechtzeitig erkannt, können sie sich unter dynamischer Belastung ausbreiten und letztlich zum Versagen der Struktur oder zu Sicherheitsunfällen führen. Dieser Artikel erläutert systematisch die technischen Prinzipien, Einsatzbereiche, Abnahmestandards und Auswahlkriterien der fünf Prüfverfahren – Sichtprüfung (VT), Magnetpulverprüfung (MT), Ultraschallprüfung (UT), Eindringprüfung (PT) und Durchstrahlungsprüfung (RT) – und dient als Auswahlreferenz für Hersteller von Kranstahlbauten und Prüfstellen für Bestandsanlagen. Die Bemessung und Berechnung folgt den Kernanforderungen der Norm DIN 15018 (Krane – Grundsätze für Stahltragwerke) und der Vorschrift TSG 51-2023 (Sicherheitstechnische Sondervorschrift für Sonderausrüstung von Hebezeugen).

Sichtprüfung (VT) – die Basis aller NDT-Verfahren

Die Sichtprüfung (Visual Testing, VT) ist das grundlegendste und am häufigsten eingesetzte zerstörungsfreie Prüfverfahren. Der Prüfer beurteilt den Oberflächenzustand der Stahlkonstruktion direkt mit bloßem Auge oder mit Hilfsmitteln wie Lupen (×2–×10), Endoskopen und Schweißnahtlehren. Mit VT lassen sich Oberflächenrisse (Öffnungsbreite ≥ 0,1 mm), Einbrandkerben, Schweißraupen, Krater, Spritzer, Verformungen und Korrosion zuverlässig erkennen. Gemäß Abschnitt 5.5 der Norm DIN 15018 müssen alle Schweißnähte nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur zu 100 % einer Sichtprüfung unterzogen werden; die Beleuchtungsstärke an der Prüffläche muss mindestens 350 lx betragen.

Die Grenze der Sichtprüfung liegt darin, dass nur oberflächenoffene Fehler erkannt werden können; innere Fehler und geschlossene Oberflächenrisse bleiben unentdeckt. Als erster Schritt der NDT-Kette liefert die VT jedoch die grundlegende Beurteilungsbasis für die Auswahl nachfolgender Verfahren: Nach Auffälligkeiten in der Sichtprüfung kommen MT oder PT zur präzisen Quantifizierung und Charakterisierung zum Einsatz. Referenznormen für die VT sind ISO 17637:2016 (Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen – Sichtprüfung von Schmelzschweißverbindungen) sowie DIN EN 13018.

Magnetpulverprüfung (MT) – erste Wahl für Oberflächenrisse in ferromagnetischen Werkstoffen

Die Magnetpulverprüfung (Magnetic Particle Testing, MT) nutzt das Prinzip der Streuflussbildung: Wird ein ferromagnetischer Werkstoff magnetisiert, entsteht an Fehlerstellen ein magnetisches Streufeld, das aufgebrachte Magnetpulver (trocken oder nass) anzieht und als sichtbare Magnetpulveranzeige abbildet. MT ist äußerst empfindlich gegenüber linienförmigen Fehlern an der Oberfläche und im oberflächennahen Bereich (Tiefe ≤ 2 mm) wie Rissen, Haarrissen, Falten und Flocken – nachweisbar sind Mikrorisse ab einer Breite von 0,001 mm und einer Tiefe von 0,01 mm. Zu den Magnetisierungsverfahren gehören die Magnetjochmethode (tragbar), die Kontaktpolmethode (lokal) und die Spulenmethode (für Wellenteile); bei der Vor-Ort-Inspektion dominiert die Magnetjochmethode.

Die Abnahmekriterien für die MT-Prüfung an Kranstahlbauten richten sich nach DIN EN ISO 9934-1 und ISO 17638:2016. Kritisch beanspruchte Bereiche wie Stumpfnähte des Hauptträgers, Kehlnähte der Kopfträger und tragende Schweißnähte des Katzfahrwerkrahmens müssen 24 Stunden nach dem Schweißen (bei niedriglegierten Stählen mit einer Latenzzeit von 48 Stunden zur Rissbeobachtung) einer 100-%-MT-Prüfung unterzogen werden. Magnetpulveranzeigen werden in linienförmige Anzeigen (Risse, mangelhafte Durchschweißung) und rundliche Anzeigen (Poren) unterschieden; linienförmige Anzeigen ab einer Länge von 1,5 mm gelten als nicht zulässig. Die Grenze der MT liegt in der Unanwendbarkeit bei nicht ferromagnetischen Werkstoffen wie austenitischem Edelstahl.

