Stabilitätsanforderungen für Krane nach GB/T 36033-2018
DIN 15018 – „Krane – Stabilitätsanforderungen – Allgemeine Grundsätze“ ist die übergeordnete Norm für den Kippsicherheitsnachweis von Kranen. Sie legt die grundlegenden Anforderungen, Berechnungsgrundsätze, Lastfälle und Bewertungskriterien für die Stabilität aller Kranarten fest und entspricht ISO 12210-1:2005 (MOD). Sie gilt für die Stabilitätsbeurteilung und Designverifikation von Brücken-, Portal-, Turm-, Mobil- und Wippdrehkranen.
DIN 15018 ist die Rahmenvorschrift für Stabilitätsanforderungen an Krane und definiert die Berechnungsverfahren und Nachweisbedingungen für die Kippsicherheit aller Kranbauarten. Die Standsicherheit ist das zentrale Sicherheitskriterium der Gesamtkonstruktion und bestimmt unmittelbar die Kippfestigkeit des Krans unter Nennbedingungen sowie im Nichtarbeitszustand.
Grundprinzipien der Stabilitätsberechnung
DIN 15018 legt als Grundprinzip der Standsicherheitsberechnung das Gleichgewicht zwischen dem Kippmoment (MKipp) und dem Stabilisierungsmoment (MStab) unter allen einwirkenden Lasten fest. Als Stabilitätskriterium gilt: Das Verhältnis von Stabilisierungs- zu Kippmoment – der Stabilitätsbeiwert K – muss mindestens dem geforderten Sicherheitsfaktor entsprechen. Die Berechnungsformel lautet K = MStab / MKipp ≥ Kmin, wobei Kmin den Mindest-Stabilitätsbeiwert darstellt und je nach Lastfall zwischen 1,25 und 1,5 liegt. Das Stabilisierungsmoment ergibt sich aus dem Eigengewicht des Krans (einschließlich Gegengewicht und Zusatzballast) bezogen auf die Kippkante; das Kippmoment resultiert aus Hublast, Windlast, Trägheitslast und Neigungslast. Für die Berechnung ist der ungünstigste Kippzustand anzusetzen – also die maßgebende Lastkombination mit der ungünstigsten Kipprichtung. Die Norm unterscheidet zwei Kipparten: das Umkippen des gesamten Krans (Rotation um die Kippkante) und das lokale Instabilwerden (z. B. Abheben eines Stützbeins oder Knicken des Turmmasts). Bei Brücken- und Portalkranen ist sowohl die Kippstabilität in Kranfahrrichtung (entlang der Schiene) als auch quer zur Fahrbahn (senkrecht zur Schiene) nachzuweisen.
Lastfälle und Lastkombinationen
Die Norm definiert folgende Nachweislastfälle für die Stabilitätsprüfung: Lastfall I – Arbeitszustand ohne Wind (normaler Betrieb): Maßgebend sind Eigengewicht, Nennhublast und Trägheitslasten (vertikale Trägheitskraft aus Anfahren/Bremsen des Hubwerks, horizontale Trägheitskraft aus Anfahren/Bremsen des Fahrwerks). Mindest-Stabilitätsbeiwert Kmin = 1,5. Lastfall II – Arbeitszustand mit Wind (Betrieb bei Wind): Maßgebend sind Eigengewicht, Nennhublast, Trägheitslasten und Windlast (Betriebswinddruck 250 Pa entsprechend Windstärke 7 mit 20 m/s). Mindest-Stabilitätsbeiwert Kmin = 1,33. Lastfall III – Nichtarbeitszustand mit Wind (abgestellter Kran unter maximaler Windlast): Maßgebend sind Eigengewicht und Windlast im Nichtarbeitszustand (Binnenland: 800 Pa entsprechend 36 m/s; Küstenregion: 1.500 Pa entsprechend 50 m/s). Mindest-Stabilitätsbeiwert Kmin = 1,25. Lastfall IV – Montage-/Demontagezustand: Die Lasten richten sich nach dem Montagekonzept; Mindest-Stabilitätsbeiwert Kmin = 1,25. Zusätzlich gilt: Bei Kranen für den Transport von flüssigem Metall ist der Stabilitätsbeiwert in allen Lastfällen um 10 % zu erhöhen (Multiplikationsfaktor 1,1).
