Kran

Hintergrund

Ein Kran ist eine Maschine, die schwere Gegenstände heben und senken und horizontal bewegen kann. Kräne werden von Hebezeugen unterschieden, die Gegenstände heben, aber nicht seitlich bewegen können. Krane unterscheiden sich auch von Förderern, die Schüttgüter wie Getreide und Kohle in einem kontinuierlichen Prozess heben und bewegen. Das Wort Kranich leitet sich von der Tatsache ab, dass diese Maschinen eine ähnliche Form haben wie der gleichnamige große, langhalsige Vogel.

Menschen haben seit der Antike eine Vielzahl von Geräten verwendet, um schwere Gegenstände zu heben. Eine der frühesten Versionen des Krans, die entwickelt wurde, war der Shaduf, der vor etwa viertausend Jahren zum ersten Mal in Ägypten verwendet wurde, um Wasser zu bewegen. Der Schatten besteht aus einem langen, schwenkbaren Balken, der auf einer vertikalen Stütze balanciert ist. An einem Ende des Balkens ist ein schweres Gewicht und am anderen ein Eimer befestigt. Der Benutzer zieht den Eimer nach unten zur Wasserversorgung, füllt ihn und lässt dann das Gewicht den Eimer nach oben ziehen. Anschließend wird der Balken in die gewünschte Position gedreht und der Eimer entleert. Der Shaduf wird immer noch in ländlichen Gebieten Ägyptens und Indiens verwendet.

Bereits im ersten Jahrhundert wurden Kräne gebaut, die von Menschen oder Tieren angetrieben wurden, die ein Laufband oder ein großes Rad bedienten. Diese frühen Krane bestanden aus einem langen Holzbalken, einem sogenannten Ausleger, der mit einer drehbaren Basis verbunden war. Das Rad oder das Laufband trieb eine Trommel an, um die ein Seil gewickelt war. Das Seil war mit einer Umlenkrolle oben am Ausleger und mit einem Haken verbunden, der das Gewicht anhob.

Eine wichtige Entwicklung in der Krankonstruktion fand im Mittelalter statt, als dem Ausleger ein als Ausleger bekannter horizontaler Arm hinzugefügt wurde. Der Ausleger war so am Ausleger befestigt, dass er schwenken konnte, was einen größeren Bewegungsspielraum ermöglichte. Im sechzehnten Jahrhundert wurden Kräne mit zwei Laufbändern gebaut, eines auf jeder Seite eines rotierenden Gehäuses, das den Ausleger enthielt.

Bis Mitte des 19. Jahrhunderts, als Dampfmaschinen entwickelt wurden, waren Kräne weiterhin auf menschliche oder tierische Kraft angewiesen. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurden Verbrennungsmotoren und Elektromotoren verwendet, um Kräne anzutreiben. Zu dieser Zeit wurden die meisten Kräne eher aus Stahl als aus Holz gebaut.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts entwickelten sich europäische und amerikanische Kraniche auf unterschiedliche Weise. In Europa, wo die meisten Krane in Städten mit engen Gassen eingesetzt wurden, wurden Krane eher in Form von hohen, schlanken Türmen gebaut, wobei der Ausleger und der Bediener oben auf dem Turm standen. Da ein leiser Betrieb in überfüllten Städten wichtig war, wurden diese Turmdrehkrane normalerweise von Elektromotoren angetrieben, als sie weit verbreitet waren.

In den Vereinigten Staaten wurden Krane oft an Orten eingesetzt, die weit von Wohngebieten entfernt waren. Krane wurden in der Regel so gebaut, dass der Ausleger mit einer Laufkatze verbunden war, die leicht von Ort zu Ort bewegt werden konnte. Diese Mobilkräne wurden in der Regel von Verbrennungsmotoren angetrieben. In den 1950er Jahren führte die Verfügbarkeit von stärkeren Stählen in Kombination mit einer erhöhten Nachfrage nach höheren Gebäuden zur Entwicklung von Kranen mit sehr langen Auslegern an kleinen Lastkraftwagen oder Raupen mit Raupenketten. Mobilkrane und Turmdrehkrane verschiedenster Art werden weltweit auf Baustellen häufig eingesetzt.

