Welcher ist der beste Turmdrehkran? Zweiter Teil

Oct 07, 2023

Von Heinz-Gert Kessel23. Mai 2022

Ist das Low-Top- oder Flat-Top-Turmdrehkran-Design führend in der Klasse der Hochleistungs-Turmdrehkrane? Heinz-Gert Kessel berichtet im zweiten Teil eines Zweiteilers.

Nach Angaben chinesischer Hersteller, die den Markt für Schwerlast-Flat-Top-Turmdrehkrane dominieren, wird der Anteil der Fertigbauweise von 15 Prozent im Jahr 2020 auf 30 Prozent im Jahr 2025 steigen.

Große Infrastrukturprojekte wie weitgespannte Brücken und Hochgeschwindigkeitsbahnhöfe erfordern Mega-Flat-Top-Turmdrehkrane. Laut Zoomlion stiegen im Jahr 2021 die Verkäufe seiner Turmdrehkrane mit einer Tragfähigkeit von 600 Metertonnen oder mehr um 100 %.

Kohlekraftwerksprojekte werden zurückgehen und die Nachfrage nach Flat-Top-Kranen der 2.000-Meter-Klasse könnte geringer sein. Dies könnte zu einer Verkleinerung der Konstruktionsmerkmale von Megakranen für den allgemeinen Fertigteilbau in der 800- bis 1.200-Meter-Klasse führen.

Ein weiterer Trend bei maßgefertigten Flat-Top-Turmdrehkranen mit extrem hoher Tragfähigkeit betrifft den Bau großer Brückenmasten. Das beweist der Zoomlion W12000-450. Der Schwerlastkran mit einer Tragfähigkeit von 450 Tonnen und einer Hakenhöhe von bis zu 400 Metern eignet sich für Baustellen, die mit großen Mobilkranen nicht bedient werden können.

Im Energiesektor ist die Installation von Windkraftanlagen ein neuer Markt für Turmdrehkrane, in dem Hochleistungswipper von XCMG, Zoomlion, Yongmao und Jinli Heavy Technology entwickelt wurden. Diese bieten eine Tragfähigkeit von bis zu 200 Tonnen und nutzen in vielen Fällen das Turmsystem, das ursprünglich für große Flat-Top-Krane entwickelt wurde.

Zhongsheng Construction Machinery (Nanjing) Heavy Industry (ZS) wurde 1993 gegründet und ist auf Produktion, Vertrieb und Leasing spezialisiert. Es wurde das Design eines Flat-Top-Krans mit umgekehrtem Dreiecksausleger eingeführt, bei dem das Hebezeug auf einem rechteckigen Gegenausleger platziert ist. Dies bedeutet, dass das Hubseil oben auf dem gesamten Ausleger mit einer oder zwei Seilrollenhalterungen am Auslegerendabschnitt eingeschert ist. ZS hat diese Konstruktionsprinzipien schnell auf Hochleistungskrane wie den ZSC70240 in der 2.000-Meter-Klasse übertragen.

Bis 2008 wurden fast 40 große Turmdrehkrane über 1.000 Metertonnen gebaut. Im Jahr 2009 wurde im Patent CN201495051 ein verbessertes Design beschrieben, das den Grundstein für die meisten in China gebauten Schwerlast-Flat-Top-Krane mit einer Tragfähigkeit von über 50 Tonnen legt. Beispiele hierfür sind Finehope, Jinli Heavy Technology, SYM, Shen Yang BAO Quian, Yongmao, XCMG und ZhengZhou Kerun.

Vor allem wird behauptet, dass die Gestaltung des Auslegerquerschnitts in Form eines umgekehrten Dreiecks das Gewicht und die Größe des Wagens reduziert. Es handelt sich um eine Einschienenlaufkatze, die die Kapazität des Krans erhöht, da sie das Gesamteigengewicht reduziert. Dieses chinesische Konstruktionsmerkmal eines Flat-Top-Krans der 2.100-Meter-Klasse mit 80-Meter-Ausleger bietet im Vergleich zu einem europäischen Low-Top-Kran der 1.400-Meter-Klasse mit 80-Meter-Ausleger eine um 50 % höhere Spitzenlast.

