Für die Errichtung hoher Bauwerke, Wohnhäuser, Industrieanlagen, Brücken usw. werden Baukräne benötigt, die große Lasten an die entsprechende Stelle der Bauwerke transportieren und heben können. Bei der Auswahl des entsprechenden Baukrans ist maßgeblich der Bereich entscheidend, in welchem er später bei der Errichtung der Bauwerke eingesetzt werden soll.
Es gibt viele verschiedene Ausführungen von Baukränen. Entscheidend für die Auslegung eines Baukrans sind unter Anderem allerdings nur 3 wichtige Anforderungen die unbedingt zu berücksichtigen sind:
1) Maximale Höhe der zu hebenden Last, hier gibt es auch den Begriff der Hakenhöhe, allerdings muss beachtet werden, dass die Last incl. der Anschlagmittel, Ketten usw. noch zur Hakenhöhe dazu zu rechnen ist.
2) Das maximale Lastgewicht
3) Aktionsradius des Baukranauslegers, auch maximale Ausladung genannt.
Diese Anforderungen bestimmen auch die notwendige Fläche und die Bodenbeschaffenheit für die Aufstellung des Baukrans auf der Baustelle.
Die meisten heute verwendeten stationären Baukräne sind:
Unten drehender Turmkran
Oben drehender Turmkran
Krantechnik unten drehender Turmkran
Beim sich unten drehendem Turmkran ist der vertikal stehende Hauptmast incl. oben angebrachtem Ausleger unten auf einer stabilen Tragkonstruktion montiert. Diese Tragkonstruktion, die auch die entsprechenden Gegengewichte für die Standsicherheit aufnimmt, ist wiederum über eine sogenannte Kugel-Drehverbindung mit der Unterkonstruktion der Krananlage verbunden.
Die Unterkonstruktion hat die entsprechenden Abstützungs-Elemente zur Aufstellung des Krans auf dem Boden. Für die Stand-Sicherheit sind mindestens 4 Abstützungs-Punkte mit einem entsprechenden Abstand zueinander notwendig.
Die Anordnung der großen Gegengewichte ist so platziert, dass sich der Gesamtschwerpunkt der Gegenwichte immer innerhalb der 4 Abstützungspunkte bei einer vollständigen Umdrehung des Kranes befindet. Diese Anordnung verhindert, dass die Gegengewichte ein Drehmoment ausserhalb der Abstützpunkte erzeugen können was die Standsicherheit negativ beeinflussen würde.
Die Kugel-Drehverbindung ermöglicht die Drehung des Bau-Krans gegenüber der Unterkonstruktion.
Eine Kugel-Drehverbindung ist ein großes Rollenlager, das außer Drehbewegungen auch hohe Drehmomente übertragen kann die im späteren Betrieb des Baukrans durch unterschiedliche Belastungs-Momente auftreten. Der Durchmesser einer Kugeldrehverbindung kann bis zu mehreren Metern erreichen, je nach Größe der oben aufgesetzten Konstruktion.
An der Kugeldrehverbindung ist am oberen Teil, der mit der Tragkonstruktion einschließlich Turm und oberen Ausleger verbunden ist, ein umlaufender Zahnkranz aufgeschraubt. Über einen Antriebsmotor mit einem kleinen Zahnrad, das sich auf der Motorwelle befindet und mit der oberen umlaufenden Verzahnung der Kugel-Drehverbindung im Eingriff ist, kann der Kran so in die gewünschte Position gedreht werden.
Am oberen Ende ist bei der Krantechnik am Hauptturm der Ausleger angebracht, über den die zu bewegende Last dann in die gewünschte Position befördern werden kann. Der Ausleger wird durch eine Halteseil-Konstruktion am oberen Ende des Turms in horizontaler Lage gehalten. Folgende Abbildung zeigt diese Halteseile
Auf der unteren Seite des Auslegers ist eine sogenannte Laufkatze angebracht, die über die gesamte Länge des Auslegers über einen Seilantrieb hin und her bewegt werden kann. Bei der Bewegung der Laufkatze wird durch eine sich darin befindliche Rollenkonstruktion auch das Tragseil über die gesamte Länge der Laufkatzenbahn positioniert. Die Antriebsmotoren für das Tragseil und die Laufkatze befinden sich auf der unteren Tragkonstruktion und bewegen sich mit dem Hauptturm.
Folgende Abbildung zeigt eine Laufkatze mit den Tragseilen
Es gibt allerdings auch Kran-Ausführungen, bei denen das Halte-Seil für den Ausleger durch einen Antriebsmotor verkürzt oder verlängert werden kann. Dadurch ändert sich der Winkel des Auslegers, der drehbar am Hauptturm befestigt ist. Es gibt bei dieser Konstruktion auch keine Laufkatze mehr für die Positionierung der Last, sondern das Tragseil wird am vorderen Ende des Auslegers über eine Rolle nach unten geführt. Die Positionierung der Last auf einen bestimmten Radius ist dann nur noch durch das Verändern des Winkels des Auslegers zum Hauptturm möglich.
