Ermüdungsfestigkeit von Kranschweißverbindungen nach GB/T 13331-2013

DIN 15018 – „Krane – Stahlbautragwerke“ ist die maßgebende Norm für die Konstruktion von Kran-Schweißkonstruktionen. Die Norm legt die Auswahl der Verbindungsarten, die Berechnungsverfahren für Schweißnähte sowie die konstruktiven Anforderungen an Schweißverbindungen im Kranstahlbau fest. Sie gilt für die Bemessung der tragenden Schweißkonstruktionen von Brücken-, Portalkranen, Turmdrehkranen, Fahrzeugkranen und Auslegerkranen.

DIN 15018 ist die spezifische Norm für Verbindungsarten von Schweißkonstruktionen im Kranbau. Sie regelt die Klassifizierung, Typisierung und Ermüdungsfestigkeitsberechnung von Schweißverbindungen.

DIN 15018 Kran-Schweißkonstruktion Norm


Normative Einordnung und konstruktive Anforderungen

DIN 15018 (hervorgegangen aus der nationalen Norm JB/T 13331-2013) ist die zentrale Norm für die Konstruktion von Schweißkonstruktionen im Kranbau. Die Norm legt folgende Grundsätze für die schweißgerechte Konstruktion von Kranstahlbauten fest: Schweißnähte sind in Bereichen geringerer Beanspruchung anzuordnen und Spannungskonzentrationen zu vermeiden. Die Abmessungen der Schweißnähte sind rechnerisch zu ermitteln; eine rein erfahrungsbasierte Vergrößerung der Kehlnahtdicke ist unzulässig, da überdimensionierte Nähte zu erhöhtem Schweißverzug und größeren Eigenspannungen führen. Beim Stumpfstoß unterschiedlicher Blechdicken ist die dickere Platte an der Schweißseite mit einer Neigung ≤ 1:2,5 abzuschrägen. Der Ermüdungsnachweis der Schweißnähte ist gemäß DIN 15018 zu führen. Die Konstruktion muss die Zugänglichkeit der Schweißnähte gewährleisten (Schweißbrenner und Bedienpersonal müssen die Nahtposition sicher erreichen können).

Schweißverbindungen: Typen und Auswahlkriterien

Die Norm definiert die Verbindungsarten für Schweißkonstruktionen im Kranbau: Stumpfstoß – eingesetzt für das Fügen von Gurtblech und Stegblech des Hauptträgers. Bei Blechdicken ≤ 8 mm wird eine I-Fuge verwendet, bei 8–20 mm eine V-Fuge (Fugenwinkel 60°), bei Dicken > 20 mm eine X-Fuge (Doppelseitiges Schweißen reduziert die Winkelverformung). T-Stoß – für die Verbindung von Stegblech und Flanschblech (Hauptnaht des Hauptträgers). Teilweise durchgeschweißte T-Stöße werden für leichte Arbeitsweise eingesetzt, vollständig durchgeschweißte T-Stöße sind für tragende Nähte ab der Klasse A5 erforderlich. Eckverbindung – für die Verbindung von Versteifungsblechen mit dem Stegblech. Überlappungsverbindung – für tragende Bauteile möglichst vermeiden, nur für nicht tragende Bauteile zulässig. Die Festigkeit der Stumpfnaht darf den Bemessungswert der Festigkeit des Grundwerkstoffs nicht unterschreiten. Die Kehlnahtdicke muss mindestens 4 mm betragen und darf das 1,2-fache der dünneren Blechdicke nicht überschreiten.

