Hebezeug, insbesondere Kran, mit Faserseile

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Hebezeug, insbesondere einen Kran, mit einem oder mehreren Seilen beispielsweise zum Heben von Lasten oder zum Verstellen oder Abspannen eines Auslegers. Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Seilen zumindest teilweise um Faserseile.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Hebezeug, insbesondere einen Kran, mit einem oder mehreren Seilen beispielsweise zum Heben von Lasten oder zum Verstellen oder Abspannen eines Auslegers. Hebezeuge sind in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Insbesondere im Bereich der Krane besteht eine Vielfalt von Ausführungsvarianten, die unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden müssen.

[0002] Die bei bekannten Hebezeugen eingesetzten Seile bestehen aus einer Vielzahl von Stahldrähten, die zu Litzen verarbeitet sind. Üblicherweise bestehen die Seile aus einem Seilkern, der aus miteinander verseilten Litzen besteht. Um den Seilkern sind die Außenlitzen geschlagen. Die heute verwendeten Stahlseile sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Sie sind üblicherweise auf Seiltrommeln aufgewickelt, wobei aufgrund der Fähigkeit von Stahlseilen, Querkräfte aufzunehmen, eine Mehrlagenwicklung möglich und üblich ist.

[0003] Ein wesentlicher Nachteil der heute eingesetzten Stahlseile ist jedoch deren Gewicht, das je nach Seilausführung bei einem Seildurchmesser von 22 mm z.B. ca. 2,1 kg/m und bei einem Seildurchmeser von 30 mm z.B. ca. 4,5 kg/m beträgt. Das verhältnismäßig hohe Seilgewicht reduziert naturgemäß die Nutzlast des Hebezeuges bzw. steigert das Gesamtgewicht des Hebezeuges bzw. das Transportgewicht mobiler Hebezeuge, wie z.B. mobiler Krane.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hebezeug der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß dessen Gewicht verringert wird bzw. daß dessen Nutzlast gegenüber Hebezeugen üblicher Bauart gesteigert wird.

[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Hebezeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, daß es sich bei den Seilen zumindest teilweise um Faserseile handelt. Die Erfindung beruht somit darauf, daß das Hebezeug zumindest zum Teil oder abschnittsweise hochfeste Faserseile aufweist. Dies kann für beliebige im Bereich des Hebezeuges vorhandene Seile, wie beispielsweise Hubseile zum Heben der Last, Seile zum Verstellen eines Auslegers, Seile der Abspannverseilung und dergleichen gelten. Bei den Hebezeugen spielt das Seilgewicht eine wesentliche Rolle. Es führt zu einem Anstieg der Nutzlast bzw. zu einer Verringerung des Gesamtgewichtes bzw. des Transportgewichtes mobiler Krane.

[0006] Bei dem Faserseil handelt es sich vorzugsweise um ein Aramidseil, d.h. um ein Seil das Aramidfasern aufweist oder aus diesen aufgebaut ist. Bei dem Werkstoff Aramid handelt es sich um aromatisches Polyamid mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht. Das Gewicht eines Aramidseils bei vergleichbarer Bruchkraft beträgt nur ca. 45 % des Gewichtes eines Stahiseiles. Weitere Vorteile sind ein kleines D/d-Verhältnis, d.h. es lassen sich kleine Seilrollen-Durchmesser und damit kleinere Antriebe realisieren, sowie die hohe Lebensdauer bzgl. der BiegewechselFestigkeit, die um den Faktor 60 höher als die von Stahlseilen liegt. Ein weiterer Vorteil besteht in dem hohen Reibwert von 0,3 bis 0,6, der die Seile besonders geeignet für einen Treibscheibenantrieb macht. Ferner ist die geringe Geräuschentwicklung der Seile zu nennen.

[0007] Das Hebezeug, bei dem die Erfindung zum Einsatz kommt ist im wesentlichen beliebig. Es kann sich bei dem Hebezeug z.B. um einen Kran handeln. Beispiele für Krane, bei denen die Erfindung eingesetzt werden kann, sind Turmdrehkrane, Fahrzeugkrane, Wippauslegerkrane, Hafenkrane, Hafenmobilkrane oder Containerkrane. Auch bei anderen Krantypen ist die Erfindung einsetzbar.

[0008] Bei heute bekannten Aramidseilen ist eine Mehrlagenwicklung insofern problematisch, als diese im Gegensatz zu Stahlseilen keine Querkräfte übertragen und einen großen Ovalisierungsgrad zeigen. Daraus ergibt sich, daß es von Vorteil ist, wenn nur Trommeln mit einlagiger Bewicklung eingesetzt werden allerdings verbunden mit dem Nachteil, daß nur geringe Hakenhöhen realisierbar sind. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf Einlagenwicklungen beschränkt. Sofern Faserseile mit geringem Ovalisierungsgrad eingesetzt werden, ist auch bei diesen wie bei Stahlseilen eine übliche Mehrlagenwicklung im Bereich des Seilantriebes denkbar.

