DE10307618A1

DE10307618A1 - Brücken- oder Portalkran

Info

Publication number: DE10307618A1
Application number: DE2003107618
Authority: DE
Inventors: Hermann Franzen; Jannis Moutsokapas
Original assignee: Gottwald Port Technology GmbH
Current assignee: Demag Cranes and Components GmbH
Priority date: 2003-02-22
Filing date: 2003-02-22
Publication date: 2004-09-09
Also published as: WO2004074158A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen automatisierbaren Brücken- oder Portalkran, insbesondere Container-Stapelkran, dessen Brücke (3) aus einer biege- und torsionssteifen, aus einem jeweils aus Haupt- und Kopfträgern zusammengefügten Rahmen besteht, der eine Festlager- und eine Loslagerseite aufweist. Aufgabe ist es, den Brücken- oder Portalkran so zu verbessern, dass die Summe der elastischen Verformungen der Kran-Stahlkonstruktion und der Kranfahrbahn (2) die erforderliche Positioniergenauigkeit nur unwesentlich beeinflusst und Horizontalkräfte aus Schräglauf weitgehend minimiert werden. Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass an allen vier Eckpunkten der Brücke (3) je ein Balancier (12.1) mit jeweils mindestens zwei auf der Kranfahrbahn (2) verfahrbaren Schienenrädern (12.2) um eine quer zur Fahrtrichtung der Brücke (3) ausgerichtete horizontale (Y) und eine vertikale dazu ausgerichtete Achse (Z) gelenkig gelagert ist, und dass die auf der Loslagerseite vorgesehenen Balanciers (12.1) zusätzlich um eine in Fahrtrichtung der Brücke (3) ausgerichtete horizontale (X) Achse verschwenkbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brücken- oder Portalkran, insbesondere einen in Container-Terminals auf den Schienen hochgelegter Kranfahrbahnen automatisch operierenden Zweiträger-Brückenkran, dessen Brücke aus einem jeweils aus Kopf- und Hauptträgern zusammengefügten Rahmen besteht, auf der eine Katze mit einem Hubwerk verfahrbar ist, wobei die Brücke eine Festlager- und eine Loslagerseite aufweist.
Üblicherweise werden Brückenkrane als Zweigelenkrahmensystem mit zwei Festlagerseiten gebaut. Doch das Zweigelenkrahmensystem kann bei Belastung große Horizontalverschiebungen der Auflagerpunkte erfahren, was zu einer ungewollt großen Verringerung der Schienenabstände auf der Kranfahrbahn und auf den Nachbar-Kranfahrbahnen zu einer ungewollten Vergrößerung der Schienenabstände führen kann. Auch treten bei dieser Konstruktion Zwangsspannungen in Folge von Temperaturänderungen auf, die bei der Bemessung des Brückenkrans und des Kranbahnsystems zu berücksichtigen sind.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 36 27 983 A1 ist ein Brückenkran mit zwei Hauptträgern bekannt, deren Enden auf der Festlagerseite der Kranfahrbahn starr durch einen ersten, ein Schienenfahrwerk aufweisenden Kopf- oder Endträger miteinander verbunden sind, und die auf der gegenüberliegenden Loslagerseite quer zur Verfahrrichtung der Brücke beweglich auf einem zweiten, ebenfalls mit einem Schienenfahrwerk versehenen Kopfträger aufliegen, wobei ein zusätzlicher die beiden Hauptträger verbindender Querträger für die notwendige Stabilität der Brücke sorgt. An dem zweiten Kopfträger ist eine Konsole fliegend auskragend befestigt, die sich im Wesentlichen horizontal nach innen erstreckt und sich an dem Querträger gelenkig abstützt. Laufrollen zwischen dem loslagerseitigen Kopfträger und den diesen übergreifenden Enden der Hauptträger gestatten einen horizontalen Ausgleich beim Verfahren der Brücke. Diese Lösung ist aufwendig und löst nicht die Probleme, die sich aus dem Schräglauf der Brücke ergeben können.

