DE19911617A1 - Montagekran - Google Patents

Abstract

Um schwere Lasten zu heben und umzusetzen werden Krananlagen benutzt. Für die Montage auf Baustellen werden mobile Kräne eingesetzt. Wegen ungünstiger Gelände- und Bodenverhältnisse oder bei großen Hubhöhen sind herkömmliche Kransysteme häufig nicht oder erst nach erheblichen Vorbereitungsarbeiten einsetzbar. Mit der Krananlage der hier vorliegenden Erfindung werden die Anwendungsvoraussetzungen erheblich abgemindert. DOLLAR A Die Nutzlast wird mit der Krananlage, die an einem Auftriebskörper hängt, aufgenommen und zum Bestimmungsort verbracht. Das Kransystem ist über das Abspannsystem am Erdboden verankert. Mit dieser Anordnung ist eine stabile flächenabdeckende Kraneinrichtung geschaffen, die schnell und einfach auf- und abgebaut werden kann, und die nur geringe Ansprüche an die Geländeeigenschaften stellt. DOLLAR A Die mobile und vorübergehend ortsfeste schwebende Krananlage kommt vor allem bei Montageaufgaben in unwegsamem Gelände und für extreme Hubhöhen zur Anwendung.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile und vorübergehend ortsfeste Krananlage. Derartige Kranan­ lagen werden, vorzugsweise auf Baustellen als Montagehilfe bei der Errichtung von Bauwerken, aber auch für Aufräumarbeiten in Katastrophengebieten, zur Erschließung neuen Baugeländes usw., eingesetzt.

Unterschiedliche mobile Kräne sind bekannt. Man kann sie in 2 Gruppen einteilen:

Auf dem Boden stehende Krananlagen

Diese Kräne sind meistens zerlegbar und ihre Ausleger sind häufig als zusammenschiebbare Teleskoprohre ausgebildet, so daß sie für den Transport akzeptable Abmessungen haben und handlicher sind. Oft sind sie mit einem eigen Fahrwerk ausgestattet und teilweise verfügen sie über einen eigenen Antrieb (z. B.: Autokran). Die häufigsten Ausführung sind Turmdrehkräne und Drehkräne.

Eine Besonderheit in dieser Gruppe sind die Kabelkräne. Dabei ist das Tragkabel zwischen den beiden hohen Ankerpunkten gespannt; es überbrückt beispielsweise eine Schlucht. Auf dem Kabel bewegt sich eine Laufkatze.

Schwimmkräne

Schwimmkräne stehen auf einem großen Schwimmkörper und verfügen in der Regel über viel Ballast zur Stabilisierung des Systems. Sie werden in Binnengewässern und auf hoher See ein­ gesetzt. Sie sind häufig als Drehkräne ausgeführt und meistens für große Lasten ausgelegt.

Außerdem sind schwebende Hebeeinrichtungen zu erwähnen:

Es gibt Luftschiffe, die für den Transport von großen Lasten benutzt werden, die über ein verti­ kales Liftsystem verfügen, mit dem sie ihre Last zum Be- und Entladen anheben bzw. ablassen können. Während des Be- und Entladens ist das Luftschiff in der Regel am Boden verankert und/oder ausreichend ballastiert. In DE 196 25 297 ist das Verfahren zum Absetzen und Auf­ nehmen von Gütern aus solchen Einrichtungen beschrieben.

In die Gruppe der schwebenden Hebeeinrichtungen ist auch der Transport und das Be- und Entladen einer Hublast mit einem Hubschrauber einzuordnen. Der Hubschrauber, der fliegend praktisch auf der Stelle verharren kann, verfügt ebenfalls über ein vertikales Liftsystem, mit dem er die Hublast auf- und abwärts bewegen kann.

Auf dem Boden stehende Kräne verlangen in der Regel einen horizontalen und festen Unter­ grund. Für den üblichen Transport wird eine geeignete Infrastruktur (Straße, Schiene etc.) vor­ ausgesetzt. Bei schlechten Geländeverhältnissen steigen die Transportkosten und Vorberei­ tungen für die Aufstellung enorm.

Schiffskräne haben häufig tiefen Seegang und können deshalb nicht in allen Gewässern einge­ setzt worden.

Die hier genannten mobilen Kräne sind in ihrer Anwendung (Höhe und Ausladung) meist eng begrenzt.