[0009] In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Seilantrieb und eine Speichertrommel zur Aufwickelung des Seils vorgesehen. Die erforderliche Seilzugkraft wird durch den Seilantrieb aufgebracht. Der Seilantrieb kann z.B. als Spillantrieb oder als Treibscheibenantrieb ausgeführt sein. Die z.B. für das Heben der Last oder für das Bewegen eines Auslegers erforderliche Zugkraft wird durch die Treibscheibe oder durch den Spillkopf aufgebracht. Die Speichertrommel dient im wesentlichen dazu, die nicht benötigte Seillänge aufzunehmen, wobei hier eine Mehrlagenwicklung denkbar ist, wenn die Zugkraft zum Aufwickeln des Seils auf die Speichertrommel entsprechend gering gewählt wird.

[0010] Bei dem Seilantrieb kann es sich z.B. um einen Hubantrieb oder auch um einen Ausleger-Verstellantrieb handeln. Auch andere Anwendungen sind möglich.

[0011] Die Anordnung der Speichertrommel ist im wesentlichen beliebig. Sie kann beispielsweise bei Turmdrehkranen und Fahrzeugkranen frei gewählt werden, da die Seilzuführung durch Umlenkungen den jeweiligen Treibscheiben oder dem Spillkopf zugeführt werden kann. Handelt es sich bei dem Hebzeug um einen Turmdrehkran, kann vorgesehen sein, daß die Speichertrommel am Gegenausleger angeordnet ist. Die Speichertrommel kann auf großem Abstand zum Anlenkpunkt des Gegenauslegers plaziert werden. Der Seilantrieb, d.h. vorzugsweise der Spillantrieb bzw. der Treibscheibenantrieb kann beispielsweise an der Turmspitze angeordnet sein. Somit wäre ein ausreichender Abstand zwischen den beiden Positionen Antrieb und Trommel vorhanden, um auch eine Trommel mit der notwendigen Speichermöglichkeit auszuführen.

[0012] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Speichertrommel so geschaltet, daß diese stets eine Zugkraft ausübt und damit das Seil bereits mit Vorspannung auf die jeweilige Antriebseinheit (z.B. Treibscheibenantrieb, Spillantrieb) einläuft. Bei einer derartigen Ausführung der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Vorspannung bzw. die Seilzugkraft derart eingestellt werden kann, daß die Speichertrommel mehrlagig bewickelt werden kann. Denkbar ist z.B. eine Seilzugkraft von einigen hundert Kilogramm. Die Bewicklung der Speichertrommel erfolgt vorzugsweise mittels einer Wickelvorrichtung.

[0013] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Seilführung derart erfolgt, daß das Seil eine 2-fache, 4-fache oder mehr als 4-fache Einscherung (x-fache Einscherung) aufweist. Speziell bei Autokranen sind 6-, 8-, 10-fache usw. Einscherungen keine Besonderheit. Die Seilführung hat einen erheblichen Einfluß auf das notwendige Hakengewicht und auf die Nutzlast, wie dies unten noch näher erläutert werden wird.

[0014] Heute bekannte Aramidseile weisen die Eigenschaft eines Verdrehwinkeis im Bereich von 40° bis 120° bei voller Zugkraft auf. Um ein Eindrehen der Hakenflasche zu verhindern, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Drallkompensator vorgesehen sein, der dem Drehwinkelverhalten des Seils eine Gegendrehung entgegensetzt. Der Drallkompensator kann elektrisch betrieben sein und manuell oder automatisch eingesetzt werden. Er dient dazu, dem Drehwinkelverhalten des Seiles entgegenzuwirken. Sind Mittel zur Drehmomenterfassung vorhanden, könnte über diesen Drallkompensator automatisch gegengedreht werden. Vorzugsweise ist der Drallkompensator im Bereich des Seilendfestpunkts vorgesehen.

[0015] Bei Turmdrehkranen ist von wesentlicher Bedeutung, daß das Seil immer von der Hubtrommel aus dem Bereich des Gegengewichtes quasi nach vorne bewegt wird. Dies bedeutet, bei großen Hakenhöhen werden mehrere Tonnen Seil vom Gegengewicht zur Position der Last transportiert. Bezogen auf das Lastmoment bedeutet dies eine Gegengewichtsabnahme und eine Eigengewichtszunahme. Ein geringeres Eigengewicht des Seils würde sich hinsichtlich der auftretenden Belastungen über die Stahlkonstruktion Turmspitze und Drehkranz positiv auswirken, da diese Plus-/Minusbelastung, sei es im Lastmoment oder Entlastung des Momentes wesentlich kleiner wird und dadurch auch Einfluß auf den Turm sowie auf den Drehkranz des Kranes bzw. Unterbau und Eckdrücke hat.

