Schulung und Technologie für den erfolgreichen Kranbetrieb in der Schwerindustrie

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Stellen Sie sich einen hektischen Morgen vor. Der Laufkranführer kommt zu spät. Zu Beginn seiner Schicht weiß er, dass er im Rückstand ist, also baut er schnell einen Teller zusammen, den er zum nächsten Arbeitsplatz bringen muss. Die Verspannung ist nicht ganz zentriert und die Last schwankt, wenn der Hub beginnt. Der nervöse Bediener verlangsamt den Hub, um das Schwingen auszugleichen. Dann schnapp zu. Das Drahtseil reißt und ein schlechter Morgen wird zu einer Katastrophe.

Kräne bleiben das Rückgrat der Schwerindustrie. Eine unsachgemäße Bedienung kann die Produktivität beeinträchtigen; Ein unsicherer Betrieb kann verheerende Folgen haben. Um herauszufinden, wie man diese Konsequenzen vermeiden und Best Practices aufdecken kann, sprach The FABRICATOR mit drei Kranservice-Experten bei Engineered Material Handling (EMH) Inc. mit Sitz in Valley City, Ohio. Ihr Rat lief auf mehrere Schlüsselelemente hinaus: gute Schulung, erstklassige Qualität Inspektion und Wartung sowie die richtige Technik. Für einen effizienten und sicheren Kranbetrieb sind alle drei Voraussetzungen erforderlich.

Industriestandards der Crane Manufacturing Association of America (CMAA Specification 78), der American Society of Mechanical Engineers (ASME B30.2) und der OSHA (1910.179) legen Inspektionsanforderungen und deren Häufigkeit fest und identifizieren Krane anhand ihrer Einsatzhäufigkeit. Ein Kran führt im Normalbetrieb etwa fünf Hübe pro Stunde aus, und nicht mehr als die Hälfte dieser Lasten darf mehr als 50 % der Nennkapazität des Krans ausmachen. Ein Kran im Schwerlastbetrieb führt fünf bis zehn Hübe pro Stunde aus, wobei bis zu 65 % dieser Lasten die Nennkapazität erreichen. Bei anspruchsvollen Einsätzen muss bei den meisten Ladungen nahezu die Kapazitätsgrenze erreicht werden und mehr als 20 Hübe pro Stunde ausgeführt werden.

Darüber hinaus gibt es in der Branche Kranklassifizierungen, die dabei helfen, das Einsatzspektrum zu erkennen. Klasse A ist für den seltenen oder Standby-Einsatz, B für leichten Einsatz, C für mäßigen Einsatz, D für schweren Einsatz, E für schweren Einsatz und F für kontinuierlichen schweren Einsatz.

„Wir sehen oft Krane, die nicht für die Art des Arbeitszyklus klassifiziert sind, für den sie verwendet werden“, sagte Joe Piscitello, Servicemanager von EMH. „Wenn Sie ein Stahllager haben und einen Kran mit Höchstgeschwindigkeit und nahezu voller Kapazität betreiben, sollten Sie keinen Kran der Klasse C installieren.“

Das bedeutet nicht, dass ein kompletter Kran ausgetauscht werden muss. „Wir würden wahrscheinlich Änderungen empfehlen“, sagte David Comiono, Vizepräsident bei EMH. „Vielleicht ist der Aufzug zu schnell oder zu langsam. Oder sie benötigen möglicherweise mehr Kapazität. Je empfindlicher das Produkt ist, desto mehr Geschwindigkeitskontrolle benötigen Sie.“

Wie definiert ein Hersteller ein „sensibles“ Produkt? Wie Comiono erklärte, variiert die Definition je nach Anwendung, aber wie bei so vielen Dingen im Materialtransport ist bei der Entscheidung eine gesunde Portion gesunder Menschenverstand erforderlich.

„Ein Kran zur Handhabung von Spiegeln für das neue [James Webb]-Weltraumteleskop erforderte ein Kransystem mit speziellen Anbaugeräten, die eine sehr feine und reibungslose Steuerung ermöglichten. Am anderen Ende des Spektrums würde man ein Stück Platte bewegen, bei dem man sich nicht so sehr um Schäden kümmert, solange man den Kran nicht beschädigt oder vorzeitig abnutzt.“

EMH-Quellen fügten hinzu, dass die Beschaffenheit des Werkstücks selbst nur ein Teil des Puzzles sei. Die Auswahl eines Krans erfordert eine ganzheitliche Betrachtung, die auch die Identifizierung der Rolle des Krans innerhalb der gesamten Materialtransportstrategie einer Werkstatt umfasst. Ein Laufkran bewegt möglicherweise kostengünstige, leicht austauschbare Werkstücke, aber welche Auswirkungen hat es, wenn beim Heben ein Fehler auftritt? Werden nachgelagerte Betriebe verhungern oder haben sie in der Nähe einen Pufferbestand, um den Betrieb aufrechtzuerhalten?