Die schwebende Hebeeinrichtung mit dem Luftschiff muß zum Be- und Entladen jeweils aus­ gleichend ballastiert werden und verankert sein. Sie eignet sich deshalb nicht zur Umshiftung von Lasten mit kurzen horizontalen Nutzlastwegen, dafür den Ortswechsel umfangreiche Vor­ kehrungen erforderlich sind.

Die Montage mit Hubschraubern ist sehr konstenintensiv. Es wird viel Energie verbraucht. Das Monövrieren der Last ist schwierig und ungenau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Krananlage zu entwickeln, die in schwierigem Gelände (steil und unwegsam) - auch ohne große Vorbereitungsarbeiten - schnell einsetzbar ist.

Die Erfindung baut auf dem Gedanken auf, einen Kran zu bauen, der seine vertikale Last (Ei­ gengewicht und Nutzlast) nicht nach unten (auf den Boden) ableitet, sondern der an einem oder mehreren Luftauftriebskörpern (z. B. an einem Luftschiff oder an Ballons) angehängt ist, und sich somit vertikal in der umgebenden Luft abstützt. Im Gegensatz zu den oben beschrie­ benen schwebenden Hebeeinrichtungen (Luftschiff, Hubschrauber) ist jedoch vorgesehen, daß der Kran während der Kranarbeiten am Boden rückverankert bleibt, und dabei - wie bei Krä­ nen üblich - die Hublast angehoben, seitlich transportiert und wieder abgelassen werden kann. Das Sichern gegen Abheben vom Boden erfolgt mit dieser Rückverankerung (Abspannung), die in vielen Fällen gleichzeitig der horizontalen Abstützung der Krananlage dient.

Bei dem konstruktiven Entwurf einer derartigen Krananlage sollen die folgende Anleitungen be­ rücksichtigt werden:

Das Gewicht der Krananlage soll möglichst gering sein, damit ein großer Anteil der Auftriebs­ kraft zur Aufnahme der Hublast verbleibt. Geeignet hierfür ist beispielsweise eine Seilkonstruk­ tion (mit hoher Seilfestigkeit), die außerdem den Vorteil hat, daß sie klein verpackt und in einem Luftschiff bequem transportiert werden kann.

Die Wirkungslinie der Lastresultierenden aus Eigengewicht und Nutzlast soll möglichst nahe durch das Zentrum des Auftriebskörpers verlaufen.

Die Bewegungsantriebe sind - soweit zweckmäßig - am Boden zu stationieren.

Die Systemrückhaltung und seitliche Stabilisierung des Kransystems soll durch eine (Seil-)Ab­ spannung erfolgen. Die zulässige Hublast ist so zu begrenzen, daß in den Gliedern der Abspan­ nung eine ausreichende Vorspannkraft verbleibt, um die seitliche Stabilität des Systems zur Aufnahme der Horizontalkräfte aus Wind, Schrägzug, Beschleunigung usw. sicherzustellen.

Falls die Auftriebskraft im konkreten Fall weit überdimensioniert ist, kann zur Entlastung der Ab­ spannung und Rückverankerung ein Entlastungsgewicht in die Traglastkette eingefügt wer­ den.

Die Anforderungen an die Gelände-Topographie und die Bodenverhältnisse sowie die Anfor­ derungen an die Vorbereitungsarbeiten sind gering zu halten. Statt einer Verankerung in einem künstlichen Fundament ist die Rückhaltung durch Ballast (Wasser, Sand usw.) oder Nutzung natürlicher Geländegegebenheiten (z. B.: Befestigung an einem herausragenden Felsblock) Vorrang einzuräumen. Zur Ballastierung der Ankerpunkte sind auch die für den Kranbetrieb er­ forderlichen Maschinen (Winden, Stromerzeuger etc.) mit einzubeziehen.

Für die Hublastbewegung sind einfache und robuste Vorrichtungen vorzusehen (z. B. Winden), die getrennte oder kombinierte horizontale und vertikale Bewegungen der Last ermöglichen. Um den Energieverbrauch gering zu halten, sollte die Anlage möglichst gut der konkreten An­ wendung (maximale Nutzlast und Hubhöhe, Bedienfläche, Geschwindigkeit usw.) angepaßt sein.

