Krananlagen: Sicherer Tandemhub / Mehrkranbetrieb
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Sicherer Tandemhub und Mehrkranbetrieb: Präzision, Koordination und Risikokontrolle
Ein sicherer Tandemhub und Mehrkranbetrieb erfordert präzise Koordination, fortschrittliche Kommunikationssysteme und die konsequente Einhaltung von Sicherheitsprotokollen. Die Synchronisation der Krane gewährleistet eine gleichmäßige Lastverteilung, verhindert Überlastungen und reduziert strukturelle Spannungen. Kranführer und Aufsichtsführende müssen standardisierte Abläufe, Risikobewertungen vor dem Hub und eine kontinuierliche Überwachung befolgen, um einen sicheren und effizienten Umgang mit schweren oder übergroßen Lasten sicherzustellen. Die Einhaltung von DGUV, DIN EN 13001 und BetrSichV bildet die Grundlage für einen zuverlässigen und sicheren Mehrkranbetrieb im Facility Management.
Koordiniertes Heben mit mehreren Kranen
- Kapazitätsgrenzen Analyse
- Synchronisationsarten Vergleich
- Notstopp-Redundanztechnik
- Lasttraversen-Auslegung
- Lastmess-Technik
- Tandem Lift Comparison
Tragfähigkeitsreduzierung und Kapazitätswahl
Der Tandemhub – das koordinierte Heben einer Last mit zwei (oder mehr) unabhängigen Hubwerken/Kranen – erfordert eine systematische Reduktion der nominellen Tragfähigkeit gegenüber dem Einzellastfall. Ursache sind verteilungs- und dynamikbedingte Unsicherheiten: unterschiedliche Nachgiebigkeiten der Lastwege, Fertigungs- und Montagetoleranzen (Seil- und Kettenlängen, Hakenhöhen), Reaktionszeiten der Antriebe, Schwingungsanregungen sowie geometrische Exzentrizitäten. Aus sicherheitstechnischer Sicht wird daher nicht die arithmetische Summe der Tragfähigkeiten zur Auslegung angesetzt, sondern eine abgeleitete Tandem-Tragfähigkeit, die durch Reduktionsfaktoren begrenzt wird.
Ein praxisbewährtes Vorgehen ist, die zulässige Tandemlast Wzul wie folgt festzulegen:
Ermittlung der kleineren Einzeltragfähigkeit W1, W2 unter Berücksichtigung sämtlicher einschränkender Betriebszustände (Hubhöhe, Auslegerstellung, ggf. Fahrwerksposition, Temperatur).
Festlegung eines Verteilungsfaktors φV ≥ 1, der die maximal zu erwartende Lastasymmetrie abbildet. φV resultiert aus Steifigkeitsdifferenzen und Höhenabweichungen; konservativ kann φV zwischen 1,1 und 1,3 angenommen werden, sofern keine aktive Lastverteilung vorhanden ist. Bei geregelter Synchronisation mit Lastausgleich können Werte bis 1,05 erreicht werden.
Berücksichtigung eines dynamischen Faktors ψdyn ≥ 1 nach EN 13001/FEM, abhängig von Hubgeschwindigkeit, Anfahr- und Bremsrampen sowie Lastanschlagmittel. Für reduzierte Tandemgeschwindigkeit sind ψdyn typischerweise 1,05–1,2.
Festlegung eines organisationsbedingten Reduktionsfaktors ρorg ≤ 1 (z. B. 0,7–0,85), der betriebliche Restunsicherheiten (Kommunikation, Sicht, Umgebungsbedingungen) abbildet.
Tragfähigkeitsreduzierung und Kapazitätswahl
Die zulässige Tandemlast kann dann konservativ zu Wzul = ρorg · (W1 + W2)/φV/ψdyn festgelegt werden, wobei zusätzlich die maximale Einzelpfadbelastung einzuhalten ist. In vielen Betrieben werden Richtwerte von 70–80 % der addierten Einzeltragfähigkeiten als Obergrenze verbindlich gemacht, es sei denn, eine gekoppelte Steuerung mit nachgewiesenem Lastausgleich und validierter funktionaler Sicherheit erlaubt höhere Ausnutzungen.