In einem halbautomatischen Container-Terminal in Singapur wurden die Probleme des Schräglaufes und der Horizontalverschiebung durch aufwendige konstruktive Maßnahmen, beispielsweise massive Ausbildung des Untergrunds, der säulenartigen Stützen und der Kranbahnträger, sowie durch den Einsatz einer Korrektur- und Positioniereinrichtung des Lastaufnahmemittels umgangen. Andere Container-Terminals, wie beispielsweise bei ECT (Rotterdam), Felixstowe (GB) und HHLA (Hamburg), in denen Portalkrane eingesetzt werden, betreiben einen erheblichen kostenintensiven Aufwand bei der periodischen Regenerierung der auf dem Boden befindlichen Kranfahrbahn. Das steht häufig der Bemühung entgegen, das Verhältnis der Kosten der Kranfahrbahn zu den Kosten des Brücken- oder Portalkrans in einer wirtschaftlich sinnvollen Verhältnis zu halten.

Bei der Konstruktion und Auslegung von Brücken- oder Portalkranen sind grundsätzliche Bedingungen zu beachten. So darf die Summe der elastischen Verformungen der Kran-Stahlkonstruktion und der Kranfahrbahn die durch die Automatisierung der Krane erforderliche Positioniergenauigkeit nur unwesentlich beeinflussen. Die Lastführung muss sich auch unter extremen Wetterbedingungen, insbesondere bei starkem Wind, in einem engen Toleranzfeld bewegen. Bei gewöhnlich mehreren parallel nebeneinander und/oder in Reihe hintereinander auf hochgelegten Kranfahrbahnen operierenden Brückenkranen dürfen die Stützsäulen und/oder die Kranfahrbahnen durch die dynamischen Kräfte der Radlasten nicht derart verformt werden, dass ein Positionieren der Last im vorgegebenen Toleranzfeld unmöglich wird. Die Horizontalkräfte aus dem Schräglauf sollen minimiert werden, optimal bis zum formschlussfreien Fahren. Bei Betätigung von Not-Aus soll die Bremsanlage, unabhängig von den dynamischen Radlasten, immer konstante Bremskräfte erzeugen; die Bremsanlage soll auch die Funktion der Stillstandsbremse übernehmen, nach dem Erreichen der vorbestimmten Position im Containerlager soll der Kran spielfrei auf den Schienen positioniert werden. Bisher wurde die Funktion der Stillstandsbremse über den Antriebsstrang übersetzt bis zum Schienenrad weitergeleitet, mit dem Nachteil, dass die Summe der Spiele im Antriebstrang (Motorbremse – Motor – Kupplung – Getriebe – Schienenrad) eine absolute Positionierung unmöglich machte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Brücken- oder Portalkran so zu verbessern, dass die Summe der elastischen Verformungen der Kran-Stahlkonstruktion und der Kranfahrbahn die für die Automatisierung der Krane erforderliche Positioniergenauigkeit nur unwesentlich beeinflusst, und dass sich der Kran, auch unter ungünstigen Witterungsbedingungen den Toleranzen der Schienenverlegung optimal anpassen kann, wobei Horizontalkräfte aus Schräglauf weitgehend minimiert werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass an allen vier Eckpunkten der Brücke je ein Balancier mit jeweils mindestens zwei auf den Schienen der Kranfahrbahn verfahrbaren Schienenrädern um eine quer zur Fahrtrichtung der Brücke ausgerichtete horizontale und eine vertikal dazu ausgerichtete Achse gelenkig gelagert ist und dass die auf der Loslagerseite vorgesehenen Balanciers zusätzlich um eine in Fahrtrichtung der Brücke ausgerichtete horizontale Achse verschwenkbar sind.

Der Brücken- oder Portalkran, der im Wesentlichen aus der biege- und torsionssteifen Stahlkonstruktion, der Brücke mit Schienenfahrwerken, der Katze mit Schienenfahrwerken sowie dem Hubwerk mit seiner starren Lastführung besteht, ist statisch als ein Dreigelenkrahmen darstellbar. Die Brücke besitzt eine Fest- und eine Loslagerseite, an den Eckpunkten der Kopfträger sind die Balancier um zwei Achsen gelenkig gelagert ist. Diese sogenannten Bogies erhalten loslagerseitig einen zusätzlichen dritten Freiheitsgrad. Erfindungsgemäß sind somit die Bogies der Festlagerseite mit dem Freiheitsgrad in Y- und Z-Richtung und die Bogies der Loslagerseite in X, Y- und Z-Richtung gelagert.