Rohstoffe

Der wichtigste Werkstoff zur Herstellung von Kranen ist Stahl. Stahl ist eine Legierung aus Eisen und einer geringen Menge Kohlenstoff. Für Konstruktionen, die keine sehr hohe Festigkeit erfordern, wird eine gängige Form von Stahl verwendet, der als Kohlenstoffstahl bekannt ist. Kohlenstoffstahl enthält per Definition weniger als 2% andere Elemente als Eisen und Kohlenstoff. Kohlenstoffstahl existiert in einer Vielzahl von Formen. Der wichtigste Faktor bei der Bestimmung der Eigenschaften von Kohlenstoffstahl ist der vorhandene Kohlenstoffgehalt, der von weniger als 0,015 % bis zu mehr als 0,5 % reicht.

Für Konstruktionen, die eine hohe Festigkeit erfordern, insbesondere bei Kränen zum Heben sehr schwerer Gegenstände, werden verschiedene Materialien verwendet, die als hochfeste niedriglegierte Stähle (HSLA) bekannt sind. HSLA-Stähle enthalten relativ niedrige Kohlenstoffgehalte, typischerweise etwa 0,05%. Sie enthalten auch eine kleine Menge eines oder mehrerer anderer Elemente, die die Festigkeit erhöhen. Diese Elemente umfassen Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium, Titan und Niob. Abgesehen von ihrer Festigkeit sind HSLA-Stähle beständig gegen atmosphärische Korrosion und eignen sich besser zum Schweißen als Kohlenstoffstähle.

Abhängig von der genauen Konstruktion des Krans können verschiedenste andere Materialien in der Fertigung verwendet werden. Natur- oder Synthesekautschuk wird zur Herstellung von Reifen für Mobilkräne verwendet. Bestimmte Strukturkomponenten können aus verschiedenen Metallen wie Bronze und Aluminium hergestellt werden. Elektrische Komponenten können Kupfer für Drähte und halbleitende Elemente wie Silizium oder Germanium für elektronische Schaltungen umfassen. Andere Materialien, die verwendet werden können, umfassen Keramik und starke Kunststoffe.

Design

Kaum eine Maschine gibt es in so unterschiedlichen Ausführungen wie Krane. Bevor der Kran gebaut wird, muss der Hersteller den Einsatzort und das zu hebende Gewicht berücksichtigen. Darüber hinaus werden Krane häufig an die Bedürfnisse des Benutzers angepasst. Aus diesen Gründen ist es nicht übertrieben zu sagen, dass kein Kran dem anderen gleicht.

Krane für industrielle Zwecke sind in der Regel für den dauerhaften Verbleib an einem Standort ausgelegt. Diese Krane führen oft sich wiederholende Aufgaben aus, die automatisiert werden können. Ein wichtiger Industriekrantyp ist der Brückenkran. Auf Schienen, die an zwei horizontalen Trägern, einer sogenannten Brücke, befestigt sind, ermöglicht eine Laufkatze die Bewegung des Brückenkrans. Normalerweise kann die Brücke selbst auf einem Paar paralleler Schienen bewegt werden, wodurch der Kran eine große rechteckige Fläche erreichen kann. Ein Brückenkran kann auch so konstruiert sein, dass ein Ende der Brücke von einem zentralen Drehpunkt getragen wird, während sich das andere Ende auf einer kreisförmigen Schiene bewegt, wodurch eine große, runde Fläche erreicht werden kann.

Ein Laufkran ist eine Art Brückenkran, bei dem sich die Schienen hoch über dem Boden befinden. Normalerweise von der Decke eines Gebäudes getragen, hat ein Laufkran den Vorteil, dass er keine Behinderung im Arbeitsbereich verursacht.