Und wie sind die Aufzüge? Ist der Kran Teil einer ständig laufenden Produktionslinie, für die eine konstante Zykluszeit gilt? Oder bewältigt der Kran unterschiedliche Werkstückgrößen zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen Frequenzen? Hält es Werkstücke in Vorrichtungen oder unterstützt es bei kritischen Werkzeugwechseln?

Ein EMH-Servicetechniker inspiziert die Schalttafel eines Brückenkrans.

Sichtlinien sind ein weiterer Faktor. „Manchmal können Bediener, die ein herkömmliches Handbediengerät verwenden, den Aufzug aufgrund eines Hindernisses nicht sehen“, sagte Jeff Larouche, Betriebsleiter von EMH. „Also müssen sie möglicherweise mit dem Anhänger an einen Ort gehen, der sie in eine gefährliche Position bringt. In diesem Fall würden wir empfehlen, mit einer Funksteuerung statt mit einem Handsender zu arbeiten.“

Auch Umweltfaktoren spielen eine Rolle. Einige Betriebe verfügen beispielsweise über akustische Alarme, um alle darauf aufmerksam zu machen, dass ein Bediener den Kran bedient. Aber in einer lauten Atmosphäre können solche Alarme ziemlich nutzlos sein. In diesen Fällen können Lichtsignale eine bessere Lösung sein.

Auch die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Luftqualität der Umgebung (d. h. die Menge an Partikeln und Staub) müssen berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise ein großer Wasserstrahl-Auftragsbetrieb in einen Kran investiert, sollten die elektrischen Schaltschränke des Krans (und das vorbeugende Wartungsprogramm) diese überschüssige Feuchtigkeit idealerweise berücksichtigen.

EMH-Quellen fügten hinzu, dass branchenübliche Kranklassifizierungen nur als Grundlage dienen. Der Trick besteht darin, ganzheitlich zu denken und die Auswirkungen einer schlechten Materialhandhabung auf den gesamten Wertstrom zu berücksichtigen. Ein Kran wird möglicherweise nur selten eingesetzt, beispielsweise zum Auswechseln einer kritischen Matrize in einer Presse. Wenn die Positionierung dieser Matrize jedoch von entscheidender Bedeutung ist, wäre es für den Kran selbst von Vorteil, wenn er sich mit präzisen Geschwindigkeiten bewegen könnte.

„Früher hatten Kräne nur eine einzige Geschwindigkeit, sodass erfahrene Bediener oft auf die Knöpfe tippten“, sagte Piscitello und bezog sich dabei auf die „federnde“ Aktion, die Bediener ausführen, um sanft zu beschleunigen und abzubremsen und Schwankungen während eines Hubvorgangs zu minimieren. „Mit dem Aufkommen von Zwei-Geschwindigkeits-Steuerungen und Frequenzumrichtern [VFDs] können Sie heute jedoch in ein System investieren, das genau die Steuerung bietet, die Sie für das Produkt benötigen, das Sie bewegen.“

Larouche verglich die Funktionen einiger moderner VFDs mit der automatischen Bremsfunktion in einigen modernen Autos. Die Technik hinter beiden ist natürlich unterschiedlich, aber die Grundidee ist dieselbe: die Geschwindigkeit auf die sicherste und effizienteste Art und Weise zu ändern. Auf diese Weise muss sich ein neuer Kranführer nicht mit den Feinheiten der Federung und anderen Besonderheiten der Arbeit mit herkömmlichen Zwei-Knopf-Bediengeräten vertraut machen.

„Die Ausrüstung ist intelligent genug geworden, um zu verhindern, dass weniger erfahrene Menschen einen Fehler machen“, sagte er.

Diese Fehler können zu erheblichen Ineffizienzen und einem vorzeitigen Verschleiß von Krankomponenten führen. Beispielsweise kann das Schwanken die Zykluszeit eines Aufzugs um Sekunden oder sogar Minuten verlängern. Das Schwanken übermäßiger Bewegung kann zu einer Überhitzung der Hubmotoren führen.

„Wenn Sie einen Lift starten und viel Schwankung haben, müssen Sie wieder beschleunigen“, sagte Piscitello. „Du wirst anhalten, dann gehen, dann anhalten und dann wieder gehen, um diesen Einfluss zu kontrollieren. Das alles erzeugt viel Wärme. Letztendlich kann das einen Motor durchbrennen lassen.“

Moderne VFDs korrigieren dies und tragen dazu bei, das Auftreten solcher Schwankungen zu verhindern. EMH-Quellen fügten jedoch hinzu, dass die Technologie die Gesetze der Physik nicht umgehen oder jedes Missgeschick verhindern könne und dass sie eine angemessene Ausbildung nicht weniger wichtig mache.

