JB/T 9004 Krankatze-Norm: 6 Designparameter und 5 Abnahmeschritte

Welche Normen und Regeln gelten für die Konstruktion von Krankatzen?

Die Konstruktion und Fertigung von Krankatzen unterliegt einem mehrstufigen System aus nationalen und branchenspezifischen Normen, das einen vollständigen technischen Regelwerksrahmen bildet. Vor der Auslegung einer Katzfahrwerk-Konstruktion müssen folgende normative Grundlagen geklärt werden:

Erstens, die Ebene der grundlegenden Konstruktionsnormen. Als Kernkomponente des Krans muss die Gesamtkonstruktion der Laufkatze den allgemeinen Anforderungen der Norm GB/T 3811-2008 „Krane – Konstruktionsvorschriften" hinsichtlich Lastkombination, Einstufung der Triebwerksgruppe und zulässiger Spannungsnachweis entsprechen. Diese Norm definiert die zweidimensionale Klassifizierung der Nutzungsklassen U0–U9 und Lastkollektive Q1–Q4, die als Grundlage für die Radlastberechnung und den Festigkeitsnachweis der Laufkatze dient.

Zweitens, die Ebene der Produktnorm. JB/T 9004-2011 „Krankatze für Krane" ist die unmittelbar geltende technische Spezifikation auf Produktebene. Sie legt die Maßtoleranzen der Rahmenkonstruktion, die Montagegenauigkeit der Radblöcke, die Anforderungen an die Antriebskomponenten sowie das Werksabnahmeprogramm fest. Die Norm ist mit den Anforderungen des Kapitels über Laufkatzen in GB/T 14405-2011 „Allgemeiner Brückenkran" abgestimmt.

Drittens, die Ebene der Prüfung und Inspektion. Das Belastungsprüfprogramm vor Auslieferung der Laufkatze muss gemäß GB/T 5905-2011 „Krane – Prüfvorschriften und -verfahren" durchgeführt werden, einschließlich Leerlaufprüfung, Prüfung mit Nennlast und statischer Belastungsprüfung mit 1,25-facher Nennlast. Kelude Schwerindustrie führt vor Auslieferung jeder Laufkatze das vollständige Prüfprogramm nach dieser Norm durch.

Viertens, die Ebene der Sicherheitsüberwachung. Für Laufkatzen, die mit einem Sicherheitsüberwachungssystem ausgestattet sind, gelten zusätzlich die funktionalen Anforderungen der Norm GB/T 28264-2012 „Sicherheitsüberwachungs- und Managementsystem für Hebezeuge", einschließlich der Signalerfassung des Traglastbegrenzers und der Rückmeldung der Fahrwegbegrenzer. Alle von Kelude Schwerindustrie ausgelieferten Laufkatzen sind werkseitig mit Sensor-Schnittstellen vorbereitet, um eine spätere Nachrüstung des Sicherheitsüberwachungsmoduls zu ermöglichen.

Die 6 wichtigsten Konstruktionsparameter des Katzfahrwerkrahmens nach JB/T 9004

Der Katzfahrwerkrahmen ist die tragende Grundstruktur der Laufkatze. Die Wahl seiner Konstruktionsparameter beeinflusst direkt die Laufruhe, die Lebensdauer und die Gesamtsicherheit des Krans. Gemäß Kapitel 4 der Norm JB/T 9004-2011 (Konstruktionsanforderungen) sind folgende 6 Parameter für die Rahmenkonstruktion maßgeblich:

(1) Wahl der Radstand. Die Spurweite ist der Abstand zwischen den Mittellinien der vorderen und hinteren Räder auf derselben Schiene und liegt üblicherweise im Bereich von 1,2 m bis 4,5 m. Eine zu geringe Spurweite führt zu unzureichender Laufstabilität, eine zu große erhöht das Eigengewicht des Rahmens und die Herstellungskosten. Die Norm empfiehlt ein Verhältnis von Spurweite zu Spurweite zwischen 1,0 und 1,5, um die Kippsicherheit der Laufkatze zu gewährleisten.

(2) Festlegung der Kranbahnträger-Spurweite. Die Kranbahnträger-Spurweite der Laufkatze ist der Abstand zwischen den Mittellinien der Radlaufflächen auf beiden Seiten und wird durch die Katzbahn-Spurweite auf dem Träger bestimmt. Übliche Spurweiten sind 1,4 m, 1,6 m, 1,8 m, 2,0 m, 2,5 m und 3,0 m. Die Konstruktion muss exakt auf die Spannweite der Katzbahn abgestimmt sein.

(3) Radlastberechnung. Die Maximale Radlast pro Rad ist der zentrale Lastparameter für die Auslegung des Katzfahrwerkrahmens und des Kranbahnträgers. Die Berechnung berücksichtigt das Eigengewicht der Laufkatze, die Nenntragfähigkeit, den dynamischen Lastfaktor beim Heben sowie den Stoßbeiwert beim Fahren. Kelude Schwerindustrie führt für jede Laufkatzenvariante eine präzise Radlastberechnung mit Finite-Elemente-Software durch.

