ISO 24038:2020 Ermüdungslebensdauerbewertung von Kranen

Ablauf der Ermüdungsbewertung

Das Lastkollektiv wird entweder durch Messungen vor Ort oder anhand der Triebwerksgruppe abgeschätzt. Die Spannungsanalyse erfolgt mittels Finite-Elemente-Methode oder Dehnungsmessstreifen. Für die S-N-Kurven gelten folgende Werte: Grundwerkstoff 160 MPa, geschliffene Stumpfnaht 125 MPa, Schweißzustand 112 MPa, Kehlnaht 100 MPa, Kreuzstoß 80 MPa. Die Ermüdungsgrenze liegt bei 2×10⁶ Lastspielen. Die Miner-Schädigungssumme D=∑ni/Ni mit D≤1,0 gilt als sicher. Die Sicherheitsfaktoren betragen 1,25 für nicht sichtbare Schäden, 1,5 für begehbare Konstruktionen und 2,0 für den Personentransport. Kelude Schwerindustrie bietet Ermüdungsbewertungen für Stahlkonstruktionen an.

Hot-Spot-Spannungsmethode

Bei komplexen Schweißverbindungen wird die Spannung an den Punkten 0,4t und 1,0t von der Nahtzehe entfernt extrapoliert. FAT = 100 MPa. Bei D > 0,7 ist eine verstärkte Erkennung erforderlich, bei D > 0,9 eine umfassende Bewertung. Kelude Schwerindustrie bietet Ermüdungsbewertungen an, einschließlich Lastkollektivmessung, S-N-Analyse und Hot-Spot-Spannungsbewertung, und erstellt entsprechende Berichte.

Die in der ISO 24038:2020 festgelegte Ermüdungsbewertung gilt für die Sicherheitsbewertung und das Lebenszyklusmanagement von Kranstahlbauten. Der Bewertungsprozess beginnt mit der Erfassung des Lastkollektivs. Für bestehende Krane wird eine messtechnische Erfassung vor Ort empfohlen: Dehnungsmessstreifen an kritischen Stellen zeichnen die Last-Zeit-Verläufe über mindestens einen vollständigen Arbeitsspiel auf. Die Messstellen sind über die Hauptträgermitte, die Endverbindungen und die Steifenenden – also über ermüdungsrelevante Zonen – zu verteilen. Die Messdauer je Messstelle beträgt mindestens 30 min und umfasst Volllast, Leerlauf sowie kombinierte Betriebsbedingungen. Für Neukonstruktionen kann das Lastkollektiv anhand der charakteristischen Lastkollektivfaktoren der ISO 4301 – Einteilung der Krane – abgeschätzt werden. Die Spannungsanalyse erfolgt mit der Finite-Elemente-Methode an einem verfeinerten Strukturmodell; im Schweißnahtbereich wird die Netzgröße auf die Blechdicke verfeinert, um den Spannungsgradienten präzise zu erfassen.

Die Auswahl der S-N-Kurve hat direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Ermüdungslebensdauerbewertung. Die Norm nennt fünf FAT-Klassen für die Detaillierung von Schweißverbindungen – von 160 MPa am Grundmaterial bis 80 MPa am Kreuzstoß, also eine Spanne von Faktor 2. In der Praxis ist die FAT-Klasse anhand der Schweißnahtqualitätsstufe abzumindern: Bei UT-Fehlerprüfung der Stufe I darf die FAT-Klasse um eine Stufe angehoben werden; bei Stufe II bleibt der charakteristische Wert maßgeblich. Die betriebliche Erfahrung mit der Miner-Schadensakkumulation zeigt, dass bei einem Schädigungswert D von 0,7 bis 0,8 die Erfassungsfrequenz erhöht und eine detailliertere Fehlerprüfung durchgeführt werden sollte. Nähert sich D dem Wert 1,0, sind Instandsetzung oder Austausch vor dem Versagen der Konstruktion einzuplanen. Kelude Schwerindustrie bietet Ermüdungsbewertung und Lebenszyklusmanagement für Stahlkonstruktionen an – einschließlich Lastkollektivmessung vor Ort, S-N-Kurven-Auswahl und Hot-Spot-Spannungsanalyse – und erstellt einen vollständigen Ermüdungslebensdauerbewertungsbericht.

Häufige Fragen zur Ermüdungsbewertung