Die Kapazitätswahl der Hubwerke folgt dem ungünstigsten Lastpfad: Jedes Hubwerk ist so zu dimensionieren, dass es die im Störfall maximal mögliche Teillast sicher halten kann (z. B. Ausfall des Partnerhubwerks oder kurzzeitiger Lastversatz). Eine Bemessung, bei der jeder Antrieb mindestens 60–70 % der nominalen Tandemlast allein halten kann, erhöht die Fehlertoleranz. Ferner ist die Beanspruchungsklasse (z. B. FEM 1Am/2m) nach Lastkollektiv, Taktzahl und Betriebsdauer zu wählen, wobei Tandemhübe wegen reduzierter Geschwindigkeiten und erhöhter Sorgfaltsanforderungen zwar weniger Zyklen, aber erhöhte Konsequenzen bei Fehlfunktionen aufweisen. Daraus folgt eine Priorisierung höherer Sicherheitsintegritätsniveaus in der Steuerung (z. B. PL d/e nach EN ISO 13849-1 oder SIL 2 nach EN 62061) gegenüber reiner mechanischer Überdimensionierung.
Bei der Seil-/Kettenauswahl ist auf ausreichende Zähigkeit, Korrosionsschutz und Ermüdungsfestigkeit zu achten; Seilflotten und Kettenstränge sind in Tandemkonfiguration so auszuführen, dass Längenabgleiche feinjustierbar sind (Höhenausgleich um wenige Millimeter). Grenzen der Seilflottenwinkel und Umlenkgeometrien sind nach EN 14492-2 zu berücksichtigen, um zusätzliche Querkräfte zu minimieren.
Die Synchronisation ist das zentrale technische Element des Tandemhubs. Grundsätzlich sind zwei Betriebsarten zu unterscheiden:
Manuelle Koordination: Zwei getrennte Bedienpersonen (oder eine Person mit zwei Bedienelementen) heben koordiniert. Diese Form setzt eine strenge Prozedur, klare Kommunikationskanäle und eine signifikante Reduktion der Hub- und Fahrgeschwindigkeit voraus (typisch ≤ 25–40 % der Nennwerte). Die Steuerung überwacht lediglich Grenzwerte (Überlast, Endschalter), ohne aktiv zu synchronisieren. Die Abweichung der Hakenhöhen ist ständig visuell zu kontrollieren; es gelten konservative Reduktionsfaktoren.
Gekoppelte Steuerung (elektronisch synchronisiert): Beide Hubwerke sind steuerungstechnisch verbunden (Master-Master oder Master-Slave) und folgen einem gemeinsamen Sollwert. Positionsrückführung über Inkremental-/Absolutgeber an Trommel/Kettenrad, ergänzt durch Lastsensorik, ermöglicht eine geschlossene Regelung. Zulässige Differenzhöhen (z. B. ≤ 10–20 mm) sowie Differenzkräfte (z. B. ≤ 10 % der Gesamtnennlast) werden überwacht. Der Regelungsentwurf berücksichtigt unterschiedliche Steifigkeiten über kraftbasierte Korrekturanteile; Rampen mit begrenztem Ruck (S-Kurve) minimieren Pendel- und Schwingungserregung.
Technische Kernfunktionen der gekoppelten Steuerung:
Positionssynchronisation: Vergleich der Hakenwege; automatische Korrektur durch differenzielle Drehzahlanpassung der Frequenzumrichter.
Lastverteilung: Verwendung von Lastmesswerten (z. B. Lastbolzen im Hakenblock) zur iterativen Ausbalancierung, insbesondere beim Anheben von Lasten mit variablem Schwerpunkt.
Schutzfunktionen: Überwachung von Schlaffseil, Über-/Unterlast, unsymmetrischer Lastverteilung; automatische Reduktion der Geschwindigkeit oder Stopp bei Grenzwertüberschreitung.
Fehlertoleranz: Übergang auf sicheren Stillstand (SS1 → STO) bei Sensorfehlern; definierte Rückfallebene auf manuellem Betrieb nur nach Freigabe.
