DE2121288A1 - Hebekran mit horizontalem Auslegearm und Laufkatze - Google Patents

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Dipl. Phys. Dr. rer. nat Wolfgang Kempe

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"Hebekran mit horizontalem Auslegearm und Laufkatze"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hebekran mit einem im wesentlichen horizontalen Auslegearm, dessen Gitterfachwerk wenigstens eine obere und eine untere längs verlaufende Rahraenstrebe aufweist, die durch Verbindungsstreben miteinander verbunden sind, wobei mindestens eine Rahmenstrebe gleichzeitig als Schiene für eine Laufkatze ait Laufrädern und einer Vorrichtung zum Heben und Senken von Lasten dient.

Die Rahmenstreben von Hebekränen der vorgenannten Art, die

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gleichzeitig als Schienen für die Laufkatze dienen, bestehen bis zum heutigen Tage aus Walzprofilen mit scharfen Kanten. Diese Kräne zeigen im wesentlichen zwei Nachteile: Einmal erzeugen die scharfkantigen Profile eine große Windbelastung, und zum anderen können die als Schienen dienenden scharfkantigen Rahmenstreben aufgrund geometrischer Bedingungen nicht zentrisch mit diagonal oder horizontal verlaufenden Streben verbunden werden, da die resultierenden Spannungsanhäufungen in den Verbindungsstellen insbesondere vom Gesichtspunkt der Ermüdung aus ein Risiko einschließen. Zentrische Verbindungen sollen hier so verstanden werden, daß die Schwerpunktsachsen der horizontal und diagonal verlaufenden Streben die Schwerpunktsachse der Schiene schneiden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Hebekran zu entwickeln, bei dem diese Nachteile vermieden sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die als Schienen dienenden Rahmenstreben aus Rohren oder massiven Stangen mit kreisförmigem Querschnitt bestehen und mit den Verbindungsstreben so verbunden sind, daß sich ihre Schwerpunktsachsen schneiden, und daß das Laufrad und die Schiene derart zueinander angeordnet sind, daß die von dem Laufrad auf die Schiene ausgeübte Gesamtkraft ebenfalls die Schwerpunktsachse der Schiene schneidet.

Um den Hintergrund der Erfindung und den Effekt, der durch die Erfindung erreicht wird, zu illustrieren, und um die Bedeutung der Windbelastung und der zentrischen Verbindung zu zeigen, soll folgendes erklärt werden.

In der Bauindustrie geht die Entwicklung kontinuierlich zu

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vorfabrizierten Wand- und Raumeinheiten, die mit Hilfe von Hebekränen an ihren Platz in dem im Bau befindlichen Gebäude gehoben werden. Dieses Verfahren erfordert Baukräne mit großer Hubleistung, großer Reichweite und großer Hubhöhe. Diese Entwicklung beschränkt sich nicht auf ein einzelnes Land, sondern kann auf internationaler Ebene beobachtet werden.

Baukräne, die den vorgenannten Anforderungen entsprechen, werden bis heute nach den bekannten Konstruktionsprinzipien dimensioniert. Infolgedessen haben derartige Kräne, insbesondere die großen Baukräne, ein unverhältnismäßig schweres Konstruktionsgewicht. Die Dimensionierungsfaktoren für derartige Baukräne sind unter anderem die Reichweite, die Hubleistung und die Windbelastung. Die Windgeschwindigkeiten wachsen mit der Höhe über dem Erdboden und demzufolge vergrößert sich auch der Abstand zwischen dem Fundament des Kranes und dem Zentrum für die Angriffsfläche der Windkraft an einem Baukran mit wachsender Bauhöhe. Infolge dieser beiden Umstände erlangt die Windbelastung wachsende Bedeutung bei hohen Baukränen. Deshalb wurden Versuche angestellt, um neue Konstruktionsprinzipien zu finden, die es möglich machen, die Windbelastung zu verringern. Einen wesentlichen Teil der Gesamtfläche des Baukranes, die dem Wind ausgesetzt ist, stellt der Auslegearm dar.

Auslegearme weisen üblicherweise drei cder vier horizontal verlaufende Rahmenstreben auf, je nach^dem, ob der Querschnitt dreieckig oder rechteckig ist. Die Rahmenstreben sind durch diagonal verlaufende Streben untereinander verbunden. Die untere Rahmenstrebe oder die unteren Rahmenstreben bilden gleichzeitig einen Schienenweg für die Laufkatze.

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Um auch als Schienenweg dienen zu können, bestehen die Rahnienstreben bei den bekannten Ausführungsformen aus scharfkantigen Walzprofilträgern. Bei den hier zur Diskussion stehenden Krangrößen beträgt die Querschnittshöhe derartiger Träger, die der Windbelastung ausgesetzt ist, zwischen 200 und 250 mm. Bei einem Kran mit großer Reichweite bieten die Rahmenstret-en des Auslegearmes dem Wind somit eine große Angriffsfläche.