Unter Berücksichtigung der erwähnten Parameter lassen sich mit Hilfe der o. g. Regeln eine Fül­ le von Krananlagen entwerfen. Eine mögliche Konstruktion, die die genannten Kriterien erfüllt, wird nachfolgend vorgestellt:

Die Konstruktion ist in Abb. 1 dargestellt. Man erkennt den Auftriebskörper 1, an dessen Unterseite die Lastkette, bestehend aus einem Entlastungsgewicht 2, dem Hubwerk 3 und der Hublast (Nutzlast) 4, hängt. Die Abspannung besteht aus 3 Seilen 5, die oben in einem Knoten zusammengefaßt sind, und deren unteres Ende in Seilwinden 6 münden, die auf dem Boden stehen. Im Knoten der Abspannung sind ebenfalls die Lastkette und der Auftriebskörper befe­ stigt. Alle Glieder sind gelenkig im Knoten angeschlossen.

Der Auftriebskörper 1 ist ein Luftschiff, das sich frei in den Wind drehen kann, wodurch die Windkräfte auf die Abspannung niedrig gehalten werden.

Die gedachte Verbindungslinien der 3 Winden 6 bilden im Grundriß ein 3-Eck. Die elektrischen Winden sind ausreichend mit Ballast beschwert, so daß sie nicht verankert werden müssen. Das elektrische Hubwerk 3 dient zum Heben und Senken der Nutzlast 4. Bei Beibehaltung der Seilverankerungspunkte (hier: Standort der Seilwinden) und durch unterschiedliches Kürzen bzw. Verlängern der einzelnen Abspannseile wird erreicht, daß sich die Lage des Knotens ver­ ändert. Die Lastkette und der Auftriebskörper wandern mit. Die Lage des Knotens ergibt sich aus den geometrischen Zusammenhängen, die durch die Lage der Seilankerpunkte und der Sehnenlängen der einzelnen Abspannseile beschrieben wird. Siehe auch Abb. 5. Die Seillän­ genänderungen erfolgen durch entsprechende Betätigung der Winden (Auf- bzw. Abwickeln der Seile). Die vom Kran zu bedienende Grundrißfläche liegt innerhalb des oben erwähnten 3-Ecks. Wegen des Durchhängens der Seile (verursacht vom Seileigengewicht) kann nicht die ganze Fläche bedient werden.

Für die Handhabung der Krananlage wird eine rechnerunterstützte ferngesteuerte Bedie­ nungsanlage benutzt, die die 3 Winden und das Hubwerk synchron steuert.

In den Abb. 2 bis 4 sind einige weitere Krananlage dargestellt:

Abb. 2 zeigt einen Kabelkran. Die Laufkatze hängt an einem Luftauftriebskörper und entlastet damit entscheidend das Tragkabel. Im leer fahrenden Betrieb (also ohne Nutzlast) wirkt das Tragkabel als Rückverankerung gegen das Abheben des Katze. Gegenüber der herkömmli­ chen Kabelkran-Konstruktion kann diese hier wesentlich leichter ausgeführt werden.

In Abb. 3 wird eine Konstruktion gezeigt, bei der die feste Bodenverankerung der Abspannung durch eine bewegliche - hier ein schweres Kettenfahrzeug - ersetzt wird.

In Abb. 4 erkennt man einen Kranträger mit Laufkatze und Hubwerk, der an ein Luftschiff ge­ hängt ist. Gut zu sehen ist die Spreizung der Abspannkonstruktion in Längsrichtung. Quer da­ zu sind die Seile ebenfalls gespreizt. Der Kranträger ist in allen Richtungen gut gehalten.

Die geometrischen Zusammenhänge bei der Verschiebung des Lasthaken durch Kürzen bzw. Verlängern der Abspannseile wird in Abb. 5 verdeutlicht. Gezeigt werden 2 unterschiedliche Laststellungen.

Die Erfindung, nachfolgend "schwebende Krananlage" genannt, weist erhebliche Vorteile ge­ genüber dem Stand der Technik auf:

Die schwebende Krananlage ist von den vorhandenen Geländeeigenschaften fast gänzlich un­ abhängig, da die Verankerung der Abspannseile sehr einfach dem Gelände angepaßt werden kann. Falls die Bodenbeschaffenheiten keine Verankerung zulassen, kann die Befestigung auch durch Verwendung schwerer Gewichte (Ballast) erzielt werden.