Hinweis:
Auch im Synchronbetrieb sind reduzierte Geschwindigkeiten vorgesehen, um Dynamikfaktoren zu senken und Reaktionszeitreserven zu schaffen. Bewährt haben sich abgestufte Geschwindigkeitsprofile: Vgroß ≤ 40 %, Vfein ≤ 10–15 % der Nennhubgeschwindigkeit; bei Differenzhöhenkorrektur automatisch Umschaltung auf Vfein. Zusätzlich hilft eine softwareseitige „Pre-Lift“-Funktion: Beide Antriebe spannen das Anschlagmittel bis zu einer definierten Vorlast (z. B. 2–5 % WLL), synchronisieren Kräfte und Wege und erst dann wird der eigentliche Hub freigegeben.
Sicherheitstechnisch sind Not-Stopp und Not-Absenkung getrennt zu konzipieren
Not-Stopp: Gemäß EN 60204-1 und EN 60204-32 werden Not-Halt-Funktionen vorzugsweise als kontrollierter Stopp Kategorie 1 (SS1) ausgeführt, gefolgt von sicherem Drehmoment-Aus (STO) der Umrichter. Die Not-Halt-Kreise sind zweikanalig, zwangsöffnend und überwacht (PL e/ Kat. 4 oder PL d/ Kat. 3 je nach Risikobeurteilung). Für Hubwerke sind doppelte Haltebremsen oder eine Kombination aus Motorbremse und Lastdruckbremse zweckmäßig, um das Halten der Last auch bei Einzelversagen sicherzustellen. Redundante Endschalter (Arbeits- und Notendschalter) mit getrennter Wirkung verhindern Überhub.
Not-Absenkung: Für den Spannungs- oder Steuerungsausfall ist ein Konzept zum definierten Absenken der Last notwendig, sofern betriebliche Risiken dies erfordern (z. B. in Prozessanlagen). Möglichkeiten:
Elektrische Hubwerke: Manuelle, dosierbare Bremslüftung in Kombination mit geregeltem Generatorbetrieb oder Widerstandslast, gespeist aus einer USV/Notstromversorgung für den Umrichter. Alternativ eine mechanische Rettungseinrichtung mit Fliehkraftbremse für kontrolliertes Herablassen bei Handbedienung.
Hydraulische Systeme: Redundante Senkbrems- und Lasthalteventile (z. B. doppelt ausgeführte Sitzventile), manuell betätigbare Notablassfunktion mit Drossel zur Geschwindigkeitsbegrenzung, Druckspeicher zur kontrollierten Ventilbetätigung bei Stromausfall.
Not-Absenkungen sind nur im sicheren Bereich und unter Aufsicht auszuführen
Die Steuerung erzwingt reduzierte Geschwindigkeit, Warntöne/Lichtsignale und ggf. zonenweise Freigaben. Ein dokumentierter Rettungsplan, regelmäßige Funktionsprüfungen und Trainings sind obligatorisch. Die Bewertung der Sicherheitsfunktionen (SIL/PL) schließt Sensoren (Weg, Last), Aktoren (Bremsen, Ventile) und die Logik (SPS/Sicherheitssteuerung) ein; Diagnosedeckungsgrade und mittlere Ausfallzeiten sind im Sicherheitsnachweis zu belegen.
Auslegung von Lasttraversen und Verteilern (Winkelbegrenzung, Gurt-/Kettenmaße)
Lasttraversen/Spreader übernehmen die Lastverteilung zwischen den Hubpunkten, reduzieren Anschlagwinkel und schützen empfindliche Güter. Ihre Auslegung folgt den Grenzzustandsnachweisen der Tragstruktur (z. B. Eurocode/EN 1993 für Stahl) unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen aus EN 13155 (Lastaufnahmemittel).
Wesentliche Konstruktions- und Bemessungsprinzipien:
Tragwerk: Nachweis von Biegung, Schub und Stabilität (u. a. Biegedrillknicken bei schlanken Trägern). Für einen symmetrisch belasteten Einfeldträger mit zwei unteren Anschlagpunkten resultiert näherungsweise das maximale Biegemoment Mmax ≈ W · L/4 (W: Gesamtlast, L: Abstand der unteren Anschlagpunkte). Durchbiegungsgrenzen dienen der Funktionserhaltung (typisch L/600 bis L/800).