Die Erfindung hat den deutlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass hohe Kosten verursachende enge Ausführungstoleranzen für die Kranfahrbahn, insbesondere bei der Verlegung der Schienen, sowie enge Fertigungstoleranzen des Stapelkrans nicht mehr erforderlich sind. Veränderungen, z.B. aus den elastischen Verformungen des Gesamtsystems, beeinflussen als systematische, d.h. unter allen Gegebenheiten (interne und externe Einwirkungen auf die Anlage) reproduzierbare Abweichungen die Positioniergenauigkeit nicht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nahe der Schienenräder mindestens zwei Führungsrollenpaare um vertikale Achsen drehbar gelagert sind, von denen zur Spurführung des Balanciers jedes Führungsrollenpaar die Schiene beidseitig umgreift. Diese Lösung ermöglicht eine verbesserte verschleißfreie Spurführung gegenüber dem eingangs beschriebenen Stand der Technik, der lediglich zweiseitige Spurkränze an den Laufrädern der Brücke vorsieht.

Nach einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Haupt- und Kopfträger der Stahlkonstruktion der Brücke aus Kastenträgern formstabil zusammengeschweißt sind und in ihren Eckbereichen mit sich nach unten erstreckenden Konsolen versehen sind, in denen die vertikalen und quer zur Fahrtrichtung der Brücke ausgerichtete horizontalen Schwenkachsen für die Balanciers angeordnet sind, wobei jede festlagerseitige Konsole fest mit der Stahlkonstruktion verbunden ist und jede loslagerseitige Konsole um die in Fahrtrichtung der Brücke ausgerichtete horizontale Achse verschwenkbar an der Stahlkonstruktion angelenkt ist.

Miteinander verschweißte Kastenträger weisen eine besonders hohe Formstabilität auf. Zusammen mit der vertikalen und horizontalen Lagerung der Bogies auf der Festlagerseite und der Lagerung in den senkrecht zueinander ausgerichteten X-, Y- und Z-Ebenen auf der Loslagerseite wird ein gleichmäßiges Abtragen der Horizontalkräfte und somit eine optimierte Auslegung der Kranfahrbahn, der Schiene und deren Befestigung ermöglicht. Die Reproduzierbarkeit der Position der Container in einem vorgegebenen Toleranzfeld wird vor allem im automatisierten Betrieb sichergestellt, ohne dass Korrekturmaßnahmen vorzusehen sind bzw. eingeleitet werden müssen.

Weiterhin ist vorgesehen, dass bei Anordnung mehrerer parallel nebeneinander auf hochgelegten Kranfahrbahnen operierender Brückenkrane, sich zwei benachbarte Brückenkrane eine Kranfahrbahn mit zwei Schienen teilen, auf denen sich die Festlagerseite des einen Krans und die Loslagerseite des anderen Krans abstützen. Es befinden sich also zwei Schienen auf einer Kranfahrbahn; auf der einen Schiene stützt sich die Festlagerseite des einen Krans und auf der anderen Schiene die Loslagerseite des anderen Krans ab. Die Lastabtragung der Massenkräfte infolge der Katzfahrten auf den Hauptträgern kann somit definiert in nur eine der Kranfahrbahnen auf der Festlagerseite der Brücke erfolgen.

Zur Minimierung der Horizontalkräfte aus dem Schräglauf, optimal bis zum formschlussfreien Fahren, ist der automatische Brückenkran nach einem anderen ausgestaltenden Merkmal der Erfindung mit einer Gleichlaufregelung, wie sie an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, ausgerüstet.

Schließlich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Brückenkran mit einer vom Antriebsstrang unabhängigen Bremsanlage ausgerüstet ist, die es ermöglicht, in Verbindung mit der starren Lastführung und der Brückengestaltung als Dreigelenkrahmen, die Reproduzierbarkeit der Position der Container, abhängig von den statischen und mechanischen Parametern, wie z.B. Position der Katze, exzentrische Schwerpunktlage der Ladung, sowie die Längenveränderung der Brücke in Y-Richtung durch Temperatureinfluss, sicherzustellen.