Ist die Erreichbarkeit des Bestimmungsortes besonders schwierig - beispielsweise wegen feh­ lender oder zerstörter Infrastruktur, bietet sich die Kombination Transport per Luftschiff mit an­ schließender Anwendung des Luftschiffes als tragendes Teil der schwebenden Krananlage an. Diese kombinierte Nutzung verspricht besonders effizient zu sein.

Im Gegensatz zu der Hebeeinrichtung (Vertikallift) eines Transport-Luftschiffes nach DE 19 96 10 25 297 kann bei der schwebenden Krananlage die Nutzlast auch in horizontaler Rich­ tung verschoben werden, ohne daß eine Änderung der Systemanordnung, die mit großem Auf­ wand verbunden ist (Ballastieren, Lösen, Versetzen, Befestigen in anderen Ankerpunkten usw.) erforderlich wird. Sie ist daher für typische Kranarbeiten - Umshiften von Lasten bei relativ kurzen horizontalen und vertikalen Wegen - gut geeignet.

Gegenüber der "Hubschrauberlösung" sind die Energiekosten der schwebenden Krananlage gering, die Manövrier-Schwankungen der Nutzlast klein und die Umweltbelastung vernachläs­ sigbar gering.

Die schwebende Krananlage ist einfach zu montieren und zu warten. Sie kann schnell auf- und abgebaut werden.

Ein ganz entscheidender Vorteil der Erfindung ist darin begründet, daß die schwebende Kran­ anlage - im Gegensatz zu üblichen Montagekranen - in der Anwendungshöhe kaum begrenzt ist. Der bzw. die Auftriebskörper können fast beliebig hoch schweben. Die Begrenzung ergibt sich lediglich aus der Zunahme des Eigengewichtes bei Verlängerung der Abspannseile und des Hubseils. Mit der großen Anwendungshöhe ergeben sich Möglichkeiten für völlig neuar­ tige Montagetechniken hoher Bauwerke (Türme, Hochhäuser usw.) aus vorgefertigten Sektio­ nen.

Claims (7)

1. Krananlage zum Anheben, Senken und horizontalem Transportieren von Nutzlasten mittels einer Vorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist,
daß die vertikale Last aus Eigengewicht und Nutzlast ganz oder teilweise von einem oder meh­ reren Luftauftriebskörpern (1) getragen wird,
daß die Vorrichtung gegen das Abheben vom Boden durch eine bodenverankerte Abspann­ konstruktion (5) - die ein Entladen der Nutzlast auch ohne Gewichtsausgleich (Ballast) zuläßt - gehalten wird, und
daß der Lasthaken weiträumig horizontal und vertikal verschoben werden kann.

2. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile der Abspannkonstruktion gespreizt werden und dadurch ein ebenes oder räumli­ ches Fachwerk bilden, daß die Krananlage gegen seitliches Auslenken aussteift.

3. Anspruch nach 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Nutzlast durch ein Hubwerk, das direkt oder indirekt mit dem Auftriebskörper verbun­ den ist, angehoben oder abgesenkt werden kann.

4. Anspruch nach 1, gekennzeichnet dadurch, daß die jeweiligen Seillängen der Abspannkonstruktion durch zwischengeschaltete Winden oder adequate Hilfseinrichtungen gekürzt oder verlängert werden, so daß eine Verschiebung des Nutzlastaufhängepunktes entsteht.

5. Anspruch nach 1, gekennzeichnet dadurch, daß 2 Seilstränge der Abspannkonstruktion als durchlaufendes Seil ausgebildet sind, deren Stranglänge durch die Drehung der Umlenkrolle, auf der das durchlaufende Seil rutschfest auf­ liegt, für den einen Strang gekürzt und für den anderen Strang verlängert wird, und sich da­ durch die Lage des Knotens der Abspannvorrichtung und des Lastaufhängepunktes verändert.

6. Anspruch nach 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Fußpunkte der Abspannkonstruktion als schweres Fahrzeug, das die Bodenhaftung behält, ausgebildet sind und vorwiegend zur Horizontalverschiebung des Lastaufhängepunk­ tes verfahren werden können.

7. Anspruch nach 1, gekennzeichnet dadurch, daß der oder die Luftauftriebskörper durch motor- oder raketen-angetriebene Luftfahrzeuge (Hubschrauber u. ä.) ersetzt werden.