Anschlagpunkte: Auswahl von Ösen/Laschen/Shackles nach EN 13889 und konstruktiver Ausführung mit ausreichendem Lochrandabstand, Schweißnahtbemessung und Lastverteilblechen zur Kerbspannungsminimierung. Drehbare Aufhängungen vermindern Torsionsbeanspruchung.
Winkelbegrenzung: Der Anschlagwinkel hat großen Einfluss auf die Strangkräfte. Für einen zweisträngigen Anschlag mit Winkel θ zur Vertikalen gilt Strangkraft T ≈ W/(2 · cos θ). Mit zunehmendem Winkel zur Vertikalen steigt T stark an. Es ist anzustreben, θ ≤ 45° (entspricht ≤ 90° Gesamtwinkel zwischen den Strängen) zu halten; oberhalb von 60° sind viele Anschlagmittel nicht mehr in Nennlast nutzbar. Anpassbare Traversenlängen helfen, günstige Winkel zu erreichen.
Anschlagmittel: Auswahl nach Normen (Ketten EN 818, textile Hebebänder EN 1492, Drahtseile EN 13414). Tragfähigkeitsangaben (WLL) gelten je nach Anschlagart (direkt, Schnürgang, Endlos) und Winkelklasse. Reduktionsfaktoren für Choke/Schlingenanschlag sind zu berücksichtigen. Für Ketten der Güteklasse 8/10 sind Sicherheitsbeiwerte und Prüfprotokolle einzuhalten; textile Bänder weisen höhere Sicherheitsbeiwerte auf, reagieren jedoch empfindlicher auf Kanten.
D/d- und Biegeradien: Drahtseile und textile Anschlagmittel benötigen Mindestbiegeradien (D/d), um Dauerfestigkeit sicherzustellen. Umlenkungen über zu kleine Schäkelbolzen oder Hakenmaulweiten sind zu vermeiden; ggf. Einlagen/Schutzrollen vorsehen.
Lastverteilung: Federnde oder pendelnde Aufhängungen (Equalizer) in der Traverse können Lastspitzen kompensieren. Bei asymmetrischen Lasten sind verstellbare Anschlagpunkte (Langlöcher, Lochbilder) und integrierte Lastmessbolzen sinnvoll.
Zusatzfunktionen: Rutschhemmende Auflagen, Kanten- und Schwerpunktmarkierungen, Aufnahme für Führungsseile/Taglines und definierte Anschlagpunkte für Transport/Absetzen.
Hinweis:
Die Herstellung erfordert qualifizierte Schweißverfahren (z. B. EN ISO 3834), zerstörungsfreie Prüfungen in kritischen Zonen und die Kennzeichnung mit WLL, Eigengewicht, Schwerpunkt und Seriennummer. Prüfungen vor Inbetriebnahme und wiederkehrend erfolgen nach einschlägigen Vorschriften; eine Betriebsanleitung mit zulässigen Anschlagwinkeln und Konfigurationen ist mitzuliefern.
Integration von Lastmessung und Lastanzeigern
Eine zuverlässige Lastmesstechnik ist für den Tandemhub doppelt relevant: Sie schützt vor Überlast und dient als Regelinformation zur Lastverteilung.
Verfügbare Messprinzipien und Einbauorte:
Lastmessbolzen im Hakenblock oder Schäkel: Direkte Scherkraftmessung, gute Genauigkeit, robuste Integration. Ideal für Traversenköpfe und Absetzpunkte.
Laufseilkraftaufnehmer (Running Line Tensiometer) oder Umschlingungssensoren: Nachrüstbar ohne Eingriff in Struktur, jedoch abhängig vom Reibungskoeffizienten und Seilzustand.
Drehmomentbasierte Schätzung im Antrieb (Motorstrom/Flussmodell): Geringer Hardwareaufwand, aber temperatur- und reibungsabhängig; für Überwachungszwecke geeignet, für Regelung nur in Kombination mit Kalibrierung.
Wägezellen unter der Traverse: Hohe Genauigkeit, geeignet für definierte Kontaktflächen; mechanische Einbauhöhe zu beachten.