Durch das nahezu doppelte Lastmoment ist ein umgekehrter Dreiecksausleger 36 % schwerer, die Laufkatze jedoch 6 % leichter als bei einem 1.400-Meter-Kran.

Wie bei jedem anderen Flat-Top-Kran ist der Ausleger selbsttragend. Dies bedeutet, dass im oberen Glied immer eine Spannung und in den unteren Gliedmaßen eine Kompression auftritt. Dies gilt unabhängig davon, wo sich die Last entlang des Auslegers befindet. Kräfte in den Auslegerabschnitten wirken immer in die gleiche Richtung, was die Ermüdung erheblich reduziert. Der Einsatz eines rohrförmigen Stegelements, das die beiden Obergurte mit dem Untergurt verbindet, reduziert die Windlast.

Bei großen Flat-Tops ist es wichtig, dass der Ausleger hoch oben in der Luft einfach installiert werden kann. Scharnierstiftverbindungen der Auslegersegmente und der Verzicht auf Auslegerpendel reduzieren den Zeit- und Arbeitsaufwand für den Aufbau. Gleichzeitig wird die Sicherheit bei Montagearbeiten in der Höhe erhöht. Um die Größe des für die Montage benötigten Mobilkrans zu reduzieren, können Ausleger und Gegenausleger separat hinzugefügt werden, um den Oberkran zu bilden. Ein 80-Meter-Ausleger besteht typischerweise aus neun Auslegerabschnitten, von denen die ersten drei die schwersten sind. Der 12 Meter lange Basisauslegerabschnitt dürfte der schwerste sein. In der 2.000 bis 2.500 Metertonnenklasse handelt es sich um eine Ladung von 25 bis 28 Tonnen.

Muss während eines Projekts die Auslegerlänge geändert werden, kann dies ohne Hilfskran erfolgen. Ein Bohrturm oben auf dem Ausleger kann die Auslegerabschnitte einzeln absenken. Es bedeutet lediglich, das Hubseil umzulenken und den Bohrturm über die breite Auslegerspitze zu bewegen. Monteure können auch breite Zugangsplattformen oben am Ausleger verwenden, um die Scharnierstifte zu entfernen oder zu installieren.

An neueren Konstruktionen von Schwerlastkranen wurden Änderungen vorgenommen, um das Eigengewicht der Basisauslegerabschnitte zu reduzieren. Am oberen Ende der Auslegerabschnitte des umgekehrten Dreiecks werden Doppelgurte verwendet. Ein weiterer Vorteil der Verdoppelung besteht darin, dass kleinere Stifte zum Verbinden der Auslegerabschnitte verwendet werden können.

Selbst ein Kran der 2.000-Meter-Klasse mit 80-Meter-Ausleger und 50-Meter-Freistandhöhe kann so in nur vier Tagen in Betrieb genommen werden. Im Gegensatz zu älteren Modellen erfolgt die Einscherung des Hubseils nun über eine einzelne Umlenkrolle oben im zweiten Auslegerteil.

Durch die Anordnung der Hubwinde oben auf dem rechteckigen Gegenausleger bleibt der Vorteil eines großen Schwenkwinkels für das Hubseil erhalten. Dies bedeutet, dass im Gegensatz zu einem herkömmlichen Turmkopfdesign oder einem niedrigen Turmkopfdesign eine breite Hubtrommel verwendet werden kann. Dies ist auf den großen Abstand zwischen der Umlenkrolle im Ausleger und der Hubwinde am Gegenausleger zurückzuführen. Darüber hinaus kann die Seilkapazität erhöht werden.