(4) Steifigkeitskennwerte des Katzfahrwerkrahmens. Die Norm legt fest, dass die Durchbiegung des Hauptträgers unter Nennlast in der Mitte die Spannweite geteilt durch 800 nicht überschreiten darf. Für schwere Triebwerksgruppe A6 und darüber wird dieser Grenzwert auf L/1000 verschärft.

(5) Material- und Schweißanforderungen. Die Hauptstruktur des Katzfahrwerkrahmens besteht in der Regel aus Q235B (≈S235JR) oder Q345B (≈S355J2) Stahl. Kritische tragende Schweißnähte müssen die Qualitätsstufe I oder II erreichen. Die Norm verlangt ein spannungsarmes Glühen des gesamten Rahmens nach dem Schweißen, um Eigenspannungen zu beseitigen.

(6) Korrosionsschutz und Beschichtung. Die Oberflächenbehandlung des Katzfahrwerkrahmens muss Sandstrahlen nach Sa2,5 erreichen. Die Grundierung mit Epoxid-Zinkstaubfarbe muss eine Trockenschichtdicke von mindestens 60 µm aufweisen, der Polyurethan-Decklack mindestens 80 µm. Die Beschichtungslinie von Kelude Schwerindustrie verwendet automatisches Sandstrahlen und Airless-Spritzbeschichtungsverfahren, um eine Haftfestigkeit der Beschichtung von mindestens 5 MPa sicherzustellen.

Prüfverfahren zur Erkennung von Radachsen-Abweichungen und Ebenheitsfehlern an Kranlaufkatzen

Die Montagegenauigkeit der Laufräder einer Laufkatze ist ein entscheidender Faktor für die Laufruhe und die Neigung zum Spurkranzreiben. Kapitel 5 der Norm JB/T 9004-2011 definiert verbindliche quantitative Kennwerte für die Wellenausrichtung der Räder, die in folgenden Schritten geprüft und abgenommen werden:

Zunächst wird die Ebenheit des Katzfahrwerkrahmens geprüft. Hierzu wird der Rahmen auf einer Prüfplatte aufgesetzt und die Längs- sowie Querebenheit der oberen Rahmenfläche mit einer Rahmen-Wasserwaage (Genauigkeit 0,02 mm/m) gemessen. Die Norm fordert, dass die Abweichung von der Ebenheit 1/1000 der Spannweite nicht überschreitet und der Absolutwert 3 mm nicht übersteigt.

Im zweiten Schritt wird die vertikale Schiefstellung der Räder ermittelt. Mit einem Theodolit oder einem Lasermessgerät wird der Neigungswinkel der Radlauffläche jedes Rades gegenüber der Lotrechten gemessen. Die zulässige Abweichung beträgt 1/400 des Raddurchmessers, d. h. bei einem Raddurchmesser von 400 mm maximal 1,0 mm.

Der dritte Schritt betrifft die horizontale Schiefstellung der Räder. Gemessen wird der Neigungswinkel der Radachse in der horizontalen Ebene; die Norm lässt hier eine Abweichung von höchstens 1/1000 des Raddurchmessers zu. In der Praxis erfolgt die Messung entweder mit der gespannten Klaviersaite-Methode oder mit einem Laser-Tracker.

Im vierten Schritt wird die Diagonalabweichung der Räder geprüft. Die Differenz der beiden Diagonalmaße zwischen den vier Laufrädern der Laufkatze darf 3 mm nicht überschreiten. Dieser Kennwert beeinflusst unmittelbar die Synchronisation des Fahrwerks und die Wahrscheinlichkeit von Spurkranzreiben; er ist ein Pflichtprüfpunkt bei der Montageabnahme.

Im fünften und letzten Schritt erfolgt die Einstellung und Verifikation des Bremsspiels. Das Bremsspiel der Bremsen von Hubwerk und Fahrwerk muss den Angaben der Konstruktionszeichnung entsprechen. Als Richtwerte gelten: 0,5–0,8 mm bei Backenbremsen und 0,3–0,5 mm bei Scheibenbremsen. Nach der Einstellung ist ein Prüfversuch zur Bestätigung des Bremsmoments durchzuführen.

Krankatze: Hubwerk und Fahrwerk richtig aufeinander abstimmen

Die Krankatze vereint zwei Funktionssysteme: das Hubwerk und das Fahrwerk. Die Abstimmung dieser Systeme entscheidet maßgeblich über Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Katze. Gemäß Abschnitt 6 der Norm JB/T 9004-2011 sind bei der Auslegung folgende Grundsätze zu beachten:

Beim Hubwerk muss die Motorleistung des Hubmotors sowohl den Leistungsbedarf bei Nenngeschwindigkeit als auch die Anforderungen an das Anlaufbeschleunigungsmoment abdecken. Die Norm empfiehlt die Berechnung der Hubmotorleistung nach der Formel P = Q × v / (1000 × η), wobei der Wirkungsgrad η mit 0,85 bis 0,90 anzusetzen ist. Das Übersetzungsverhältnis des Hubgetriebes ist so zu wählen, dass die sich aus der Trommeldrehzahl ergebende Hubgeschwindigkeit innerhalb von ±5 % des Auslegungswerts liegt.