Der Luftwiderstandskoeffizient, der von der Querschnittsform abhängt, variiert für Streben mit scharfen Querschnittskanten zwischen 1,8 und 2,0. Dies gilt für alle Fälle, unabhängig von der Windgeschwindigkeit. Den Luftwiderstandskoeffizienten c er-

hält man aus der Beziehung P=c«A*v , worin P die auf ein Objekt wirkende Windkraft, A die Fläche des Objektes in Windrichtung betrachtet und ν die Windgeschwindigkeit ist. für Streben mit kreisförmigem Querschnitt und Durchmessern, wie sie hier interessieren, nimmt der Luftwiderstandskoeffizient von ungefähr 1,2 bei unterkritischer Strömung (bei Windgeschwindigkeiten unterhalb ungefähr 35m/Sek.) bis zwischen 0,7 und 0,4 bei überkritischer Strömung ab. Bei zunehmender Windgeschwindigkeit nimmt der Koeffizient bis zum Grenzwert von ungefähr 0,4 ab. Gemäß schwedischer Kranbauvorschriften müssen Kräne, die höher als 30 m sind, für überkritische Windgeschwindigkeiten dimensioniert werden. Auf einigen Exportmärkten sind die Kräne Windgeschwindigkeiten ausgesetzt, die diejenigen in Schweden beträchtlich übersteigen.

Im Hinblick auf die Tatsache, daß Baukräne im allgemeinen für eine Höhe von 30 rc und mehr konstruiert werden, ist es verständlich, daß die Windbelastung für einen Kran um einen beträcht-

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lichen Grad dadurch reduziert werden kann, daß der Auslegearm mit Rahmenstreben von runder Form versehen wird. Die Angriffsfläche von runden Rohren ist außerdem wesentlich kleiner als die von scharfkantigen Profilstreben, die die gleiche Tragfähigkeit haben.

Eine Folge der Konstruktionsprinzipien bei den bekannten Kränen ist, daß es beim Verbinden von Streben an den Anschlußstellen mit den Rahmenstreben, die gleichzeitig als Schienenweg für die Laufkatze dienen, stets Anlaß zum Entstehen von lokalen Spannungen gibt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die scharfkantigen Rahmenstreben infolge geometrischer Bedingungen nicht zentrisch mit den diagonal und horizontal verlaufenden Streben verbunden werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Hebekran sind die als Schienen wir-

kenden Rahmenstreben kreisförmige Rohre. Die Räder der Laufkatze laufen auf der oberen Fläche dieser Rohre.

Das gemäß der Erfindung angewandte Konstruktionsprinzip hat eine ideale Verbindungsgeometrie zur Folge. Die Schwerpunktachsen aller in einer Verbindungsstelle zusammenlaufenden Streben und die von den Rädern der Laufkatze auf die Schienen übertragenen Kräfte treffen sich alle in einem einzigen Punkt, so daß auf die Verbindungsstelle kein Drehmoment einwirkt. Die diagonal und vertikal verlaufenden Streben sind an ihren Enden abgeflacht, so daß es dem auf der Schiene rollenden Laufrad möglich ist, an der Verbindungsstelle vorbei zu laufen.

Bei der Verwendung von kreisförmigen Standardrohren als Schienen· und Rahmenstreben erhält man ferner einige andare Vorteile.

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So sind kreisförmige Rohre ,beispielsweise in Bezug auf das Verbiegen oder Ausknicken stets äußerst vorteilhaft. Angesichts der Tatsache, daß Rohre mit einem gegebenen Außendurchmesser mit unterschiedlichen Wanddicken auf Lager gehalten werden, kann die Tragfähigkeit eines Auslegearmes oder eines Teiles davon bei gleichbleibenden Außenabmessungen in weiten Grenzen angepaßt werden. Kreisförmige Rohre sind vom Gesichtspunkt der Korrosion und Instandhaltung ebenfalls vorteilhafter als die bisher verwendeten Profile.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen Auslegearmes mit der Laufkatze;

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die linkseitige Verbindungsstelle in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.