Krane im Bauwesen erfüllen oft eine Vielzahl von Aufgaben und müssen von hochqualifizierten Bedienern gesteuert werden. Baukrane werden in Mobilkrane und Turmdrehkrane unterteilt. Mobilkräne werden auf LKWs oder Raupen montiert, um von Ort zu Ort zu reisen. Ein Gelenkkran ist ein Mobilkran, bei dem zwischen zwei Abschnitten des Auslegers ein Gelenk vorhanden ist, das es ihm ermöglicht, sich ähnlich einem Knöchel in einem menschlichen Finger zu bewegen. Gelenkkräne werden im Allgemeinen zum Heben von Objekten verwendet, die sich in relativ kurzer Entfernung befinden, jedoch mit einem großen Bewegungsbereich. Ein Teleskopkran ist ein Mobilkran, bei dem zwei oder mehr Abschnitte des Auslegers aus- und eingefahren werden können, wodurch sich die Länge des Auslegers ändert. Teleskopkrane sind weniger vielseitig als Gelenkkrane, können jedoch in der Regel schwerere Gegenstände heben, die sich in größerer Entfernung befinden.

Turmdrehkrane werden beim Bau von hohen Gebäuden eingesetzt. Sie werden bei Baubeginn montiert und nach Fertigstellung des Gebäudes wieder abgebaut. Außerhalb des Gebäudes ist ein externer Turmdrehkran installiert. Wenn das Gebäude höher wird, wird der Kran angehoben, indem der obere Teil des Krans angehoben und ein neuer Turmabschnitt darunter hinzugefügt wird. Ein interner Turmdrehkran ist innerhalb der Ein Mobilkran. Gebäude. Wenn das Gebäude höher wird, wird der Kran angehoben, indem die Basis des Krans innerhalb des Gebäudes auf eine höhere Ebene gehoben wird.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Herstellung von Stahlbauteilen

• 1 Geschmolzener Stahl wird hergestellt, indem Eisenerz und Koks (eine kohlenstoffreiche Substanz, die entsteht, wenn Kohle unter Luftabschluss erhitzt wird) in einem Ofen geschmolzen und dann der größte Teil des Kohlenstoffs durch Einblasen von Sauerstoff in die Flüssigkeit entfernt wird. Der geschmolzene Stahl wird dann in große, dickwandige Eisenformen gegossen, wo er zu Barren abkühlt.
• 2 Um flache Produkte wie Platten und Bleche oder Langprodukte wie Stangen und Stangen zu formen, werden Barren unter enormem Druck zwischen großen Walzen geformt. Hohlrohre, wie sie zum Bilden der Gitterausleger großer Kräne verwendet werden, können durch Biegen von Stahlblechen und Zusammenschweißen der Längsseiten hergestellt werden. Sie können auch durch Durchstechen von Stahlstäben mit einem rotierenden Stahlkegel hergestellt werden.

  Ein externer Turmdrehkran.

• 3 Die Seile zum Heben von Gewichten bestehen aus Stahldrähten. Um Draht herzustellen, wird Stahl zunächst zu einem langen Stab gewalzt. Der Stab wird dann durch eine Reihe von Matrizen gezogen, die seinen Durchmesser auf die gewünschte Größe reduzieren. Mehrere Drähte werden dann miteinander verdrillt, um ein Kabel zu bilden.
• 4 Stahl kommt beim Kranhersteller an und wird kontrolliert. Es wird in einem Lager gelagert, bis es benötigt wird. Die vielen verschiedenen Komponenten, die später zu Kränen zusammengebaut werden, werden mit unterschiedlichen Metallbearbeitungsmaschinen hergestellt. Drehmaschinen, Bohrer und andere Präzisionsmaschinen werden verwendet, um den Stahl nach Bedarf zu formen.