Bestimmung der Kippkante
Die Norm legt die Ermittlung der Kippkante für die einzelnen Kranbauarten detailliert fest: Brückenkran – Die Kippkante verläuft entlang der Berührungslinie zwischen Laufrad der Kranbrücke und Schiene. Bei einem vierrädrigen Brückenkran bildet die Radachse der abzuhebenden Seite die Kippkante (Verbindungslinie der beiden Laufräder derselben Seite). Da Brückenkrane in der Werkshalle durch die Schienen geführt werden, ist ein vollständiges Umkippen unter normalen Bedingungen ausgeschlossen – Untersuchungen zeigen jedoch, dass bei extremen Windlasten (z. B. infolge Halleneinsturz mit Schienenversatz) oder Erdbeben eine Kippgefahr bestehen kann. Der Hersteller muss dem Betreiber daher die Windstabilitätsdaten zur Verfügung stellen. Portalkran – Die Kippkante in Kranfahrrichtung ist die Verbindungslinie der Laufräder auf einer Portalrahmenseite; die seitliche Kippkante verläuft entlang der Verbindungslinie zwischen Laufsteggeländer des Hauptträgers und Stützbeinanschluss (Kipppunkt am Querträger oder Stützbeinunterkante). Bei im Freien aufgestellten Portalkranen ergeben sich aus der Windlast zwei Sicherheitsaspekte: die Kippsicherheit wird über den Stabilitätsbeiwert nachgewiesen, die Kippsicherung gegen Verschieben erfolgt über Schienenklemmen oder Verankerungseinrichtungen. Turmkran – Die Kippkante verläuft entlang der Kante des Betonfundaments bzw. der Verbindungslinie der Stützbeinunterkanten an der Turmmastbasis. Die Standsicherheit ist bei Turmkranen das zentrale Sicherheitskriterium der Konstruktion – aufgrund des hohen Schwerpunkts und der großen Windangriffsfläche zählen sie zu den kippgefährdetsten Kranbauarten. Kelude Schwerindustrie führt bei der Konstruktion von Brücken- und Portalkranen den Stabilitätsnachweis streng nach DIN 15018 durch.
Maßnahmen zur Kippsicherung
Die Norm empfiehlt folgende Maßnahmen zur Erhöhung der Kranstabilität: Erhöhung des Eigengewichts – Zusätzliches Gegengewicht am Kranunterbau oder an der Gegengewichtsposition erhöht das Stabilisierungsmoment. Bei Turmkranen ist die richtige Dimensionierung und Positionierung des Ballasts ein grundlegendes Mittel zur Gewährleistung der Standsicherheit. Reduzierung der Windangriffsfläche – Optimierung der Kranstruktur (strömungsgünstige oder offene Bauweise) verringert die einwirkende Windlast. Vergrößerung des Stützabstands – Bei Mobilkranen erhöht eine größere Spannweite der Stützbeine in Längs- und Querrichtung den seitlichen Stabilitätsbeiwert erheblich (eine Vergrößerung der Stützbasis um 10 % steigert den Stabilitätsbeiwert um ca. 15 %). Installation von Kippsicherungen – An beiden Seiten von Schienenkranen angebrachte Kipphaken (Entgleisungsschutz) verhindern ein Abheben der Laufräder von der Schiene selbst bei extremen Windlasten. Fundamentverstärkung – Abmessungen und Tiefe des Turmkranfundaments sind nach der Tragfähigkeit des Fundaments zu bemessen, um ein Umkippen des Fundaments unter Kippmoment auszuschließen. Hinweise für den täglichen Betrieb – Überlast ist streng zu vermeiden; abruptes Anfahren und scharfes Bremsen sind zu unterlassen (Trägheitslasten erhöhen das Kippmoment); nach Arbeitsende ist der Ausleger in Windrichtung zu drehen und die Drehbremse zu lösen (freies Drehen des Auslegers reduziert die Windlast); bei Sturmwarnung sind rechtzeitig Verankerungsmaßnahmen zu ergreifen.
| Betriebsbedingungen | Kmin | enthaltenLast | Nachweiszweck |
|---|---|---|---|
| Betrieb ohne Wind | 1.5 | Eigengewicht+Nenn-+Trägheit | Sicherheit im Normalbetrieb |
| Betrieb mit Wind | 1.33 | Eigengewicht+Nenn-+Trägheit+Windlast | Betrieb mit WindBetriebsbedingungenSicherheit im Normalbetrieb |
| Nichtarbeitszustand | 1.25 | Eigengewicht+extremWindlast | Widerstandsfähigkeit gegen maximalen Wind |
| Montage und Demontage | 1.25 | Eigengewicht+MontageLast | Sicherheit während der Montage |
Häufige Fragen zur Kippstabilität von Kranen
F: Was ist das Grundprinzip des Stabilitätsnachweises für Krane?
