GB/T 14407-2011 Hubwerk-Norm für Brücken- und Portalkrane
DIN 15018 – Das Hubwerk für Brücken- und Portalkrane: Die Norm legt die technischen Anforderungen an das Hubwerk fest. Sie definiert Typparameter, Antriebskonfiguration, Bremssystem, Seilwicklung und Seilführung und wird in Verbindung mit FEM 1.001 verwendet.
DIN 15018 ist die spezifische technische Norm für Hubwerke von Brücken- und Portalkranen und wurde 2011 veröffentlicht. Das Hubwerk ist das zentrale Arbeitselement eines Krans und für das Heben und Senken der Last verantwortlich. Seine Konstruktionsqualität und Betriebszuverlässigkeit wirken sich direkt auf die Leistungsfähigkeit und die Arbeitssicherheit der gesamten Anlage aus. Die Norm gilt für Konstruktion, Fertigung und Inspektion von Hubwerken elektrisch betriebener Brücken- und Portalkrane.
Hubwerkstypen und Antriebskonfiguration
Die Norm legt fest, dass Hubwerke nach ihrer Antriebsart in zwei Ausführungen unterteilt werden: Einzelantrieb und Doppelantrieb. Beim Einzelantrieb treibt ein Motor über ein Getriebe die Trommel an – eine einfache Konstruktion, die für allgemeine Krane mit einer Nenntragfähigkeit bis 50 t geeignet ist. Beim Doppelantrieb treiben zwei Motoren und zwei Getriebe dieselbe Trommel (beidseitiger Antrieb) an. Diese Ausführung kommt bei Kranen mit großer Tragfähigkeit über 50 t oder bei Gießereikranen mit besonders hohen Zuverlässigkeitsanforderungen zum Einsatz. Fällt bei einem Doppelantrieb ein Motor oder ein Getriebe aus, kann der Kran mit reduzierter Nennlast (ca. 60 %) kurzzeitig weiterbetrieben werden.
Die Antriebskonfiguration des Hubwerks muss folgende Anforderungen erfüllen: Die Motorleistung wird auf Basis von Nenntragfähigkeit, Hubgeschwindigkeit und Wirkungsgrad des Mechanismus berechnet (Zahnradgetriebe 0,92–0,95, Trommel 0,96–0,98). Der Leistungszuschlagfaktor des Motors beträgt 1,2–1,4. Die Tragfähigkeit des Getriebes darf die Stufe AGMA 10 (gehärtete Zahnflanken) nicht unterschreiten. Die Verbindung zwischen Trommel und Getriebe-Abtriebswelle muss über eine Bogenzahnkupplung oder eine Spannsatz-Verbindung erfolgen, die begrenzte Winkel- und Radialabweichungen zulässt. Das Nenndrehmoment der Kupplung muss mindestens dem Zweifachen des Nenndrehmoments des Motors entsprechen. Ab der Triebwerksgruppe A6 ist das Hubwerk mit einer Doppelbremse auszustatten (Betriebsbremse + Sicherheitsbremse), wobei beide Bremsen unabhängig voneinander wirken.
Die Drehzahlregelung des Hubwerks ist ein weiterer Schwerpunkt der Norm. Standardkrane können mit einem Zweigangmotor (8/2-polig oder 6/4-polig) für zwei Geschwindigkeitsstufen ausgestattet werden – geeignet für allgemeine Hubevorgänge. Für Anwendungen mit Präzisionspositionierung ist eine frequenzgesteuerte Drehzahlregelung erforderlich, mit einem Regelbereich von mindestens 10:1 und einer Positioniergeschwindigkeit von nicht mehr als 1,5 m/min. Gießereikrane müssen über eine Frequenzumrichter-Regelung verfügen, deren Regelgenauigkeit mindestens ±1 % der Nenngeschwindigkeit beträgt. Das Frequenzumrichter-Antriebssystem muss zusätzlich über eine Drehmomentanhebung und Gleichstrombremsung verfügen, um im Stillstand das Nenndrehmoment halten zu können und ein Lastrutschen zu verhindern. Die Hubwerke von Kelude sind standardmäßig mit Frequenzumrichter und Doppelbremse ausgestattet und erfüllen damit die Anforderungen an Präzisionspositionierung und Sicherheitsredundanz.
Seilwicklung und Seilführung am Hubwerk
Die Norm enthält detaillierte Vorgaben zur Konstruktion der Seilwicklung. Die Anzahl der Wickellagen auf der Trommel: Einlagige Seilwicklung ist für Drahtseildurchmesser ab 16 mm vorgeschrieben. Mehrlagige Seilwicklung ist bei begrenztem Bauraum oder begrenzter Trommellänge zulässig, jedoch mit maximal 4 Lagen (Triebwerksgruppe A1–A4) bzw. 3 Lagen (Triebwerksgruppe A5 und höher). Das Verhältnis von Trommeldurchmesser zu Drahtseildurchmesser (D/d) muss mindestens 20 betragen (Triebwerksgruppe A1–A6) bzw. 25 (Triebwerksgruppe A7–A8). Das Verhältnis von Seilrollendurchmesser zu Drahtseildurchmesser muss mindestens 18 betragen (bei Ausgleichsrollen mindestens 14). Die Befestigung des Drahtseils an der Trommel muss über Klemmplatten oder Keile erfolgen, wobei die Befestigungsfestigkeit mindestens 80 % der Bruchkraft des Drahtseils betragen muss.
