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Für eine schwingbeanspruchte HV-Naht in der Konstruktion eines Wendekrans für große Schiffsbauteile ist ein Betriebsfestigkeitsnachweis zu führen. Die Anwendung des in der Krannorm DIN 15018 enthaltenen Nachweiskonzeptes ist aufgrund der in diesem Fall unsicheren Einordnung in eine Kerbgruppe problematisch, so daß der geführte Nachweis keine verläßliche Aussage liefert. Aus diesem Grund wird das Kerbspannungskonzept verwendet, das in einigen neueren Regelwerken bereits enthalten und unabhängig von einer Einordnung ist. Abschließend werden zwei Methoden zur Einordnung nicht katalogisierter Kerbfälle vorgestellt, die es ermöglichen, den Nachweis im bekannten Normenumfeld zu führen. Die Anwendung dieser Methoden ist auf andere nennspannungsbasierte Regelwerke übertragbar.

Mit dem Erscheinen des neuen CIDECT-Handbuchs "Knotenverbindungen aus runden und rechteckigen Hohlprofilen unter schwingender Beanspruchung" im Sommer 2000 wird erstmals ein umfassender international anerkannter und weltweit verbreiteter Leitfaden zur Bemessung von geschweißten Hohlprofilverbindungen unter Ermüdungsbelastung zur Verfügung stehen. Gleichzeitig wird daran gearbeitet, dieses Regelwerk sowohl als Richtlinie des International Institute of Welding (IIW) als auch als ISO-Norm einzuführen. Im folgenden Beitrag wird dieses Handbuch vorgestellt und auf die dort beschriebenen Bemessungsverfahren auf Basis der Spannungskonzentrationsfaktoren (SCF) näher eingegangen. Ein Beispiel verdeutlicht, wie dieses Verfahren angewendet wird.

Aufgrund intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeiten stehen dem Stahl- und Kranbau hochfeste Stähle mit Festigkeit von 460 bis 1100 MPa zur Verfügung. Im vorliegenden Beitrag werden Ergebnisse von Werkstoffuntersuchungen des Bruch- und Verformungsverhaltens von zwei Stahlsorten, S690 und S890 nach DIN EN 10137, vorgestellt. Diese wasservergüteten ferritischen Feinkornstähle lagen in Blechdicken von 15 bis 70 mm vor. Sie wurden insbesondere hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen dem in den Bemessungsregeln häufig verwendeten Streckgrenzenverhältnis und der tatsächlichen Werkstoffzähigkeit untersucht. Dazu wurden umfangreiche bruchmechanische Versuche sowie Bauteilversuche mit großen Flachzugproben in Blechdicke im Temperaturbereich von der Tieflage bis zur Hochlage durchgeführt. Ergebnisse dieser Versuche belegen, daß das Streckgrenzenverhältnis zur Sicherheitsbeurteilung dieser Stähle nicht geeignet ist. Weiter konnte anhand der Ergebnisse die Anwendbarkeit des Sprödbruchsicherheitsnachweises Anhang C im Eurocode 3 auch für diese Stähle gezeigt werden.

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In den Stahlbaunormen DIN 18800 und Eurocode 3 ist das Schweißen in kaltumgeformten Bereichen aufgrund einer befürchteten Grobkornbildung, Alterung und Versprödung infolge Rekristallisation durch abgeleitete Schweißwärme nicht zulässig. Nach diesem Regelwerk ist ein bestimmter Mindestabstand von der Biegelinie, charakterisiert durch das Verhältnis min (r/t), einzuhalten; ansonsten ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen notwendig. Moderne hochfeste Feinkornstähle verhalten sich aufgrund ihrer hohen Reinheit und der chemischen Zusammensetzung jedoch nicht wie in diesen Normen befürchtet. Die nachfolgende Untersuchung zeigt, daß beim Einsatz moderner Werkstoffe mit hoher Reinheit entgegen dem Regelwerk in kaltumgeformten Bereichen geschweißt werden kann, ohne daß eine teuere Wärmebehandlung notwendig wird.