A: Das Grundprinzip der Kranstabilität ist das Momentengleichgewicht: Das Stabilisierungsmoment (erzeugt durch das Eigengewicht des Krans) muss größer sein als das Kippmoment (verursacht durch hängende Last und Windlast). Der Stabilitätsbeiwert K = Stabilisierungsmoment ÷ Kippmoment. Gemäß Norm gelten folgende Anforderungen: Im Arbeitszustand K ≥ 1,15, im Nichtarbeitszustand K ≥ 1,25 (berechnet mit der regionalen maximalen Windgeschwindigkeit). Bei Mobilkranen sind zusätzlich die Abstützbedingungen der Stützbeine und die Tragfähigkeit des Untergrunds zu berücksichtigen. Für den Stabilitätsnachweis ist die ungünstigste Lastkombination anzusetzen – maximale Tragfähigkeit + maximale Ausladung + Betriebswindlast.
F: Welche Faktoren beeinflussen die Kippsicherheit eines Krans?
A: Die wichtigsten Einflussfaktoren sind: 1) Eigengewicht und Schwerpunktlage des Krans – je größer das Eigengewicht und je tiefer der Schwerpunkt, desto stabiler; 2) Tragfähigkeit und Ausladung – größere Lasten und größere Ausladungen erhöhen das Kippmoment; 3) Windlast – der Winddruck steigt quadratisch mit der Windgeschwindigkeit, bei starkem Wind kann die Windlast 30 % bis 50 % des Kippmoments ausmachen; 4) Schienenneigung – sowohl Längs- als auch Querneigung der Schienen reduzieren das effektive Stabilisierungsmoment; 5) Tragfähigkeit des Fundaments – Setzungen oder Verformungen des Untergrunds können zur Neigung des Krans führen. Die Norm verlangt, dass diese Faktoren bei der Stabilitätsberechnung umfassend berücksichtigt werden.
F: Welche besonderen Anforderungen gelten für die Stabilität von Turmdrehkranen?
A: Aufgrund des hohen Schwerpunkts und der großen Windangriffsfläche gelten für Turmdrehkrane strengere Stabilitätsanforderungen: 1) Der Turmkran muss gemäß Betriebsanleitung mit Ballast und Gegengewicht ausgestattet sein – unzureichender Ballast ist die häufigste Ursache für das Umkippen von Turmdrehkranen; 2) Im Nichtarbeitszustand muss sich der Ausleger frei drehen können (Windfahnenstellung), um die Windlast zu reduzieren; 3) Bei schienengebundenen Turmdrehkranen muss das Schienenfundament die Tragfähigkeitsanforderungen erfüllen, die Ebenheit der Kranunterlage und die Schienenneigung dürfen ≤ 1/1000 betragen; 4) Bei abgespannten Turmdrehkranen müssen der Abstand der Verankerungsvorrichtungen und die Tragfähigkeit der Verankerungspunkte den Konstruktionsanforderungen entsprechen. Kelude liefert jeden Turmdrehkran ab Werk mit einem vollständigen Berechnungsbericht zur Stabilität.
F: Welche Warnsignale deuten auf unzureichende Kippstabilität hin?
A: Zu den Warnsignalen für unzureichende Stabilität gehören: 1) Auffällige Neigung der gesamten Maschine – nach dem Stillsetzen sind die Ebenheit des Fundaments und der Schienen zu prüfen; 2) Abheben der Laufräder (oder Stützbeine) vom Untergrund – ein direktes Anzeichen für eine kritisch unzureichende Stabilität; 3) Häufige Alarmmeldungen des Lastmomentbegrenzers – der Betriebszustand nähert sich der Stabilitätsgrenze oder hat sie bereits erreicht; 4) Deutlich zunehmendes Schwingen der gesamten Maschine bei starkem Wind – der Ausleger sollte umgehend in Windrichtung gedreht werden, um die Windlast zu reduzieren; 5) Deutliche Setzungen oder Risse im Schienenfundament – der Betrieb ist sofort einzustellen und das Fundament zu verstärken.