Ultraschallprüfung (UT) – die Standardmethode zur Tiefenortung innerer Fehler

Die Ultraschallprüfung (Ultrasonic Testing, UT) nutzt die Eigenschaft von Ultraschallwellen, an Fehlergrenzflächen im Werkstoff reflektiert, gebrochen und gedämpft zu werden. Mit UT lassen sich Risse, mangelhafte Durchschweißung, Bindefehler, Schlackeneinschlüsse und Poren in Dickenrichtung nachweisen; die Eindringtiefe beträgt in Stahl mehrere Meter. Die konventionelle A-Bild-Impuls-Echo-Technik bestimmt Fehlerposition und -größe anhand des Echoverlaufs; TOFD (Beugungslaufzeittechnik) und Phased-Array (PAUT) ermöglichen eine präzisere Fehlerquantifizierung und -abbildung. An T-Stößen zwischen Stegblech und Flanschblech des Hauptträgers sowie an Schweißnähten innerer Versteifungsbleche im Kastenträger, die für MT oder RT unzugänglich sind, ist UT das einzige wirksame Verfahren zur inneren Fehlerprüfung.

Die UT-Prüfung erfolgt nach DIN EN ISO 17640 (Zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen – Ultraschallprüfung von Schmelzschweißverbindungen). Vor der Prüfung werden Zeitbasis und Empfindlichkeit des Geräts mit Standard-Prüfblöcken (CSK-IA/CSK-IIIA) kalibriert. Übliche Prüfkopffrequenzen liegen bei 2–5 MHz, die Schwingerabmessungen bei 9–20 mm und die Einschallwinkel bei 45°–70°. Abnahmekriterium: Ein einzelnes Fehlerecho, dessen Amplitude die Bewertungsgrenze (DAC-Kurve −12 dB) überschreitet und dessen Länge den zulässigen Wert der Bewertungsklasse übersteigt, gilt als nicht zulässig. Anhang A der Vorschrift TSG 51-2023 fordert eine 100-%-UT-Prüfung der tragenden Schweißnähte des Hauptträgers für Krane der Triebwerksgruppe ab Stufe A8. Die Grenzen der UT liegen im erforderlichen Koppelmittel (Öl, chemische Paste) und in der reduzierten Durchdringungsfähigkeit bei grobkörnigen Werkstoffen (Stahlguss, austenitische Schweißnähte).

Eindringprüfung (PT) – die Lösung für Oberflächenfehler nicht ferromagnetischer Werkstoffe

Die Eindringprüfung (Penetrant Testing, PT) beruht auf dem Kapillarprinzip: Ein farbstoffhaltiges Eindringmittel wird auf die Werkstückoberfläche aufgetragen und dringt in offene Oberflächenfehler ein. Nach dem Entfernen des überschüssigen Eindringmittels wird ein Entwickler aufgebracht, der das in den Fehlern verbliebene Eindringmittel herauszieht und als vergrößerte Anzeige sichtbar macht. PT weist extrem feine offene Oberflächenfehler ab einer Breite von 0,5 μm nach und ist unabhängig von den magnetischen Eigenschaften des Werkstoffs. Es eignet sich für alle nicht porösen Werkstoffe wie Edelstahl, Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen und Keramik. Für die Oberflächenprüfung von Edelstahlkomponenten (z. B. Krane in Lebensmittel- und Pharmawerkstätten) sowie Nichteisenmetallteilen (Aluminium-Rollen, Kupferlegierungs-Buchsen) ist PT das bevorzugte Verfahren.

Die PT-Prüfung erfolgt nach DIN EN ISO 3452-1 und DIN EN ISO 3452-2. Eindringmittel werden in Farbeindringmittel (rot, unter Tageslicht geprüft) und Fluoreszenzeindringmittel (unter UV-Licht geprüft) unterteilt; die Empfindlichkeitsstufen reichen von Stufe 1/2 (Standard) bis Stufe 3/4 (sehr hoch). In der Fertigung von Kranstahlbauten ist die Farbeindringprüfung am gebräuchlichsten; die Eindringzeit beträgt 5–30 Minuten (bei 15–50 °C), die Entwicklungszeit 10–30 Minuten. Linienförmige Anzeigen ab 1,5 mm oder rundliche Anzeigen ab 3 mm Durchmesser gelten als nicht zulässig. Die Grenzen der PT liegen in der Unanwendbarkeit bei porösen Werkstoffen (Gussteile, Sintermetalle) sowie in der Notwendigkeit einer gründlichen Reinigung der Oberfläche vor der Prüfung (Öl, Beschichtungen müssen entfernt werden).