Stumpfstoß
I/V/X-Fuge je nach Blechdicke
T-Stoß
Teilweise/voll durchgeschweißt, voll für Klasse A5 und höher
Ermüdungsnachweis
Ermüdung der Schweißverbindung nach DIN 15018
Kehlnahtdicke
≥ 4 mm ≤ 1,2-fache dünnere Blechdicke
Spannungskonzentration
Nähte außerhalb hochbeanspruchter Zonen
Dickenübergang
Abschrägung ≤ 1:2,5

Berechnungsverfahren für Schweißnähte

Die Norm enthält die Berechnungsverfahren für verschiedene Nahtarten: Stumpfnaht – für axial zug- oder druckbeanspruchte Stumpfnähte gilt der Festigkeitsnachweis σ = F/A ≤ f_t bzw. f_c, wobei F die einwirkende Kraft, A der wirksame Nahtquerschnitt (Blechdicke × Nahtlänge, ohne Nahtüberhöhung), f_t und f_c die Bemessungswerte der Zug- bzw. Druckfestigkeit der Naht sind. Kehlnaht am T-Stoß – für schubbeanspruchte Kehlnähte gilt τ = F/(h_e × l_w) ≤ f_v, wobei h_e die wirksame Kehlnahtdicke (= 0,7 h_f, h_f = Kehlnahtdicke), l_w die berechnete Nahtlänge (tatsächliche Länge abzüglich 2 × h_f) und f_v der Bemessungswert der Schubfestigkeit der Kehlnaht ist. Darüber hinaus enthält die Norm Formeln für den Festigkeitsnachweis von Schweißnähten unter komplexer Beanspruchung (Biegung + Schub + Axialkraft) sowie das Verfahren für den Ermüdungsfestigkeitsnachweis (zulässige Spannungsamplitude in Abhängigkeit von der Anzahl der Spannungsspiele).


Vergleichstabelle der Schweißverbindungstypen

Die folgende Vergleichstabelle fasst die zentralen Parameter und Konfigurationen der Schweißverbindungstypen zusammen und dient als Referenz für Konstruktion und Auswahl.

Kelude Industrieausrüstung: Maßgeschneiderte Hebelösungen für die DACH-Region

Die Kelude Industrieausrüstung hat sich auf die Entwicklung und Fertigung von Industriekränen und Hebetechnik spezialisiert. Als erfahrener Hersteller bieten wir maßgeschneiderte Lösungen für anspruchsvolle Anwendungen in der Fertigungs-, Logistik- und Prozessindustrie. Unser Portfolio umfasst eine breite Palette an Krananlagen, die nach den höchsten Standards der Branche konstruiert und gefertigt werden.

Individuelle Krananlagen für höchste Anforderungen

Unsere Krananlagen zeichnen sich durch robuste Bauweise, hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer aus. Wir verstehen, dass jede Anwendung einzigartige Anforderungen stellt. Deshalb entwickeln wir maßgeschneiderte Lösungen, die exakt auf Ihre betrieblichen Abläufe abgestimmt sind. Von der Einzelanfertigung bis zur Serienproduktion – wir realisieren Ihr Projekt mit technischer Präzision und termingerechter Lieferung.

LeistungsmerkmalVorteil für Ihren Betrieb
Individuelle AuslegungOptimale Anpassung an Ihre Lasten und Arbeitsbereiche
Robuste StahlbauweiseHohe Stabilität und Verschleißfestigkeit im Dauerbetrieb
Präzise SteuerungstechnikFeinfühliges Positionieren für effiziente Arbeitsabläufe
Wartungsfreundliche KonstruktionReduzierte Stillstandzeiten und niedrige Betriebskosten

Ingenieurleistung und Projektabwicklung aus einer Hand

Als mittelständisches Unternehmen mit langjähriger Branchenerfahrung begleiten wir Sie von der ersten Konzeptidee bis zur schlüsselfertigen Übergabe. Unser Ingenieurteam erstellt detaillierte Lastenhefte, führt Machbarkeitsstudien durch und unterstützt Sie bei der Einhaltung relevanter Normen und Richtlinien. Die Einhaltung von DIN 15018 (Krane; Stahltragwerke) und EN 13000 (Fahrzeugkrane) ist für uns selbstverständlich. Wir arbeiten eng mit den zuständigen Prüforganisationen zusammen, um eine reibungslose Abnahme Ihrer Anlage zu gewährleisten.

Unser Leistungsspektrum umfasst die komplette Projektierung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme. Auch für Modernisierungen und Erweiterungen bestehender Anlagen sind wir der kompetente Partner. Mit unserem eigenen Serviceteam gewährleisten wir eine schnelle und unkomplizierte Unterstützung vor Ort – auch nach der Gewährleistungszeit.