Hochfeste Baustähle ermöglichen durch Leichtbauweise eine Verringerung der Investitions- und Betriebskosten von Mobilkranen. Die Konstruktion großer Fahrzeuge wird durch Einsatz von Stählen hoher Streckgrenze erleichtert. Trotz der hohen Festigkeitskennwerte verfügen diese Stähle dank fortschrittlicher Stahlwerks-, Walz- und Wärmebehandlungstechnik über eine ausgezeichnete Zähigkeit, günstiges Verhalten beim Kaltumformen und sehr gute Schweißeignung. Gleichzeitig lassen sich engste Dickentoleranzen einhalten. Eine bruchmechanische Bauteilbewertung der modernen hochfesten Grobblechstähle auf der Basis neuartiger Sicherheitskonzepte zeigt, daß die Stähle auch bei Annahme kritischer Beanspruchungsbedingungen ein Zähigkeitsniveau aufweisen, welches das sichere Betreiben von geschweißten Konstruktionen in vollem Umfang gewährleistet. Der Einsatz der hochfesten Baustähle ermöglicht die Verwirklichung völlig neuer technischer Lösungen im Mobilkranbau und hat zur Einführung neuer moderner Krane geführt.

Das wesentliche Ziel bei der Konzeption von LKW-Ladekranen ist die Erreichung eines maximalen Verhältnisses von Hubleistung zum Krangewicht. Dies erfordert ein ständiges Auseinandersetzen mit Werkstoffen, die dieses Verhältnis positiv beeinflussen. Stahl ist wegen seiner Tragfähigkeit, seines günstigen Verarbeitungsverhaltens und seiner hohen Wirtschaftlichkeit der wichtigste Konstruktionswerkstoff im Nutzfahrzeug- und Mobilkranbau. Um weitere Gewichtsreduzierungen auf der Basis von Stahlanwendungen zu erreichen und dem Bedürfnis nach Leichtbauweise im Fahrzeugbau Rechnung zu tragen, hat die Thyssen Krupp Stahl AG in den vergangenen Jahren neue hochfeste Baustähle mit verbesserten Festigkeitseigenschaften und optimiertem Verarbeitungsverhalten entwickelt. Die Firma Palfinger, Hersteller von LKW-Ladekranen, hat sowohl durch eine enge Zusammenarbeit mit den Stahllieferanten als auch durch eine konsequente Entwicklung der notwendigen Fertigungstechnologien die Voraussetzungen für den Einsatz von hochfesten Baustählen mit Streckgrenzen bis zu 960 MPa geschaffen. Damit werden Krane produziert, die auch anspruchsvollen Kundenanforderungen gerecht werden.

Ermüdungsbeanspruchte Konstruktionen aus hochfesten Stählen haben nach dem bisherigen Kenntnisstand keine Vorteile im hohen Lastwechselbereich gegenüber denen aus konventionellen Stählen. Stichprobenhafte Untersuchungen an speziellen Kerbfällen aus dem Kranbau zeigen aber ein positives Ermüdungsverhalten für die höchstfesten Stähle, wie zuvor bei einigen Hohlprofilknoten auch festgestellt wurde. Neuere Untersuchungen wurden an Proben aus dem Werkstoff S960 QL durchgeführt und mit den Ergebnissen aus dem EC 3 - Background Document und solchen aus dem Stahl S380 MC verglichen. Es wird angeregt, die Gründe dieser positiven Ergebnisse in einem breit angelegten Forschungsprogramm zu untersuchen. An dieser Stelle sei der Firma Liebherr-Werke, Ehingen, der Studiengesellschaft für Stahlanwendung und der Stahlstiftung für die finanzielle Unterstützung gedankt.