Bediener müssen immer noch über die richtige Montage und die Ermittlung des Werkstückschwerpunkts Bescheid wissen. Denn unabhängig von der Krantechnologie muss ein Aufzug mit einer stark außermittigen Last zwangsläufig schwingen. Sie müssen auch wissen, wie schädlich eine Stoßbelastung sein kann. Insbesondere in einer Fertigungswerkstatt verwenden die Bediener möglicherweise einen Kran, um ein Werkstück während eines Vorgangs zu halten, oder sie werden aufgefordert, eine Platte oder einen Träger umzudrehen.

„Wenn sich ein Bediener nicht die Zeit nimmt, die Schlinge zu spannen, bevor er eine hohe Geschwindigkeit erreicht, kann es zu vorzeitigem Verschleiß an Ihrem Seil, an Ihrer Bremse und an Ihrer gesamten Struktur kommen“, sagte Larouche. „Sie können Risse am Balken selbst erzeugen.“

Ein Techniker prüft die Komponenten einer Brückenkran-Laufkatze.

In anderen Fällen fahren die Bediener die Laufkatzen gegen die Endanschläge eines Brückenkrans, „und die Räder drehen weiter“, sagte Piscitello. „Wenn Sie das oft genug tun, können die Räder Löcher in die Schiene graben. Und ständiges Aufschlagen auf die Endanschläge kann zum Bruch der Achslager [des Wagens] führen.“

„OSHA verlangt, dass jeder Bediener geschult wird, bevor er einen Kran bedient“, sagte Larouche und fügte hinzu, dass Industriestandards wie ASME B30.2, Brücken- und Portalkrane, Einzelheiten darüber festlegen, wer für den Betrieb eines Krans qualifiziert ist und wer nicht.

Der Standard verlangt, dass Manager geschult werden und ein Zertifikat oder eine andere formelle Aufzeichnung vorlegen, aus der hervorgeht, dass sie geschult wurden und zum Führen des Krans berechtigt sind. Dabei handelt es sich um grundlegende Informationen, die für jeden Kranbetrieb gelten, sowie um anwendungsspezifische Schulungen zu den Aufgaben, die der Kranführer ausführen muss. Ein unerfahrener Bediener mit nur wenigen Stunden Schulung wird am ersten Tag wahrscheinlich noch nicht bereit sein, eine große, asymmetrische Platte oder einen großen Balken umzudrehen.

CMAA veröffentlicht eine Liste von Punkten, die Bediener zu Beginn jeder Schicht überprüfen müssen (und natürlich wird im Produktionsplan dafür Zeit eingeräumt). Die tägliche Inspektionsliste selbst sollte ausgehängt und für den Bediener sofort zugänglich sein, z. B. auf einem Schild, das direkt am Anhänger oder Funksender angebracht ist.

Larouche erklärte: „Die Bediener müssen den Aufzug ganz nach oben und ganz nach unten fahren können. Sie müssen sicherstellen, dass die Endschalter funktionieren. Sie müssen die Brücke vorwärts und rückwärts fahren lassen, sicherstellen, dass die Bremsen funktionieren, und eine Sichtprüfung des Drahtseils durchführen, um sicherzustellen, dass es keine Knicke oder Beschädigungen aufweist.“

„Diese Checklisten [die CMAA und andere Veröffentlichungen bereitstellen] sind sehr spezifisch“, fügte Piscitello hinzu und erklärte, dass die Details beschreiben, wie viele Drähte jede Litze hat und wie viele gebrochene Litzen ein Vorgang pro bestimmtem Drahtseilsegment in bestimmten Hebesituationen zulässig ist. In diesen Veröffentlichungen werden auch andere Diskontinuitäten von Drahtseilen beschrieben, wie z. B. Vogelkäfigbildung, die auftritt, wenn sich die Außenlitzen vom Kern lösen – ein häufiges Ereignis, wenn das Seil einer starken Belastung ausgesetzt ist. Bediener sollten auch auf einen kleiner werdenden Drahtdurchmesser achten, da dies ein Zeichen dafür sein könnte, dass der innere Kern an Halt verloren hat.