[0016] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Figur 1:

Darstellung zur Ermittlung des Lasthakengewichtes in Abhängigkeit verschiedener Parameter bei einem Turmdrehkran,

Figur 2, 3:

Darstellung zur Verdeutlichung der Steigerung der Nutzlast anhand zweier unterschiedlicher Turmdrehkrane.

[0017] Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung den oberen Bereich eines Turmdrehkrans mit Hauptausleger 10 und Gegenausleger 20. Wie aus der Legende zu Figur 1 ersichtlich, kennzeichnet das Bezugszeichen g das Seilgewicht pro Meter Seillänge (kg/m), f den Seildurchhang, I die Haupauslegerlänge und das Bezugszeichen H die Seilzugkraft. Das Lasthakengewicht LAH kann bei einer zweisträngigen Seilführung über die Beziehung LAH = 2 * H bestimmt werden. Das Lasthakengewicht ist notwendig, um den Seildurchhang am Ausleger zu begrenzen und eine gute Seilspulung ohne Last sicherzustellen.

[0018] Das Seilgewicht g und die Auslegerlänge I sind gegeben. Ebenso steht der maximale Seildurchhang f fest, der im darstellten Ausführungsbeispiel 5 bis 6 m beträgt. Mittels der in Figur 1 angegebenen Beziehung kann die Seilzug kraft und damit auch das Hakengewicht ermittelt werden. Da die Seilzugkraft und somit auch das Hakengewicht direkt proportional zum Seilgewicht ist, läßt sich durch eine Änderung des Seilgewichtes ein erheblicher Einfluß auf das Lasthakengewicht und damit auch auf die zur Verfügung stehende Nutzlast ausüben, wie dies exemplarisch aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht.

[0019] Figur 1 zeigt weiter die Speichertrommel 30, die in dem vom Anlenkpunkt des Gegenauslegers 20 beabstandeten Bereich des Gegenauslegers 20 angeordnet ist, sowie mit dem Bezugszeichen 40 den Seilantrieb, der beispielsweise als Spillantrieb oder als Treibscheibenantrieb ausgeführt sein kann.

[0020] Figur 2 zeigt die Lastkurven für einen Turmdrehkran bei der Verwendung eines Stahlseils (St) sowie bei der Verwendung eines Aramidseils (F) als Hubseil. Di angegebenen Werte gelten für eine 2-strängige Einscherung mit einer Maximallast von 12 t (Stahlseil). Verglichen wurden die Verwendung eines Stahlseils mit einem Gewicht von 2,1 kg/m und eines Aramidseils mit einem Gewicht von 0,945 kg/m.

[0021] Wie aus der Tabelle in Figur 2 ersichtlich, ergibt sich durch die Verwendung des Faserseils bereits eine Verringerung des Lasthakengewichtes um 330 kg. Bei einer Seillänge von 60 m (einfach), d.h. bei 2-facher Einscherung bei einer Gesamtlänge von 120 m ergibt sich ein Gesamtgewicht (Lasthakengewicht und Seilgewicht) von 383 kg. Gegenüber dem Gesamtgewicht bei Verwendung eines Stahlseils ergibt sich eine Verringerung von 470 kg. Daraus ergibt sich, daß die Spitzenlast bei Verwendung eines Aramidseils gegenüber der bei Verwendung eines Stahlseils (2,5 t) um ca. 18,8 % gesteigert werden kann. Die maximale Nutzlast wird aufgrund des verringerten Gewichtes von Seil und Lasthaken um ca. 4 % gesteigert.

[0022] Diese erhebliche Steigerung der Spitzenlast fällt bei größeren Hakenhöhen und mehr als 2-facher Einscherung noch deutlicher aus.

[0023] Legt man die oben genannten Daten des Stahlseils sowie des Aramidseils zugrunde, ergibt sich bei einer Hakenhöhe von 200 m bereits eine Spitzenlastanhebung von 41 % und eine Anhebung der maximalen Traglast um ca. 7 %.