Systemintegration:
Signalverarbeitung über sichere Bussysteme (z. B. PROFIsafe, CIP Safety) an eine Sicherheitssteuerung. Bildung der Gesamtlast und Teillasten je Hubweg; Plausibilitätsprüfungen (Summenbildung, Vergleich zu Motormoment).
Grenzwertlogik: Vorwarnschwellen (z. B. 90 % Wzul), Abschaltschwellen (100 % Wzul), asymmetrieabhängige Grenzwerte (z. B. ΔF/Fges ≤ 10 %). In der gekoppelten Steuerung wird die Differenzlast für eine aktive Lastausgleichsregelung genutzt.
Anzeige/HMI: Gut sichtbare Lastanzeigen an beiden Hubwerken und zentral; Darstellung von Einzel- und Gesamtlaste, Differenzhöhe, Betriebsart (Tandem/Einzel), Warnmeldungen. Akustische/optische Signale bei Grenzwertannäherung.
Kalibrierung und Rückführbarkeit: Dokumentierte Kalibrierverfahren mit Prüfgewichten oder Vergleichsmessung, regelmäßige Rekalibrierung nach Gebrauchsdauer oder Ereignissen (Stoß, Austausch). Messunsicherheiten sind in die Festlegung der Grenzwerte einzurechnen.
Funktionale Sicherheit: Die Überlastabschaltung ist als sicherheitsgerichtete Funktion auszulegen (PL d/e oder SIL 2), einschließlich Diagnose der Sensorik (z. B. redundante Messpfade oder Testimpulse).
Hinweis:
Datenaufzeichnung (Logger) für Lastverläufe, Lastkollektive und Ereignisse unterstützt die Restlebensdauerbewertung (z. B. seil-/kettenbezogene Ermüdung) und die Auditierbarkeit von Tandemhüben. Schnittstellen zur Leit- oder Betriebsdatenerfassung ermöglichen eine digitale Dokumentation.
Zusammenfassend verlangt die technische Planung des Tandemhubs ein Zusammenspiel aus konservativer Kapazitätsfestlegung, zielgerichteter Synchronisationsstrategie mit reduzierten Geschwindigkeiten, hochverfügbaren Sicherheitsfunktionen für Not-Stopp und Not-Absenkung, einer normgerechten Auslegung der Lastverteilmittel sowie einer integrierten, funktionssicheren Lastmesstechnik. Erst das abgestimmte Gesamtsystem – validiert durch Prüfungen, Prozeduren und Schulung – liefert die erforderliche Betriebssicherheit und Prozessqualität im Tandemhub.
Vergleich Tandemhub vs. Einzellift: Referenzszenario
Zur Illustration dient ein typischer Schwerguthub im urbanen Umfeld (Last ~180–220 t, begrenzter Platz), mit folgenden Bandbreiten (Richtwerte, projektspezifisch anzupassen):
Einzellift (Großkran):
Mobilisierung/Demob.: 130–180 T€ (schwere Transporte, Eskorten)
Tagesrate: 25–35 T€/Tag, 3–5 Tage → 75–175 T€
Zus. temporäre Baumaßnahmen (Boden/Matten/Standplatz): 60–120 T€
Genehmigungen/Verkehr: 15–30 T€
Engineering/Planung: 10–20 T€
Personal/Standby: 8–15 T€
Indirekt: Stillstandskosten 40–70 T€/Tag, 3–5 Tage → 120–350 T€
Summe: grob 418–870 T€
Tandemhub (2 Mittelklassekrane):
Mobilisierung/Demob.: 2 × 60–90 T€ → 120–180 T€
Tagesrate: 2 × 14–20 T€/Tag, 2–4 Tage → 56–160 T€
Zus. Engineering (Tandemkonzept): 20–35 T€
Zus. Rigging/Spreader/Messsysteme: 10–25 T€
Boden/Matten/Standplatz: 30–70 T€ (reduzierte Bodenpressung pro Kran)
Genehmigungen/Verkehr: 20–35 T€
Personal/Standby: 12–20 T€
Indirekt: Stillstandskosten 40–70 T€/Tag, 2–4 Tage → 80–280 T€
Summe: grob 348–800 T€