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Es wurden Schweißproben von nicht kraftübertragenden Kreuzstößen aus WELDOX 1100 unter schwellender Belastung mit konstantem Spannungsschwingspiel bis zum Ermüdungsbruch getestet. Drei Schweißgüten mit unterschiedlichen Festigkeiten wurden untersucht. Bei der Hälfte der Proben wurden die kritischen Kerben WIG-behandelt. Das Spannungsverhältnis R betrug 0; in einigen Fällen wurden auch R-Werte größer 0 gewählt. Die Prüfergebnise stimmen mit den Voraussagen aller modernen Konstruktionsnormen für Stähle mit niedriger Festigkeit überein, d. h.: der Streubereich der Prüfergebnisse liegt auf der sicheren Seite der standardisierten Bemessungswöhlerlinie für die untersuchte Nahtgeometrie; die Spannungsschwingbreite ist der maßgebende Parameter; der R-Wert (Spannungsverhältnis) hat im geprüften Bereich keinen Einfluß auf die Prüfergebnisse; eine sorgfältige WIG-Behandlung erhöht die Zeitfestigkeit etwa drei- bis viermal; Zusatzwerkstoffe mit unterschiedlichen Festigkeiten haben auf die Prüfergebnisse keinen sichtbaren Einfluß.

Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit der Möglichkeit und dem Nutzen, Erkenntnisse aus Ermüdungsversuchen an kranspezifischen Kerbdetails auf Ermüdungsnachweise für Stahlwasserbauten zu übertragen. Nach einem kurzen Rückblick auf Umfang und Ursache von Rißschäden an geschweißten Schleusenverschlüssen und den zu ihrer Vermeidung getroffenen Maßnahmen wird der aktuelle Stand beim Ermüdungsnachweis von Stahlwasserbauten beschrieben. Letztlich wird auf einige bleibende, übergreifenden Charakter tragende Problem- und Fragestellungen eingegangen.

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Gegenstand des Aufsatzes ist es, die Wechselwirkungen zwischen Kran und Kranbahn zu beschreiben. Zuvor erfolgt ein kurzer historischer Abriß zur Entwicklung des Kranbaues. Verschiedene Beispiele aus der Geschichte der MAN verdeutlichen die Entwicklung bei den Brückenkranen in der Stahlindustrie. Untersuchungsergebnisse am Beispiel eines Gießkranes bewerten die Auswirkungen von Kranbahnunebenheiten auf das Krantragwerk. Es wird mit den konkreten Werten einer unter Last vermessenen Kranbahn gearbeitet. Der Gießkran der MAN TAKRAF 350-80/32 t x 26,5 m wird bezüglich seiner Tauglichkeit für große Unebenheiten der Kranbahn vorgestellt. Mit dem Aufsatz soll ein Anstoß zur realistischen Einschätzung der Auswirkungen von Senkungen, Verformungen und Verschleiß von Kranbahnen gegeben werden.

Ingenieuren ist Rudolph Bredt (1842 bis 1900) nur als Namen bekannt: Seine beiden 1896 publizierten Formeln - die erste und die zweite Bredtsche Formel - haben die Saint-Venantsche Torsionstheorie entscheidend vorangebracht. Erst August Föppl (1853 bis 1924) sollte die Tragweite dieser Bredtschen Arbeit erkennen und nach 1917 für den Ausbau der Saint-Venantschen Torsionstheorie mit großem Erfolg nutzen. Darüber hinaus hat Bredt weitere zukunftsweisende Beiträge zur Technischen Mechanik veröffentlicht. Sein größtes Verdienst jedoch ist die Entwicklung der 1830 in Wetter a. d. Ruhr gegründeten Firma Ludwig Stuckenholz zur ersten Kranbaufirma Deutschlands, eine der Stammfirmen der Demag (heute: Mannesmann Dematic). Seine ingeniösen Krankonstruktionen fanden im In- und Ausland hohe Anerkennung, aber auch "als bewährte Konstruktionen" unlautere Nachahmung. So schuf Bredt als Unternehmer, als Konstrukteur und als praxisorientierter Technikwissenschaftler die Grundlagen des Kranbaus in Deutschland. An jene Leistungen des Altmeisters des deutschen Kranbaus möchte der vorliegende Aufsatz erinnern.

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