Durchstrahlungsprüfung (RT) – das Schiedsverfahren für volumenhafte Fehler

Die Durchstrahlungsprüfung (Radiographic Testing, RT) nutzt die unterschiedliche Schwächung von Röntgen- oder Gammastrahlung beim Durchdringen des Werkstücks: An Fehlerstellen entsteht ein anderer Schwächungsgrad als im fehlerfreien Bereich, was auf dem Film oder digitalen Detektor als unterschiedliche Schwärzung abgebildet wird. RT ist besonders empfindlich für volumenhafte Fehler wie Poren, Schlackeneinschlüsse und Lunker. Die Nachweisbarkeit von flächenhaften Fehlern wie Rissen und Bindefehlern hängt vom Winkel zwischen Strahlenrichtung und Fehlerebene ab (bei Winkeln über 10°–15° nimmt die Empfindlichkeit stark ab). Bei Kranstahlbauten wird RT vor allem für die stichprobenartige Prüfung kritischer Schweißnähte (z. B. Stumpfnähte des Hauptträgers, Schweißverbindungen der Trommel) sowie als Schiedsverfahren bei verdächtigen UT-Befunden eingesetzt.

Die RT-Prüfung erfolgt nach DIN EN ISO 17636-1 und DIN EN ISO 17636-2. Die Empfindlichkeitsanforderungen an den Bildgüteprüfkörper (IQI): Stufe A (Standard) ≥ 2,0 %, Stufe B (erhöht) ≥ 1,4 %. Röntgenstrahlung ist für Stahldicken bis 100 mm (420 kV) geeignet, Gammastrahlung (Ir192/Co60) für 30–200 mm. Abnahmekriterien: Risse, Bindefehler und mangelhafte Durchschweißung sind nicht zulässig; rundliche Fehler (Poren/Schlackeneinschlüsse) werden anhand der Bewertungstabellen für die jeweilige Bewertungszone beurteilt. Die Vorschrift TSG 51-2023 fordert für Krane der Triebwerksgruppe A5–A6 einen RT-Stichprobenumfang von mindestens 20 % der kritischen Schweißnähte. Die Grenzen der RT liegen in den hohen Prüfkosten, der erforderlichen Strahlenschutzmaßnahmen (ionisierende Strahlung) und der fehlenden Eignung für die Vor-Ort-Inspektion (z. B. an T-Stößen).

Vergleich der fünf NDT-Verfahren und Auswahlentscheidung

Die folgenden beiden Vergleichstabellen fassen die wichtigsten Technischen Parameter der fünf Verfahren sowie die Anwendungszuordnung für Kranstahlbauten zusammen und dienen als Auswahlreferenz für Qualitätsprüfstellen in der Fertigung und für Prüfstellen von Bestandsanlagen.

Industriekrane für höchste Ansprüche in der Fertigung

Die Anforderungen an moderne Industriekrane in der Fertigung sind hoch: Sie müssen schwere Lasten präzise und zuverlässig bewegen, dabei möglichst wartungsarm sein und sich nahtlos in bestehende Produktionsabläufe integrieren lassen. Unsere Brückenkrane und Portalkrane sind genau für diese anspruchsvollen Einsätze konzipiert.

Ob in der Metallbearbeitung, im Maschinenbau oder in der Automobilindustrie – ein zuverlässiger Kran ist das Rückgrat eines effizienten Materialflusses. Wir bieten maßgeschneiderte Hebelösungen, die exakt auf Ihre betrieblichen Anforderungen abgestimmt sind. Von der Einzelanfertigung bis zur Serienlösung: Unsere Krane überzeugen durch hohe Tragfähigkeit, Langlebigkeit und eine präzise Steuerung, die ein sicheres und ermüdungsarmes Arbeiten ermöglicht.

Wartungsarmer Brückenkran für den Dauerbetrieb

Der Brückenkran ist die ideale Lösung für Produktionshallen, in denen ein reibungsloser und unterbrechungsfreier Betrieb oberste Priorität hat. Seine robuste Konstruktion und die hochwertigen Komponenten sind auf Langlebigkeit ausgelegt und minimieren Standzeiten. Die durchdachte Konstruktion ermöglicht zudem eine schnelle und unkomplizierte Wartung, falls doch einmal ein Bauteil ausgetauscht werden muss.

Dank der präzisen Verfahr- und Hubgeschwindigkeiten lassen sich Werkstücke und Materialien punktgenau positionieren. Dies erhöht nicht nur die Effizienz, sondern auch die Sicherheit am Arbeitsplatz. Der Kran ist für den Einsatz mit verschiedenen Lastaufnahmemitteln wie Greifern, Vakuumhebern oder C-Haken vorbereitet und bietet so maximale Flexibilität in Ihrem Fertigungsprozess.

Robuster Portalkran für flexible Lastenbewegung

Der Portalkran überzeugt dort, wo Flexibilität und Mobilität gefragt sind. Er kann sowohl in der Halle als auch im Freien eingesetzt werden und ist dank seiner stabilen Stützfüße auch auf unebenem Untergrund sicher im Einsatz. Die Konstruktion ermöglicht eine einfache Anpassung an unterschiedliche Spannweiten und Hubhöhen, sodass er sich optimal an Ihre räumlichen Gegebenheiten anpassen lässt.