Die Wahl der Seilführung (Anzahl der Seilstränge / Anzahl der von der Trommel ablaufenden Seile) beeinflusst direkt die Hubgeschwindigkeit und die Seilspannung. Die Norm empfiehlt folgende übliche Seilführungen: Bei einer Tragfähigkeit von 5–10 t ein Lastvielfaches von 2–4, bei 16–50 t ein Lastvielfaches von 4–6 und bei 75–100 t ein Lastvielfaches von 6–8. Je größer das Lastvielfaches, desto geringer die Hubgeschwindigkeit, aber desto geringer auch die Spannung des einzelnen Drahtseils – Trommel, Rollen und Drahtseil können entsprechend kleiner dimensioniert werden. Die Auswahl des Lastvielfaches muss unter der Bedingung erfolgen, dass der Drahtseildurchmesser 1/20 des Trommeldurchmessers nicht überschreitet, und gleichzeitig die Anforderungen an die Hubgeschwindigkeit sowie einen Seilsicherheitsfaktor von mindestens 5 erfüllen.
Auch für den Seilwinkel (Winkel zwischen der Drahtseilachse und der Mittellinie der Trommel- bzw. Seilrille) legt die Norm verbindliche Werte fest: Beim Auf- und Ablaufen auf die Trommel darf der Winkel 3,5° nicht überschreiten, der maximale Winkel in der Seilrille der Rolle beträgt 4°. Zu große Winkel führen dazu, dass das Drahtseil aus der Rille springt oder stark an der Rillenflanke reibt, was die Seilabnutzung beschleunigt. Befindet sich der Haken in seiner Endstellung, müssen mindestens 3 Sicherheitswindungen auf der Trommel verbleiben; die Befestigungswindungen werden hierbei nicht mitgezählt. Die Sicherheitswindungen gewährleisten, dass das Lastgewicht im Falle eines Versagens der Seilbefestigung allein durch Reibungskraft gehalten wird und die Last nicht abstürzen kann.
Anforderungen an die Bremsenkonfiguration des Hubwerks
Das Bremssystem des Hubwerks ist das wichtigste Sicherheitselement eines Krans. Die Norm legt fest, dass das Bremsmoment der Hubwerksbremse mindestens das 1,5-fache des Nenn-Hubmoments betragen muss (umgerechnet aus der Nenndrehzahl des Motors und dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes). Die Bremse ist an der Schnelllaufwelle des Getriebes (motorseitig) zu montieren; die Schnelllaufwelle bietet eine schnelle Bremsreaktion, ein geringeres Bremsmoment und eine kompaktere Bremsenbaugröße. Der Bremsscheibendurchmesser wird anhand der Motorwellenabmessungen und des Bremsmoments bestimmt. Die Kontaktfläche zwischen Bremsbacke und Bremsscheibe darf 80 % der Backenfläche nicht unterschreiten. Die Lüftspalte der Bremse müssen gleichmäßig sein; die Differenz zwischen den Lüftspalten beider Bremsbacken darf 0,3 mm nicht überschreiten.
Für Hubwerke der Triebwerksgruppe A6 oder höher sowie für Hubwerke mit einer Nenntragfähigkeit über 50 t schreibt die Norm eine Doppelbremse vor: eine Betriebsbremse (für den normalen Betrieb) und eine Sicherheitsbremse (automatische Bremsung bei Stromausfall). Beide Bremsen müssen unabhängig voneinander montiert und angesteuert werden; jede Bremse muss für sich allein in der Lage sein, die Nennlast zuverlässig zu halten. Die Drehmomentverteilung der Doppelbremse ist wie folgt festgelegt: Die Betriebsbremse übernimmt 80 % des Bremsmoments, die Sicherheitsbremse 100 % (d. h. die Sicherheitsbremse kann die Last unabhängig abbremsen). Die Ansprechverzögerung der Sicherheitsbremse darf 0,2 Sekunden nicht überschreiten, um ein schnelles Einfallen der Bremse bei Stromausfall zu gewährleisten. Der Elektromagnet bzw. Hydrostoßantrieb der Bremse muss mit einer Handauslösevorrichtung ausgestattet sein, die ein kontrolliertes Absenken der Last bei Stromausfall oder Störung ermöglicht.