Beim Fahrwerk muss die Leistung des Fahrmotors den Rollwiderstand der Räder, den Steigungswiderstand sowie den Windwiderstand überwinden. Die Norm empfiehlt die Berechnung des statischen Fahrwiderstands nach der Formel F = Gesamtmasse × (Lagerreibungszahl × Wellendurchmesser/2 + Rollreibungszahl) / Radradius, wobei die Lagerreibungszahl mit 0,015 und die Rollreibungszahl mit 0,5 mm anzusetzen sind. Kelude Schwerindustrie legt bei der Auswahl des Fahrmotors zusätzlich eine Leistungsreserve von 15 % bis 20 % auf, um die Zuverlässigkeit unter extremen Betriebsbedingungen sicherzustellen.

Bei der Auswahl der Bremsen gilt: Der Sicherheitsfaktor der Fahrwerksbremse für das Hubwerk darf 1,5 nicht unterschreiten, der Sicherheitsfaktor der Fahrwerksbremse für das Fahrwerk nicht 1,25. Das Bremsmoment der Bremse muss ausreichen, um die jeweilige Einrichtung innerhalb des vorgeschriebenen Bremswegs zum Stillstand zu bringen. Der Bremsweg des Hubwerks beträgt 1/100 der Hubgeschwindigkeit, der Bremsweg des Fahrwerks 1/20 der Fahrgeschwindigkeit.

Bei Kupplungen und Antriebswellen wird für die Schnelllaufwelle des Hubwerks eine Zahnkupplung oder elastische Bolzenkupplung empfohlen, für das Fahrwerk eine Kreuzgelenkkupplung oder eine Kupplung mit balligen Zähnen. Das Nenndrehmoment der Kupplung muss mindestens das 2,0-fache des Nenndrehmoments des Motors betragen, um Schlaglasten während des An- und Abfahrens aufzunehmen.

Werksabnahme und Lastprüfung der Krankatze: 5 Schritte im Überblick

Die Prüfung vor Auslieferung ist die letzte Qualitätskontrolle der Krankatze. Abschnitt 7 der Norm JB/T 9004-2011 legt das vollständige Prüfverfahren fest. Kelude Schwerindustrie führt bei jeder Krankatze die Werksabnahme streng nach den folgenden 5 Schritten durch:

Schritt 1: Sicht- und Maßprüfung. Prüfung der Schweißnähte am Katzfahrwerkrahmen auf Risse, Poren, Einbrandkerben und andere Fehler. Mit dem Laser-Entfernungsmesser werden Spurweite, Radstand und Diagonale auf Übereinstimmung mit den Zeichnungstoleranzen überprüft.

Schritt 2: Leerlaufprüfung. Die Katze fährt auf dem Prüfstand in allen Geschwindigkeitsstufen mindestens 3 Mal über die volle Strecke hin und zurück. Dabei werden Laufruhe, ungewöhnliche Vibrationen, Verklemmen und ungewöhnliche Geräusche kontrolliert. Die Stromaufnahme des Fahrmotors muss innerhalb des Nennbereichs liegen, die Unsymmetrie der Drehstromaufnahme darf 10 % nicht überschreiten.

Schritt 3: Prüfung mit Nennlast. Nach dem Heben der Nennlast fährt die Katze mindestens 2 Mal mit voller Geschwindigkeit hin und zurück. An beiden Schienenenden und in der Mitte werden jeweils 3 Bremsprüfungen des Hubwerks durchgeführt. Dabei ist zu verifizieren, dass das Fahrwerk kein Kriechen und das Hubwerk kein übermäßiges Absinken aufweist. Grenzwert: Bei Nennlast darf das Absinken innerhalb von 10 Minuten 1/100 der Hubhöhe nicht überschreiten.

Schritt 4: Statische Belastungsprüfung mit 1,25-facher Nennlast. Die Last wird auf 100 mm über dem Boden angehoben und mindestens 10 Minuten gehalten. Nach dem Entlasten wird der Hauptträger des Katzfahrwerkrahmens auf bleibende Verformung geprüft. Die Restverformung darf 1/2000 der Spannweite nicht überschreiten. Zusätzlich werden alle Schweißnähte auf Risse kontrolliert.

Schritt 5: Geräusch- und Temperaturmessung. Bei Betrieb mit Nennlast wird der Schalldruckpegel in 1 m Abstand von der Katze gemessen; der Grenzwert beträgt 85 dB(A). Die Wicklungstemperatur von Hub- und Fahrmotor wird nach der Widerstandsmethode ermittelt. Der Grenzwert der Temperaturerhöhung beträgt 80 K für Isolierstoffklasse B und 105 K für Klasse F.

Weiterführende Informationen

Weitere technische Beiträge zur Krankatze finden Sie hier: Getriebeauswahl für Krane: Vergleich von 4 Getriebetypen und Auswahlhilfe, Kupplungsmontage und Wellenausrichtung bei Kranen: 4 Auswahlparameter und 5 Abnahmekriterien.

Häufig gestellte Fragen

F: Welche Ursachen hat Spurkranzreiben an der Krankatze und wie wird es nach JB/T 9004 behoben?