Qualitätssicherung und Prüfverfahren nach internationalem Standard

Die Qualität unserer Produkte wird durch ein umfassendes Qualitätsmanagement sichergestellt. Wir fertigen nach den Anforderungen internationaler Normen, darunter ISO 4306 (Krane – Vokabular) und ISO 4301 (Krane – Einteilung). Unsere elektrischen Ausrüstungen entsprechen der EN 60204-32 (Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstungen von Kranen). Jede Krananlage durchläuft vor der Auslieferung eine strenge Funktions- und Lastprüfung. Die Dokumentation erfolgt normgerecht und wird Ihnen vollständig übergeben.

Durch die Anwendung der EN 13000 und weiterer relevanter Vorschriften stellen wir sicher, dass Ihre Anlage den aktuellen Sicherheitsanforderungen entspricht. Auf Wunsch führen wir auch wiederkehrende Prüfungen gemäß Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) durch und unterstützen Sie bei der Erstellung von Gefährdungsbeurteilungen.

Referenzprojekte und Einsatzgebiete

Unsere Krane sind in zahlreichen Branchen im Einsatz, darunter Maschinenbau, Automobilindustrie, Metallverarbeitung, Papierindustrie sowie in Lager- und Logistikzentren. Die folgenden Beispiele zeigen die Bandbreite unserer Lösungen:

BrancheTypische AnwendungBesonderheiten
MaschinenbauMontage schwerer BaugruppenHohe Positioniergenauigkeit, feinfühlige Steuerung
LogistikWarenumschlag im WareneingangSchnelle Hub- und Senkgeschwindigkeiten
MetallverarbeitungHandling von Blechen und WerkstückenHitzebeständige Ausführung, robuste Mechanik
PapierindustrieRollen- und LastenhandlingExplosionsgeschützte Varianten möglich

Ein aktuelles Projekt umfasste die Lieferung eines Zweiträger-Brückenkrans mit einer Tragfähigkeit von 32 t und einer Spannweite von 28,5 m für ein Unternehmen der Schwermaschinenbranche. Die Anlage wurde mit einer frequenzgeregelten Steuerung und einer modernen Lastaufnahme ausgestattet. Die Inbetriebnahme erfolgte innerhalb von nur fünf Tagen, die Abnahme durch den Sachverständigen verlief ohne Beanstandungen.

Service und Ersatzteilversorgung für maximale Verfügbarkeit

Ein zuverlässiger After-Sales-Service ist entscheidend für die Verfügbarkeit Ihrer Krananlage. Unser Serviceteam steht Ihnen mit Wartungsverträgen, Inspektionen und schneller Störungsbehebung zur Seite. Wir führen ein umfangreiches Lager an Original-Ersatzteilen, sodass wir im Bedarfsfall schnell reagieren können. Auch die Nachrüstung von Sicherheitskomponenten wie Lastbegrenzern oder Kollisionsschutzsystemen übernehmen wir fachgerecht.

Durch regelmäßige Wartung und vorbeugende Instandhaltung erhöhen Sie die Lebensdauer Ihrer Anlage und minimieren Ausfallzeiten. Unsere Techniker sind regelmäßig geschult und auf dem neuesten Stand der Technik. Kontaktieren Sie uns für ein individuelles Serviceangebot – wir beraten Sie gerne.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F:
Welche Tragfähigkeiten sind bei Ihren Brückenkranen möglich?A: Wir fertigen Brückenkrane in Einzel- und Zweiträgerbauweise mit Tragfähigkeiten von 1 t bis über 100 t. Die genaue Auslegung hängt von Ihren Lasten, der Spannweite und der Einsatzhäufigkeit ab. Gerne erstellen wir eine technische Spezifikation für Ihre Anwendung.

F:
Bieten Sie auch kundenspezifische Sonderlösungen an?A: Ja, ein wesentlicher Teil unseres Geschäfts sind Sonderanfertigungen. Ob besondere Abmessungen, spezielle Hubhöhen oder der Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen – wir entwickeln eine Lösung, die exakt zu Ihren Anforderungen passt. Sprechen Sie uns an, wir prüfen die Machbarkeit.