Die Vorteile der Erfindung werden in der verbesserten Wirtschaftlichkeit des Container-Teminals durch die Optimierung des Brückenkranes und der daraus resultierenden, optimalen Gestaltung der Kranfahrbahn gesehen. Die Performance des gesamten Terminals wird durch die Maßnahmen der Erfindung erhöht, weil es bei der üblichen Verwendung mehrerer parallel operierender Krane keine gegenseitige Beeinflussung der Krane untereinander und dadurch auch keine Einschränkungen der Operationen im Containerlager gibt. Da eine Positionierung der Container im Containerlager möglich ist, ohne Korrekturmaßnahmen vorzusehen bzw. einzuleiten, eignet sich der erfindungsgemäße Kran insbesondere zur automatischen Verwendung.

Eine weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der vorgesehenen vertikalen Lagerung und der entstehenden Balancierwirkung. Kurze Bogies können sich den Gegebenheiten aus den zulässigen Toleranzen der Schienenverlegung besser anpassen, als ein starres über die gesamte Kranbreite verlaufenes Fahrwerk. Die vertikale Lagerung der Bogies ermöglicht auf der Festlagerseite ein gleichmäßiges Abtragen der Horizontalkräfte und somit eine optimierte Auslegung der Kranfahrbahn, der Schienen und deren Befestigung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf einen Brückenkran, der in einem Container-Terminal auf hochgelegten Kranfahrbahnen operiert, sie gilt aber auch, analog in Bezug auf den maschinenbautechnischen Teil, für Portalkrane, die auf den auf dem Boden befindlichen Schienen verfahren. Es zeigt:
1 einen erfindungsgemäßen automatischen Container-Stapelkran,
2 die starre Konsole der Festlagerseite und die schwenkbare Konsole der Loslagerseite im Detail,
3 einen Bogie mit dem Balancier und Bremsanlage sowie
4 eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Stapelkrans.
Die 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den automatischen Mehrträger-Brückenkran 1 als Container-Stapelkran auf der hochgelegten Kranfahrbahn 2. Die säulenartigen Stützen 2.1 tragen den Kranbahnträger 2.2, auf dem das Schienenpaar 2.3 die Basis für den Brückenkran 1 bildet. Die zweiten, parallelen Schienen 2.4 auf dem Kranbahnträger 2.2 sind jeweils ein Teil der Schienenpaare auf den Kranbahnträgern der Nachbar-Brückenkrane.
Der Stapelkran besteht im Wesentlichen aus der Stahlkonstruktion der Brücke 3, der Katze 4 und dem Hubwerk 5 mit der starren Lastführung 6. Die Stahlkonstruktion der Brücke 3 besitzt eine Festlagerseite 7 und eine Loslagerseite 8. Auf der Festlagerseite 7 sind die beiden starren Konsolen 9 fest, auf der Loslagerseite 8 die beiden schwenkbaren Konsolen 10 über ein Drehgelenk 11, mit der Stahlkonstruktion der Brücke 3 verbunden. An allen vier Eckpunkten der Brücke ist je ein Bogie 12 mit Balancier 12.1, jeweils zwei Schienenrädern 12.2 und vier Führungsrollen 12.3 gelenkig gelagert.
Die vertikalen Drehlagerungen der Bogies 12 an den starren Konsolen 9 und an der schwenkbaren Konsolen 10, jeweils in Z-Richtung, sind in der Skizze 1 nicht dargestellt, sie sind jedoch in der vergrößerten Darstellung der 2 erkennbar.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung die vertikale Lagerung der Z-Achse 13 der Bogies 12, und zwar in der rechten Zeichnungshälfte die der starren Konsole 9 der Festlagerseite 7 und in der linken Zeichnungshälfte die der um die Lagerung der X-Achse 14 schwenkbaren Konsole 10 der Loslagerseite 8. Basis der Bogieaufhängung sind die Lagerpunkte der Y-Achse 15.
3 zeigt in Schnittdarstellung ein Bogie 12 mit dem Balancier 12.1. Erkennbar sind die horizontalen Schienenräder 12.2 und die vertikalen Führungsrollen 12.3, sowie der Lagerpunkt der Y- Achse 15 am Balancier 12.1. Neben den beiden Schienenrädern erkennt man die vom Antriebsstrang unabhängige, unmittelbar auf die Schienen wirkende Bremsanlage 16.
4 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung den automatischen Container-Stapelkran 1 in Brückenbauweise. Das Schienenpaar 2.3 bildet die Basis für den Stapelkran 1. Die zweiten, parallelen Schienen 2.4 sind jeweils ein Teil der Schienenpaare auf den Kranbahnträgern der Nachbarkrane.
Erkennbar sind auch hier die Brücke 3 und die Katze 4. An der Brücke 3 sieht man die Festlagerseite 7 und die Loslagerseite 8. Auf der Festlagerseite sind die beiden starren Konsolen 9 fest, auf der Loslagerseite sind die beiden schwenkbaren Konsolen 10 über das Drehgelenk 11 mit der der Brücke 3 verbunden. An allen vier Eckpunkten der Brücke ist je ein Bogie 12 mit Balancier 12.1, mit jeweils zwei Schienenrädern 12.2 und vier Führungsrollen 12.3 gelenkig gelagert.