Den Kran zusammenbauen

• 5 Aus den notwendigen Komponenten wird ein Kran zusammengestellt. Während sich der Kran entlang des Montagebandes bewegt, werden die Stahlkomponenten verschweißt oder verschraubt. Die genaue Vorgehensweise bei diesem Vorgang variiert je nach Krantyp, der montiert wird. Für einen Mobilkran werden die Komponenten dann zu einem standardisierten LKW oder Raupe des entsprechenden Typs montiert.
• 6 Der montierte Kran wird getestet und versendet. Je nach Größe und Bauart des Krans kann er in Teilbereiche zerlegt werden, die vor Ort montiert werden. Es kann auch als Ganzes auf speziellen großen LKWs versandt werden.

Qualitätskontrolle

Sicherheit ist der wichtigste Faktor, der bei der Kranherstellung berücksichtigt werden muss. Der Stahl, der für die Herstellung des Krans verwendet wird, wird auf Ein interner Turmdrehkran. Stellen Sie sicher, dass er keine strukturellen Mängel aufweist, die den Kran schwächen würden. Auch Schweißnähte und Bolzenverbindungen werden geprüft.

Die Regierung der Vereinigten Staaten legt durch die Arbeitsschutzbehörde besondere Vorschriften fest, die das Gewicht begrenzen, das ein bestimmter Kran heben darf. Die Crane Manufacturers Association of America legt ihre eigenen Sicherheitsstandards fest, die die von der Regierung geforderten übertreffen. Spezielle Vorrichtungen im Kran verhindern, dass der Benutzer versucht, ein Gewicht zu heben, das schwerer als zulässig ist.

Ein fertiger Kran wird zunächst ohne Gewicht getestet, um sicherzustellen, dass alle seine Komponenten richtig funktionieren. Anschließend wird er mit einem Gewicht getestet, um sicherzustellen, dass der Kran schwere Gegenstände ohne Stabilitätsverlust heben kann.

Die Sicherheit hängt letztendlich von der richtigen Verwendung des Krans ab. Kranführer müssen speziell geschult sein, spezielle Tests bestehen und auf visuelle oder körperliche Probleme untersucht werden. Der Kran sollte in jeder Arbeitsschicht überprüft werden, mit einer gründlicheren Kontrolle des Motors und der Hebevorrichtung auf monatlicher Basis. Kranführer müssen sich der Veränderungen der Umgebung bewusst sein, um Unfälle zu vermeiden. Krane sollten beispielsweise nicht bei sehr windigen Bedingungen eingesetzt werden.

Die Zukunft

Kranhersteller suchen ständig nach neuen Wegen, um neue Technologien in ihre Produkte zu integrieren. Künftige Krane werden mehr Sicherheit und Vielseitigkeit mit Computern und Videobildschirmen bieten, die es dem Bediener ermöglichen, schwere Gegenstände mit erhöhter Genauigkeit zu bewegen.

Zeichen der Zukunft sind in einem ungewöhnlichen Kran zu sehen, der kürzlich von James S. Albus vom National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland, entwickelt wurde. Der Stewart Platform Independent Drive Environmental Robot (SPIDER) sieht nicht aus wie ein gewöhnlicher Kran. Stattdessen hat die SPIDER die Form eines Oktaeders (ein rautenförmiger Körper, der aus acht Dreiecken besteht, die in Form von zwei vierseitigen Pyramiden miteinander verbunden sind). Sechs Umlenkrollen tragen sechs Kabel von der obersten Ebene des SPIDER. Die Kabel manipulieren die untere Ebene des SPIDER, die an Werkzeugen oder Greifgeräten befestigt ist. Die sechs Kabel können zusammen oder unabhängig voneinander betrieben werden, sodass die untere Ebene in alle Richtungen bewegt werden kann. Der SPIDER kann schwere Gegenstände bis auf 1 mm (0,04 Zoll) von der gewünschten Stelle anheben und sie innerhalb eines halben Grades des gewünschten Winkels halten. Der SPIDER kann bis zum Sechsfachen seines Eigengewichts heben.