Wenn der Bediener einen Knick feststellt, muss er den Kran außer Betrieb nehmen und seinen Vorgesetzten anrufen. „Dieses Drahtseil ist eine der kritischsten Komponenten“, sagte Piscitello. „Wenn das Drahtseil reißt, hat man ein ernstes Problem. Und wenn Sie Knicke sehen, liegt wahrscheinlich ein Schaden vor, den Sie nicht sehen. Man kann wirklich nicht sehen, wie sehr der innere Kern beschädigt ist.“ Aus diesem Grund sei es oft die beste Vorgehensweise, einfach das Drahtseil auszutauschen, fügte er hinzu.

Ein weiterer Kontrollpunkt ist der Haken selbst. Ein gerissener, verbogener, verzogener oder deformierter Haken kann eine ansonsten perfekt befestigte Ladung in eine ernsthafte Gefahr verwandeln. Wenn ein Haken nicht betriebsbereit ist, sollte der Bediener dies notieren und ihn ersetzen.

„Andere Punkte umfassen das Achten auf ungewöhnliche Geräusche vom Motor oder Getriebe“, sagte Comiono und fügte hinzu, dass andere Geräusche, auf die man achten sollte (einschließlich Schleif- oder Schlaggeräusche), auf einen Kran hinweisen könnten, der schief oder nicht ausgerichtet ist, insbesondere wenn er in bestimmten Fällen schleppt Positionen. Dies wiederum kann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Kranlaufräder führen. Wenn sich die Räder häufiger abnutzen, als sie sollten, kann es zu Spurproblemen des Krans kommen.

„Außerdem sind manchmal die Türverkleidungen von Schalttafeln kaputt oder nicht richtig befestigt“, sagte er. „Dadurch dringt Staub aus der Umgebung ein. Und in einer staubigen Metallfertigungsumgebung kann ein offenes Panel verheerende Schäden an Ihrer Elektronik anrichten. Das Gleiche gilt für Feuchtigkeit.“

EMH-Quellen bekräftigten, dass diese Inspektionspunkte zwar häufig übersehen werden, aber nur ein Teil der Inspektionen eines Bedieners vor der Schicht sein sollten. Zu den weiteren Inspektionspunkten gehören die Takelage, Laufstege und Handläufe, Blöcke, Einscherungen, Ausleger und die Überprüfung auf Lecks rund um das Maschinengehäuse – und so weiter.

Neben Inspektionen vor der Schicht werden in CMAA-Veröffentlichungen auch Gegenstände spezifiziert, die häufigen Inspektionen und regelmäßigen Inspektionen unterzogen werden müssen. Häufige Inspektionsintervalle können je nach Anwendung und Umständen täglich, wöchentlich, monatlich oder in verschiedenen anderen Abständen erfolgen. Regelmäßige Inspektionen finden in der Regel vierteljährlich, zweimal jährlich oder jährlich statt, abhängig von der Nutzung und der Serviceklasse des Krans.

Dennoch sind die Industriestandards nur Ausgangspunkte. Im Rahmen des EMH-Serviceprogramms besuchen Piscitello und sein Team verschiedene Produktionsstätten, um regelmäßige Inspektionen durchzuführen, die eine eingehende Inspektion und Analyse des gesamten Kransystems einer Werkstatt umfassen.

Wie oft kommen sie zu Besuch? Es kommt darauf an. „Normalerweise setzen wir uns mit dem Kunden zusammen und besprechen seine Krananwendungen, seinen Nutzungsumfang und wie wichtig sie für den Betrieb sind“, sagte Piscitello. Je kritischer der Kran ist, desto häufiger werden gründliche Inspektionen durchgeführt.

Ein Bediener meldet sich, greift nach dem Anhänger und lässt den Kran hochfahren: Das schafft laut Quellen ein riskantes Szenario. Die Sicherheit und Effektivität des Kranführers oder deren Fehlen schlägt sich in der gesamten Fabrik nieder. Der Betrieb eines Krans, der nicht ordnungsgemäß geprüft und gewartet wurde, gefährdet die gesamte Werkstatt.

Wie EMH-Quellen bekräftigten, beginnt alles damit, dem Bediener die richtigen Werkzeuge für seinen Erfolg zur Verfügung zu stellen: die richtige Technologie für den Job, die richtige Schulung und eine Inspektions- und Wartungsroutine, die in der Werkstattkultur verankert ist. Ein ungeschulter Kranführer ohne Unterstützung ist ein gefährlicher Bediener. Je mehr Betreiber wissen, desto sicherer und effektiver können sie sein.

Weitere Informationen zur Kranwartung und -inspektion finden Sie im Crane Operator's Manual sowie in der CMAA-Spezifikation Nr. 78-4, Professional Services, Crane Inspection and Maintenance, herausgegeben von der Crane Manufacturers Association of America; und ASME B30.2, Overhead and Gantry Cranes, veröffentlicht von der American Association of Mechanical Engineers.