1: Brückenkran (Stapelkran)
2: Hochgelegte Kranfahrbahn
2.1: Säulenartige Stütze
2.2: Kranbahnträger
2.3: Schienenpaar
2.4: Schienenpaar
3: Brücke
4: Katze
5: Hubwerk
6: Starre Lastführung
7: Festlagerseite
8: Loslagerseite
9: Starre Konsole
10: Schwenkbare Konsole
11: Drehgelenk
12: Bogie
12.1: Balancier
12.2: Schienenräder
12.3: Führungsrolle
13: Lagerung der Z-Achse
14: Lagerung der X-Achse
15: Lagerpunkte der Y-Achse
16: Bremsanlage

Claims

Brücken- oder Portalkran, insbesondere in Container-Terminals auf den Schienen hochgelegter Kranfahrbahnen (2) automatisch operierender Zweiträger-Brückenkran (1), dessen Brücke (3) aus einem aus jeweils Kopf- und Hauptträgern zusammengefügten Rahmen besteht, auf der eine Katze (4) mit Hubwerk (5) verfahrbar ist, wobei die Brücke (3) eine Festlager- (7) und eine Loslagerseite (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an allen vier Eckpunkten der Brücke (3) je ein Balancier (12.1) mit jeweils mindestens zwei auf den Schienen (2.3; 2.4) der Kranfahrbahn (2) verfahrbaren Schienenrädern (12.2) um eine quer zur Fahrtrichtung der Brücke (3) ausgerichtete horizontale (Y) und eine vertikal dazu ausgerichtete Achse (Z) gelenkig gelagert ist, und dass die auf der Loslagerseite (8) vorgesehenen Balanciers (12,1) zusätzlich um eine in Fahrtrichtung der Brücke (3) ausgerichtete horizontale Achse (x) verschwenkbar sind.
Brücken- oder Portalkran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nahe der Schienenräder (12.2) mindestens zwei Führungsrollenpaare (12.3) um vertikale Achsen drehbar gelagert sind, von denen zur Spurführung des Balanciers (12.1) jedes Führungsrollenpaar (12.3) die Schiene (2.3; 2.4) beidseitig umgreift.
Brücken- oder Portalkran nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt- und Kopfträger der Stahlkonstruktion der Brücke (3) aus Kastenträgern formstabil zusammengeschweißt sind und in ihren Eckbereichen mit sich nach unten erstreckenden Konsolen (9, 10) versehen sind, in denen die vertikalen und quer zur Fahrtrichtung der Brücke ausgerichteten horizontalen Schwenkachsen (Y) für die Balanciers (12.1) angeordnet sind, wobei jede festlagerseitige Konsole (9) fest mit der Stahlkonstruktion der Brücke (3) verbunden ist und jede loslagerseitige Konsole (10) um die zusätzlich in Fahrtrichtung der Brücke (3) ausgerichtete horizontale Achse (14) verschwenkbar an der Stahlkonstruktion der Brücke (3) angelenkt ist.
Brücken- oder Portalkran nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung mehrerer parallel nebeneinander, auf hochgelegten Kranfahrbahnen (2) operierender Brückenkrane (1), sich zwei benachbarte Brückenkrane (1) eine Kranfahrbahn (2) mit zwei Schienen (2.3, 2.4) teilen, worauf sich die Festlagerseite des einen Krans (1) und die Loslagerseite des anderen Krans (1) abstützen.
Brücken- oder Portalkran nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenkran (1) mit einer Gleichlaufregelung ausgerüstet ist.
Brücken- oder Portalkran nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brückenkran (1) mit einer vom Antriebsstrang unabhängigen Bremsanlage (16) ausgerüstet ist.