Ob für die Wartung großer Maschinen, den Umschlag von Gütern oder die Verladung von LKW – der Portalkran ist ein zuverlässiger Partner für schwere Lasten. Seine robuste Fahrwerkskonstruktion und die leistungsstarken Antriebe gewährleisten auch bei hoher Auslastung eine konstante Leistung. Die optionale Ausstattung mit Funkfernsteuerung erhöht die Bediensicherheit und ermöglicht eine präzise Steuerung aus sicherer Distanz.

Häufig gestellte Fragen zu Industriekranen

F: Welche Tragfähigkeiten sind bei Ihren Industriekranen möglich?

A: Unsere Krane werden projektbezogen gefertigt und decken ein breites Spektrum an Tragfähigkeiten ab – von leichten Lasten für den Werkstattbetrieb bis hin zu Schwerlastlösungen für die Schwerindustrie. Die genaue Auslegung erfolgt stets anhand Ihrer spezifischen Anforderungen und Einsatzbedingungen.

F: Nach welchen Normen sind die Krane konstruiert und gefertigt?

A: Die Konstruktion und Fertigung unserer Krane erfolgt nach den einschlägigen internationalen und europäischen Normen, darunter DIN 15018 für die Berechnung und EN 13000 für die Sicherheit von Fahrzeugkranen. Zudem orientieren wir uns an den Richtlinien ISO 4306 für die Terminologie und Klassifikation sowie EN 60204-32 für die elektrische Ausrüstung von Kranen.

F: Bieten Sie auch kundenspezifische Sonderanfertigungen an?

A: Ja, ein wesentlicher Bestandteil unseres Angebots ist die Entwicklung und Fertigung von Sonderanfertigungen. Wir analysieren Ihre spezifische Anwendung und konstruieren einen Kran, der exakt auf Ihre Prozesse, Ihre Hallenstruktur und Ihre logistischen Anforderungen zugeschnitten ist – von der Spannweite über die Hubhöhe bis hin zur Steuerungsart.

Abnahmestandards für die zerstörungsfreie Prüfung von Kran-Stahlkonstruktionen

Das Abnahmestandardsystem für die zerstörungsfreie Prüfung (NDT) von Kran-Stahlkonstruktionen ist in drei Ebenen gegliedert. Die erste Ebene bildet die nationale Rechtsvorschrift: Die Vorschrift TSG 51-2023 – Sicherheitstechnische Sondervorschrift für Sonderausrüstung – legt verbindliche Anforderungen an Prüfumfang, Prüfquote und Bewertungskriterien für NDT-Prüfungen bei Herstellung und Montage von Hebezeugen fest. Anhang A definiert die Prüfmethoden und -quoten differenziert nach Triebwerksgruppe (A3~A8) und Schweißnahtklassifizierung. Die zweite Ebene umfasst nationale und Branchennormen, darunter die Norm DIN 15018 – Konstruktionsvorschrift für Krane – mit ihren Anforderungen an die Fertigungsqualität, die Norm GB/T 11345 – Zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen – Ultraschallprüfung, die Norm GB/T 3323.1 – Zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen – Durchstrahlungsprüfung sowie die Norm JB/T 8468 – Magnetpulverprüfung von Stahlschmiedestücken. Die dritte Ebene bilden werkseigene Standards: Einige Hersteller haben auf Basis der nationalen Normen strengere interne Prüfrichtlinien definiert. So kann die Stichprobenquote für die Durchstrahlungsprüfung (RT) an kritischen Schweißnähten auf 30 % angehoben werden – gegenüber den von der Vorschrift TSG 51-2023 geforderten 20 % – und die Ultraschallprüfung (UT) wird um eine Phased-Array-Prüfung (PAUT) mit bildgebender Dokumentation ergänzt.

Jeder NDT-Prüfbericht muss folgende Angaben enthalten: Prüfdatum, Qualifikation des Prüfpersonals (UT/RT-Prüfer müssen über einen vom nationalen Amt für Qualitätsüberwachung ausgestellten Befähigungsnachweis für zerstörungsfreie Prüfung an Spezialausrüstung der Stufe II oder höher verfügen), Gerätetyp und Kalibrierungsnachweis, Prüfverfahren und -parameter (Prüfkopffrequenz, Winkel, Empfindlichkeit), schematische Darstellung der Prüfstellen mit Fehlerpositionierung, Bewertungsergebnis mit Bezug auf den angewandten Abnahmestandard sowie Prüfschlussfolgerung (in Ordnung / nicht in Ordnung / Nachprüfung erforderlich). Prüfaufzeichnungen und -berichte sind über die gesamte Lebensdauer der Anlage aufzubewahren.

Häufige Fragen zur Schweißnahtprüfung