Vergleichstabelle der Hubwerksparameter nach Tragfähigkeit
Die folgende Vergleichstabelle fasst die zentralen Konfigurationsparameter von Hubwerken verschiedener Tragfähigkeitsklassen zusammen und dient als Referenz für Konstruktion und Auswahl sowie für die Abnahme durch den Betreiber.
| Tragfähigkeit | Seilführung | Hubgeschwindigkeit(m/min) | Trommeldurchmessermm | Drahtseildurchmessermm | Bremsung Konfiguration |
|---|---|---|---|---|---|
| 5~10t | 2~4 | 5~12 | 300~400 | 12~16 | Einzel Bremsung |
| 16~32t | 4~6 | 4~8 | 400~500 | 16~22 | Einzel/Doppelbremse |
| 50~100t | 6~8 | 2~6 | 500~800 | 22~32 | Doppelbremse |
| >100t | 8~12 | 1~4 | 800~1200 | 32~42 | Doppelbremse |
Bremsweg und Anforderungen an die Lastprüfung
Die Norm DIN 15018 legt verbindliche Abnahmevorschriften für den Bremsweg des Hubwerks fest. Bei Nennlast darf der Lastabsenkung nach dem Einwirken der Bremse 1/65 der Hubstrecke pro Minute (ca. 0,46 mm/kN) nicht überschreiten. Bei einem Kran mit einer Hubgeschwindigkeit von 8 m/min (0,133 m/s) beträgt die theoretische Wegstrecke während der Bremsansprechzeit ca. 0,133 × 0,25 = 33 mm (bei einer Reaktionszeit von 0,25 s). Zusammen mit dem Restweg nach dem vollständigen Bremsung ergibt sich ein Gesamtbremsweg, der in der Regel zwischen 50 und 120 mm liegt. Mögliche Ursachen für einen übermäßigen Bremsweg sind: zu großes Spiel der Bremse, Verschleiß der Bremsbacken, Ermüdung der Bremsfeder oder ölverschmutzte Bremsscheibe.
Die Lastprüfung vor Auslieferung ist ein entscheidender Schritt zur Verifizierung der Leistungsfähigkeit des Hubwerks. Die Norm verlangt, dass jeder Kran stückweise den folgenden Prüfungen unterzogen wird: Leerlaufprüfung – alle Mechanismen laufen 30 Minuten bei Nenngeschwindigkeit; geprüft werden Laufruhe und Geräuschentwicklung, die Übertemperatur der Lager darf 40 °C nicht überschreiten. Nennlastprüfung (100 % SWL) – die Nennlast wird angehoben und mindestens fünfmal gehoben und gesenkt; dabei wird der Bremsweg gemessen. Dynamische Belastungsprüfung – Prüfung mit dem 1,1-fachen der Nennlast, jeweils mindestens dreimal Heben und Senken; geprüft wird auf ungewöhnliche Verformung und Geräusche an allen Bauteilen. Statische Belastungsprüfung – Prüfung mit dem 1,25-fachen der Nennlast über 10 Minuten im Stillstand; geprüft werden Durchbiegung des Hauptträgers, Schweißnähte auf Risse und die Bremse auf Rutschen. Erst wenn alle Prüfungen erfolgreich bestanden sind, darf das Werkszertifikat ausgestellt werden.
Häufige Fragen zu Bremsweg und Lastprüfung
F: Was tun, wenn der Bremsweg des Hubwerks die Norm überschreitet?
A: Zuerst das Spiel der Bremse prüfen und ggf. auf 0,5–1,0 mm einstellen. Bei übermäßigem Verschleiß der Bremsbacken sind diese auszutauschen. Anschließend die Bremsfeder auf Ermüdung prüfen; ist die freie Höhe der Feder um mehr als 5 % reduziert, muss sie ersetzt werden. Zuletzt die Bremsscheibe auf Ölverschmutzung prüfen und mit Alkohol reinigen.
F: Worauf ist bei der Wartung der Doppelbremse zu achten?
A: Die beiden Bremssysteme der Doppelbremse sind getrennt zu warten und zu prüfen. Einmal pro Quartal ist eine separate Bremsprüfung durchzuführen – dazu wird die Stromversorgung einer Bremse unterbrochen und die andere Bremse allein wirksam. Das Bremsmoment beider Bremsen ist getrennt zu messen und zu dokumentieren.
F: Ist ein größerer Seilführung (Lastvielfaches) immer besser?
A: Nein. Ein größeres Lastvielfaches reduziert zwar die Seilspannung, verringert aber auch die Hubgeschwindigkeit. Die Auswahl des Lastvielfaches muss die Anforderungen an die Hubgeschwindigkeit erfüllen und gleichzeitig sicherstellen, dass der Drahtseildurchmesser 1/20 des Trommeldurchmessers nicht überschreitet und der Seilsicherheitsfaktor mindestens 5 beträgt.
F: Wie verhalten sich DIN 15018 und FEM 1.001 zueinander?
A: DIN 15018 ist die allgemeine Konstruktionsnorm für Krane und legt die grundlegenden Methoden für Lastberechnung und Strukturüberprüfung fest. FEM 1.001 ist die spezifische Produktnorm für Hubwerke und definiert die konkreten Typparameter und Konfigurationsanforderungen; letztere basiert auf ersterer als konstruktive Grundlage.