F:
Wie lange beträgt die Lieferzeit für einen Standardkran?A: Für standardisierte Krane liegen die Lieferzeiten in der Regel zwischen 8 und 12 Wochen nach Auftragsbestätigung. Bei Sonderkonstruktionen kann die Lieferzeit je nach Komplexität variieren. Eine verbindliche Terminplanung erhalten Sie nach der technischen Klärung.

F:
Übernehmen Sie die Montage und Inbetriebnahme vor Ort?A: Ja, unsere eigenen Montageteams führen die Installation und Inbetriebnahme fachgerecht durch. Wir koordinieren alle notwendigen Schritte, inklusive der Abnahme durch den Sachverständigen. Auf Wunsch schulen wir auch Ihr Bedienpersonal vor Ort.

F:
Welche Normen liegen Ihren Kranen zugrunde?A: Unsere Krane werden nach den einschlägigen europäischen und internationalen Normen konstruiert und gefertigt. Dazu gehören unter anderem DIN 15018, EN 13000, ISO 4306 und EN 60204-32. Die Einhaltung dieser Normen gewährleistet ein hohes Maß an Sicherheit und Qualität.

F:
Bieten Sie Wartungsverträge an?A: Ja, wir bieten flexible Wartungsverträge an, die auf Ihre betrieblichen Anforderungen zugeschnitten sind. Diese umfassen regelmäßige Inspektionen, Wartungsarbeiten und die Priorisierung bei Störungen. So stellen wir sicher, dass Ihre Anlage stets betriebsbereit ist.

Kontaktieren Sie uns für ein unverbindliches Angebot

A: Sie haben ein konkretes Projekt oder benötigen eine technische Beratung? Unser Vertriebsteam steht Ihnen gerne zur Verfügung. Fordern Sie ein unverbindliches Angebot an oder vereinbaren Sie einen Besichtigungstermin. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.


Kelude Industrieausrüstung
Tel.: +49 (0) 123 4567890E-Mail: info@kelude-industrie.de

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VerbindungTypEinsatzbereichFugeTypprüfungErmüdungsklasse
StoßverbindungFlanschblechVerbindungX Typ/V TypF1-F2
TFormVerbindungFlanschundStegblechK Typ/Halb-V TypF2-F3
EckverbindungVersteifungsblechAnschlusseinseitigV TypF3-F4
ÜberlappungsverbindungNebentragwerkohneFugeF4