Folgende Abbildung zeigt einen unten drehenden Baukran.
Zu erkennen ist die Unterkonstruktion mit den 4 Stützen, darüber die obere Aufnahmekonstruktion für den Turm incl. der mit drehenden Gegengewichte, sowie der Zahnkranz und der Antriebsmotor zum schwenken des Turms.
Eine Steuerkabine für den Kranführer ist am oberen Ende des Turms angebracht und kann über eine Leiter innerhalb des Turmes erreicht werden.
Es ist allerdings auch eine Fernsteuerung in der Krantechnik bei einer Krananlage möglich. Hier steht der Kranführer am Boden und kann alle Funktionen des Baukrans auch über eine Fernsteuerung durchführen.
Krantechnik oben drehender Turmkran
Beim oben drehendem Turmkran ist der vertikal stehende Hauptmast unten fest auf einer stabilen Tragkonstruktion montiert, die auch die entsprechenden Gewichte für die erforderliche Standsicherheit aufnimmt.
Die Tragkonstruktion hat die Abstützungs-Elemente zur Aufstellung auf dem Boden. Für die Stand-Sicherheit des Baukrans sind mindestens 4 Abstützungs-Punkte mit einem entsprechenden Abstand zueinander notwendig. Außerdem befinden sich hier, wie schon erwähnt, die großen Gegengewichte.
Weiterhin gibt es die Ausführung, dass der vertikal stehende Hauptmast unten auf ein stabiles Betonfundament aufgeschraubt wird.
Am oberen Ende ist bei der Krantechnik am Hauptturm der Ausleger angebracht, über den die zu bewegende Last dann in die gewünschte Position befördern kann und auf der gegenüber liegenden Seite ist ein kleinerer Ausleger, der die entsprechenden Gegengewichte für die erforderliche Standsicherheit aufnimmt.
Die beiden Ausleger werden durch eine Dreiecks-Halteseil-Konstruktion am oberen Ende des Turms in horizontaler Lage gehalten. Beide Ausleger sind gemeinsam über eine Kugeldrehverbindung mit dem vertikal stehenden Haupt-Turm verbunden. Über einen Antriebsmotor können dann die beiden fest miteinander verbundenen Ausleger über die Kugeldrehverbindung um 360 Grad um die vertikale Achse in beide Richtungen geschwenkt werden.
Auf der unteren Seite des langen Auslegers ist wieder eine Laufkatze angebracht, die über die gesamte Länge über einen Seilantrieb hin und her bewegt werden kann. Durch diese Laufkatze kann durch eine sich darin befindliche Rollenkonstruktion auch das Tragseil über die gesamte Länge des Auslegers positioniert werden. Die Antriebsmotoren für das Tragseil und die Laufkatze befinden sich auf dem kurzen Ausleger.
Eine Steuerkabine für den Kranführer ist am oberen langen Ausleger angebracht und kann sich so mit drehen. Über eine Leiter innerhalb des Turmes kann diese Steuerkabine erreicht werden.
Es ist allerdings auch eine Fernsteuerung in der Krantechnik bei Baukränen möglich. Dabei steht der Kranführer am Boden und kann alle Funktionen der Krananlage auch über eine Fernsteuerung durchführen.
Folgende Abbildungen zeigen einen oben drehenden Kran.
Zu sehen sind der vertikale Turm, der Ausleger mit der Laufkatze, gegenüber der kurze Ausleger mit den Gegengewichten und den Antriebsmotoren für das Lastseil und die Laufkatze. In nachfolgendem Bild sind die Gegengewichte aus Beton für die Standsicherheit des Baukrans und die untere Konstruktion mit den 4 Stützen zu sehen.
Bei Auslegung der erforderlichen Gegengewichte beim oben drehendem Turmkran als auch beim unten drehendem Turmkran ist darauf zu achten, dass die maximalen Lastmomente der anhängenden Last sowie das Auftreten zusätzlicher Windbelastungen durch hohe Windgeschwindigkeiten die Rückstellmomente der Gegengewichte des Baukrans nicht übersteigen.
In der erforderlichen Berechnung zur Standsicherheit ist allerdings auch noch ein Sicherheitsfaktor berücksichtigt, der die Standsicherheit um ein vielfaches zur maximal auftretenden Belastung.
In folgender Abbildung ist ein Schema zur Bestimmung der Standsicherheit von einem unten drehendem Baukran zu sehen.
Die Rückstellmomente von Gegengewicht und Turmgewicht müssen immer größer sein als die Summe aller Kippmomente durch die Last, dem Gewicht des Auslegers und der max. Kraft durch Windbelastung. Zusätzlich wird die Summe der erforderlichen Rückstellmomente noch mit einem Sicherheitsfaktor „s“ größer 1 multipliziert.
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