Der Auslegearm weist drei parallel verlaufende Rahmenstreben 1, 2 und 3 auf, die Rohre mit kreisförmigem Querschnitt sind. Diese Streben sind untereinander durch Verbindungsstreben 4, und 6 verbunden, wobei die Streben 4 die Rahmenstreben 1 und auf der einen Seite des Auslegearmes und die Streben 5 die Rahmenstreben 1 und 3 auf der anderen Seite des Auslegearmes verbinden. Die horizontal verlaufenden Verbindungsstreben 6 verbinden die unteren Rahmenstreben 2 und 3 des Auslegearmes. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, übersteigt die Höhe des Auslegearmes dessen Breite. Die Verbindungsstreben sind an den Rahmenstre-

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ben in Verbindungsstellen befestigt. 7 bezeichnet eine Verbindungsstelle, in welcher sich zwei Streben 4 und eine oder mehrere Streben 6 treffen. In jeder Verbindungsstelle sind die sich treffenden Verbindungsstreben und Rahmenstreben so zueinander angeordnet, daß sich ihre Schwerkpunktsachsen in einem Punkt schneiden. Bei der Verbindungsstelle 7 gehen beispielsweise die Schwerpunktsachsen 4A der Streben 4, die Schwerpunktsachse 2A der Rahmenstrebe 2 und die Schwerkpunktsachse oder -achsen 6A der Strebe oder Streben 6 durch einen gemeinsamen Punkt 8.

Unterhalb des Auslegearmes ist eine Laufkatze 11 mit abwärts gerichteten Armen 17 und 18 vorgesehen, die Laufräder 12 aufweist, welche unmittelbar auf den unteren Rahmenstreben 2 bzw. 3 laufen. Die Laufkatze 11 trägt an Drähten 13 eine Vorrichtung 14 zum Heben und Senken von Lasten. Die Laufkatze 11 wird horizontal durch Seile 15 und 16 bewegt. Infolge der runden Querschnittsform der unteren Rahmenstreben 2 und 3 ist die Gesamtkraft F, die von den Laufrädern 12 auf die Rahmenstreben ausgeübt wird, durch die Schwerpunktsachse der entsprechenden Rahmenstrebe gerichtet.

Indem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Laufräder 12 so geneigt, daß der Winkel ex zwischen dem Rahmenstrebenradius durch den Berührungspunkt des Laufrades und horizontalen Ebene ein spitzer Winkel ist. Der Winkel kann jedoch o.uch ein rechter oder stumpfer Winkel sein. Die Verbindungsstreben, die in dem Ausführungsbeispiel Rohre mit kreisförmigem Querschnitt sind, sind an den Verbindungsstellen mit den als Schienen dienenden Rahmenstreben 2 und 3 abge-

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flacht, um den Lauf rädern .12 mehr Bewegungsraum zu geben. Die Laufkatze 11 ist seitlich durch die an den Rahmenstreben 2 und 3 anliegenden Arme 17 und 18 geführt. Es ist natürlich auch möglich, extra Führungsräder an der Laufkatze 11 vorzusehen.

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Claims (8)

29. April 1971 St 14 Ansprüche

1. / Hebekran mit einem im wesentlichen horizontalen Auslegearm, dessen Gitterfachwerk wenigstens eine obere und eine untere längs verlaufende Rahmenstrebe aufweist, die durch Verbindungsstreben miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine Rahmenstrebe gleichzeitig als Schiene für eine Laufkatze mit Laufrädern und einer Vorrichtung zum Heben und Senken von Lasten dient, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schienen dienenden Rahmenstreben (2, 3) aus Rohren oder massiven Stangen mit kreisförmigem Querschnitt bestehen und mit den Verbindungsstreben (4, 5» 6)so verbunden änd, daß sich ihre Schwerpunktsachsen (2A, 4A, 6a) schneiden, und daß das Laufrad (12) und die Schiene derart zueinander angeordnet sind, daß die von dem Laufrad auf die Schäme ausgeübte Gesamtkraft (F) ebenfalls die Schwerpunktsachse (2A) der Schiene schneidet.

2. Hebekran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei untere, als Schienen dienende Rahmenstreben (2, 3) vorgesehen sind, von denen jede Laufräder (12) der Laufkatze (11) trägt.

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3. Hebekran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegearm einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

4. Hebekran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegearm einen dreieckigen Querschnitt auf-

w weist.

5. Hebekran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ( ** ) zwischen der von dem Laufrad (12) auf die Schiene (2 bzw. 3) ausgeübte Gesamtkraft (F) und der horizontalen Ebene ein spitzer Winkel ist.

6. Hebekran nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

k dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ( <* ) zwischen der von dem Laufrad (12) auf die Schiene (2 bzw. 3) ausgeübten Gesamtkraft (F) und der horizontalen Ebene ein rechter Winkel ist.

7. Hebekran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Laufrad (12) am nächsten kommenden Verbindungsstreben (4, 5) an ihrer Verbindungsstelle mit der Schiene (2 bzw. 3) abgeflacht oder in

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einer ähnlichen Weise ausgebildet sind, daß dem Laufrad mehr Raum zur Verfügung steht.

8. Hebekran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (12) zylindrisch ist und keine Pührungsf!ansehe aufweist.

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