[0024] Bei Einsatz eines Stahlseils mit 20 t Maximallast (Seildurchmesser 30 mm, Seilgewicht 4,52 kg/m) ergibt sich im Vergleich zu einem Aramidseil mit einem Seilgewicht von 2,03 kg/m Folgendes: Bei einer Standard-Hakenhöhe von 60 m und 2-facher Einscherung ergibt sich bei Verwendung des Aramidseils eine Gewichtsersparnis (Lasthaken und Seil) von 850 kg, wodurch sich die Last an der Spitze von 5,4 t bei Einsatz eines Stahlseils auf 6,25 t, d.h. um ca. 16 % steigern läßt. Die Maximallast kann um ca. 4,3 % gesteigert werden. Bei einer Hakenhöhe von 200 m läßt sich eine Steigerung des Spitzenlastmomentes um ca. 37,4 % und der Maximallast um ca. 8,2 % erreichen.

[0025] Der obige Effekt wirkt sich um so stärker aus, je größer der Kran ist. Bei Kranen, die mit 4-fach Einscherung arbeiten und auch über größere Höhen fahren, ergibt sich in dem oben genannten Beispiel (Hakenhöhe 60 m) mit einem Durchmesser des Stahlseils von 30 mm und einem Seilgewicht von 4,52 kg/m eine Spitzenlasterhöhung von ca. 47 % und eine Erhöhung der maximalen Traglast um ca. 4,25 %.

[0026] Aus Figur 3 ergeben sich die Werte für eine Hakenhöhe von 200 m und 4-Strang-Ausführung für ein Stahlseil mit einem Seilgewicht von 4,52 kg/m und für ein Aramidseil mit einem Seilgewicht von 2,03 kg/m. Wie aus Figur 3 ersichtlich, wird die maximale Traglast um ca. 8 % und das Spitzenlastmoment um ca. 290 % gesteigert.

[0027] Die genannten Beispiele zeigen, welchen erheblichen Einfluß das Seilgewicht auf das Lastmoment in Abhängigkeit von der Hubhöhe hat. Bei Kranen in der 20 t Ausführung sind entsprechend der obigen Beispiele bei freier Kranaufbauhöhe von ca. 60 m Spitzenlaststeigerungen von ca. 20 % und bei nicht seltenen Hubhöhen von 200 m bis nahezu 40 % möglich. Bei Großkranen mit großen Lasten, z.B. 40 t, die im 4-Strang-Betrieb arbeiten, ergeben sich Spitzenlaststeigerungen bei 60 m Aufbauhöhe von ca. 50 % und bei 200 m Hakenhöhe bis 290 %. Wie oben ausgeführt, läßt sich die Erfindung bei beliebigen Hebezeugen einsetzen. Um mit heute üblichen Stahlseilen eine derartige Leistungssteigerung zu erzielen, müßten wesentlich größere, leistungsstärkere Hebezeuge, wie z.B. ein 400 mt-Kran anstelle eines 300 mt-Krans, mit höheren Kosten eingesetzt werden.

Ansprüche

1. Hebezeug, insbesondere Kran, mit einem oder mehreren Seilen beispielsweise zum Heben von Lasten oder zum Verstellen oder Abspannen eines Auslegers, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Seilen zumindest teilweise um Faserseile handelt.

2. Hebzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Faserseilen um Aramidseile handelt.

3. Hebezeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Hebezeug um einen Turmdrehkran, einen Fahrzeugkran, einen Wippauslegerkran, einen Hafenkran, einen Hafenmobilkran oder einen Containerkran handelt.

4. Hebezeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Seilantrieb sowie eine Speichertrommel zur Aufwickelung des Seils vorgesehen ist.

5. Hebezeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Seilantrieb als Spillantrieb oder als Treibscheibenantrieb ausgeführt ist.

6. Hebezeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Seilantrieb um einen Hubantrieb oder einen Ausleger-Verstellantrieb handelt.

7. Hebezeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Hebezeug um einen Turmdrehkran handelt und daß die Speichertrommel am Gegenausleger angeordnet ist.

8. Hebezeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Hebezeug um einen Turmdrehkran handelt und daß der Seilantrieb im Bereich der Turmspitze angeordnet ist.

9. Hebezeug nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichertrommel derart geschaltet ist, daß auf das Seil stets eine Zugkraft ausgeübt wird, so daß das Seil mit Vorspannung auf den Seilantrieb einläuft.

10. Hebezeug nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wickelvorrichtung vorgesehen ist, mittels derer die Speichertrommel mehrlagig bewickelbar ist.

11. Hebezeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil eine 2-fache, 4-fache oder mehr als 4-fache Einscherung aufweist.

12. Hebezeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drallkompensator vorgesehen ist, der dem Drehwinkelverhalten des Seils eine Gegendrehung entgegensetzt.

13. Hebezeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkompensator elektrisch betrieben ist.

14. Hebezeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Drehmomenterfassung im Seil vorgesehen sind.

Zeichnung