Häufige Fragen

F: Worin unterscheidet sich der Ermüdungsnachweis von Schweißkonstruktionen vom statischen Festigkeitsnachweis bei Kranen?
A: Der statische Festigkeitsnachweis prüft lediglich, ob die Schweißnaht einer einmaligen maximalen Last standhält (Sicherheitsfaktormethode). Der Ermüdungsnachweis hingegen untersucht, ob die Schweißnaht unter wiederholt wechselnden Lasten bereits bei Spannungsniveaus versagt, die deutlich unterhalb der statischen Festigkeitsgrenze liegen. Der Ermüdungsnachweis ist bei Kranen von entscheidender Bedeutung, da Krane wechselnden Belastungen ausgesetzt sind – jeder Anschlagvorgang stellt ein Spannungsspiel dar. Spannungskonzentrationen an der Schweißnaht reduzieren die Ermüdungslebensdauer erheblich; die praktische Erfahrung zeigt, dass über 90 % der Versagensfälle an Kranstrukturen auf Ermüdungsrisse zurückzuführen sind. Vorgehensweise beim Ermüdungsnachweis: Anhand der Triebwerksgruppe des Krans (A1–A8) wird die Anzahl der Spannungsspiele N bestimmt. Gemäß Norm GB/T 3811 wird die Ermüdungsklasse der Schweißverbindung festgelegt (z. B. FAT80, FAT100), daraus wird die zulässige Ermüdungsspannungsamplitude ΔσR berechnet, und es ist sicherzustellen, dass die tatsächliche Spannungsamplitude Δσ ≤ ΔσR ist.
F: Ist die T-Verbindung zwischen Stegblech und Flanschblech des Hauptträgers durchgeschweißt oder teilweise durchgeschweißt? Wie wird sie gewählt?
A: Die Wahl hängt von der Triebwerksgruppe des Krans ab. Bei Kränen der Triebwerksgruppen A1 bis A4 (leichte und mittelleichte Ausführung) darf die T-Verbindung zwischen Stegblech und Flanschblech als teilweise durchgeschweißte Kehlnaht ausgeführt werden (Schweißnahtdicke ≥ 0,7-fache Stegblechdicke). Bei Kränen ab Triebwerksgruppe A5 (mittlere, schwere und besonders schwere Ausführung) ist eine vollständig durchgeschweißte T-Verbindung erforderlich (K-Naht oder J-Naht, beidseitig geschweißt, um eine vollständige Durchschweißung zu gewährleisten). Die Dauerfestigkeit einer durchgeschweißten Verbindung ist etwa 2- bis 3-mal höher als die einer teilweise durchgeschweißten Verbindung. Bei Metallurgiekränen zum Heben und Transportieren von flüssigem Metall ist unabhängig von der Triebwerksgruppe immer eine vollständig durchgeschweißte T-Verbindung vorgeschrieben. Bei teilweise durchgeschweißten Verbindungen bildet der unverschweißte Bereich an der Schweißnahtwurzel einen natürlichen rissartigen Kerb, der sich unter zyklischer Last leicht zu einem durchgehenden Riss ausbreiten kann.
F: Warum sind Kreuzstoß-Schweißnähte in Schweißkonstruktionen zu vermeiden?
A: Als „Kreuzstoß-Schweißnaht“ bezeichnet man zwei Schweißnähte, die sich in einer Ebene rechtwinklig kreuzen oder in unterschiedlichen Ebenen im Raum überschneiden – beispielsweise wenn die Vertikalnaht eines Versteifungsblechs die Längsnaht des Stegblechs am Hauptträger in einem Querschnitt kreuzt. Im Bereich der Nahtkreuzung treten drei Probleme auf: 1) Die Eigenspannungen der drei Schweißnähte überlagern sich am Kreuzungspunkt und erzeugen ein extrem hohes mehrachsiges Eigenspannungsfeld; 2) Das Gefüge an der Nahtkreuzung verschlechtert sich, da sich die Wärmeeinflusszonen durch wiederholte Erwärmung überlappen; 3) Am Kreuzungspunkt entsteht eine scharfe geometrische Kerbe mit einem Spannungskonzentrationskoeffizienten von 5 bis 8. Aufgrund dieser drei Faktoren sind Kreuzstoß-Schweißnähte die typischste Quelle für Ermüdungsrisse in Kranstrukturen. Bei der Konstruktion sind Nahtkreuzungen zu vermeiden; die Schweißnaht des Versteifungsblechs ist mindestens 50 mm vor der Hauptträgernaht zu beenden.
F: Warum muss bei einer Stoßverbindung dicker Bleche die dickere Seite abgeschrägt werden?
A: Beim Stoß zweier Stahlbleche unterschiedlicher Dicke – etwa beim Stumpfstoß von Gurtblechen des Hauptträgers – wird die Spannung unter Last vom dickeren auf das dünnere Blech übertragen. Ohne einen abgeschrägten Übergang entsteht an der Dickenänderung eine ausgeprägte Spannungskonzentration (der Spannungskonzentrationskoeffizient kann Werte von 3 bis 5 erreichen). Die spezifischen Anforderungen an die Abschrägung: Die dickere Seite wird mit einer Neigung von ≤ 1:2,5 auf die Dicke des dünneren Blechs abgeschrägt (d. h. je 2,5 mm Länge wird 1 mm Dicke abgetragen) und anschließend als Stoßverbindung geschweißt. Nach dem Abschrägen weisen beide Bleche auf beiden Seiten der Schweißnaht die gleiche Dicke auf, der Spannungsfluss erfolgt gleichmäßig und der Spannungskonzentrationskoeffizient wird auf unter 1,2 begrenzt. Diese Anforderung gilt für Stoßverbindungen mit einem Dickenunterschied von ≥ 4 mm.

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