Kran mit Faserseile

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kran, mit einem oder mehreren Seilen beispielsweise zum Heben von Lasten oder zum Verstellen oder Abspannen eines Auslegers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 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] Aus EP 1 331 191 ist ein Kran gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Weitere Kräne sind aus der GB 2009077A und der DE 19854321 A bekannt. Faserseile für Kräne sind aus der DE 2455273 A1 bekannt.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hebezeug dahingehend weiterzubilden, daß dessen Gewicht verringert wird bzw. daß dessen Nutzlast gesteigert wird.

[0006] 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. Dies gilt für Hubseile zum Heben der Last oder Seile zum Verstellen eines Auslegers. Bei den Hebezeugen spielt das Seilgewicht eine wesentliche Rolle. Es führt zu einem Anstieg der Nutzlast bzw. zu einer Veringerung des Gesamtgewichtes bzw. des Transportgewichtes mobiler Krane.

[0007] 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.

[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] Gemäß 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 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 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 erfolgt gemäß Anspruch 1. Die Seilzuführung kann durch Umlenkungen den jeweiligen Treibscheiben oder dem Spillkopf zugeführt werden. Bei dem Hebezeug handelt es sich um einen Turmdrehkran, bei dem 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 ausführen.

[0012] Gemäß 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 %. 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. Kran, mit einem oder mehreren Seilen beispielsweise zum Heben von Lasten oder zum Verstellen oder Abspannen eines Auslegers, wobei es sich bei den Seilen zumindest teilweise um Faserseile handelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kran einen Seilantrieb und eine Speichertrommel zur Aufwickelung des Faserseils aufweist, wobei die Speichertrommel derart geschaltet ist, daß auf das Faserseil stets eine Zugkraft ausgeübt wird, so daß das Faserseil mit Vorspannung auf den Seilantrieb einläuft, wobei es sich bei dem Kran um einen Turmdrehkran handelt und die Speichertrommel am Gegenausleger angeordnet ist.

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

3. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Seilantrieb als Spillantrieb oder als Treibscheibenantrieb ausgeführt ist.

4. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Seilantrieb um einen Hubantrieb oder einen Ausleger-Verstellantrieb handelt.

5. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Seilantrieb im Bereich der Turmspitze angeordnet ist.

6. Kran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wickelvorrichtung vorgesehen ist, mittels derer die Speichertrommel mehrlagig bewickelbar ist.

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

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

9. Kran nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkompensator elektrisch betrieben ist.

Claims

1. A crane having one or more ropes, for example for the raising of loads or for the adjustment or guying of a jib, wherein at least some of the ropes are fibre ropes, characterised in that the crane has a rope drive and a storage drum for the winding up of the fibre rope, with the storage drum being connected such that a tensile force is always exerted onto the fibre rope so that the fibre rope runs onto the rope drive with pre-stress, with the crane being a tower crane and the storage drum being arranged at the counter-jib.

2. A crane in accordance with claim 1, characterised in that the fibre ropes are aramid ropes.

3. A crane in accordance with any one of the preceding claims, characterised in that the rope drive is made as a capstan drive or as a traction sheave drive.

4. A crane in accordance with any one of the preceding claims, characterised in that the rope drive is a lift drive or a jib adjustment drive.

5. A crane in accordance with any one of the preceding claims, characterised in that the rope drive is arranged in the region of the top of the tower.

6. A crane in accordance with any one of the preceding claims, characterised in that a winding apparatus is provided by means of which the storage drum can be wound up in multiple layers.

7. A crane in accordance with any one of the preceding claims, characterised in that the rope has two-fold, four-fold or more than four-fold reeving.

8. A crane in accordance with any one of the preceding claims, characterised in that a twist compensator is provided which sets a counter-rotation against the angle of rotation behaviour of the rope.

9. A crane in accordance with claim 8, characterised in that the twist compensator is operated electrically.

Revendications

1. Grue, comprenant un ou plusieurs câbles par exemple pour le levage de charges ou pour le déplacement ou le haubanage d'une flèche, les câbles étant au moins en partie des câbles en fibres, caractérisée en ce que la grue comporte un entraînement par câble et un tambour de stockage pour l'enroulement du câble en fibres, le tambour de stockage étant couplé de telle manière qu'une force de traction est exercée en permanence sur le câble en fibres, de sorte que le câble en fibres s'engage avec une précontrainte sur l'entraînement par câble, la grue étant une grue à tour et le tambour de stockage étant disposé sur la contre-flèche.

2. Grue selon la revendication 1, caractérisée en ce que les câbles en fibres sont des câbles en aramide.

3. Grue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entraînement par câble est réalisé comme entraînement à cabestan ou entraînement à poulie motrice.

4. Grue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entraînement par câble est un entraînement de levage ou un entraînement de déplacement de flèche.

5. Grue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entraînement par câble est disposé dans la zone du sommet de la tour.

6. Grue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un dispositif d'enroulement est prévu, au moyen duquel le tambour de stockage peut être enroulé en plusieurs couches.

7. Grue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le câble comporte un mouflage double, quadruple ou supérieur à un quadruple mouflage.

8. Grue selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un compensateur de torsion est prévu, qui oppose une rotation antagoniste au comportement de rotation du câble.

9. Grue selon la revendication 8, caractérisée en ce que le compensateur de torsion est à actionnement électrique.

Zeichnung