Ein weiterer Vorteil des chinesischen Flat-Top-Designs ist die doppelte Hubwinde für extrem schwere Einsätze. Dies wird durch das Grundprinzip erreicht, bei dem die Windenplattformen auf dem rechteckigen Gegenausleger platziert werden, und durch die begrenzte Anzahl von Stützrollen, die zur Führung des Hubseils erforderlich sind.

Zur Kapazitätserhöhung kann eine Doppelwagenanordnung eingesetzt werden. Mehr Drehgestelle bedeuten weniger Druck auf die Einzelrahmenschienen. Eine Leichtbauweise bei der Doppelwagenversion bedeutet weniger Eigengewicht und mehr Kapazität. Für den Schwerlastbetrieb verbindet ein Waagebalken die Blöcke beider Wagen.

Die Laufkatzenwinde und die Seilspanner befinden sich im rechteckigen Gegenausleger. Es ist wahrscheinlich, dass der Schaltschrank aufgrund der breiten Gegenausleger-Laufstege auch besser zugänglich ist. Für mehr Flexibilität entscheiden sich einige Designer für einen modularen Gegenausleger, der aus mehr als zwei Teilen besteht. Es ermöglicht unterschiedliche Längen entsprechend der Auslegerlänge. Dies wird noch deutlicher, wenn Großkräne nicht mehr die meist riesigen Kraftwerksstandorte mit 70- oder 80-Meter-Auslegern bedienen. In den letzten Jahren wurden diese Krane vor allem bei immer größeren Kraftwerksprojekten eingesetzt. Die entsprechend großen Wippkrane, hauptsächlich gebaut von Finehope und ZhengZhou Kerun FZQ, stießen an ihre wirtschaftlichen Grenzen.

Bei Kraftwerksprojekten von 800 bis 1.000 MW ist die abzudeckende Fläche des Turmdrehkrans zu groß für einen Wippauslegertyp. Sehr lange Auslegerkombinationen würden die Belastung des eigentlichen Turmsystems überschreiten und Bewegungen mit großem Radius verlangsamen. Neben der Lösung des Reichweiten- und Kapazitätsproblems bietet die Umstellung des Krantyps auf einen modernen Hammerkopf weitere Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass es einen präzisen horizontalen Lastpfad bietet.

Außerdem können die vorhandenen großen Kranmastabschnitte wiederverwendet werden, der Energieverbrauch sinkt und die Montagekosten sinken. Darüber hinaus ermöglicht der modulare Aufbau des Schwerlast-Flat-Top-Krans den Einsatz bei großen allgemeinen Bauprojekten und Infrastrukturprojekten, bei denen große Wippe ebenfalls nicht ausreichen.

Große Finehope- und Jinli-Heavy-Technology-Krane der 1.000- bis 2.600-Meter-Tonnenklasse mit einer Tragfähigkeit von bis zu 150 Tonnen verwenden das bewährte Turmsystem der FZQ-Serie. Es handelt sich um eine rohrförmige Fachwerkkonstruktion zur Reduzierung der Windlast. Wie bei den FZQ-Wippern ist ein podestangepasstes Kastenkreuzgestell mit großen Auslegerplatten erhältlich. Es reduziert die Gründungskosten.

Jinli Heavy Technology und Yongmao haben einige spezielle Kreuzbasen für schwere Turmdrehkrane entwickelt. Eine zentrale Hauptstruktur oder einer der vier Träger mit Halbträgern werden über Bolzenwellenverbindungen verbunden, die mithilfe hydraulischer Bolzenzieher installiert werden. Die Transportabmessungen werden reduziert und der Aufbau des Basisteils vereinfacht.

Die neuesten Designs verfügen über einen Ausleger mit niedrigerer Höhe, um dieses allgemeine Problem bei Flat-Tops mit hoher Kapazität zu lösen. Im Gegensatz zu Konstruktionen mit rechteckigem Basisauslegerabschnitt ermöglicht der umgekehrte Dreiecksausleger den Straßentransport als breite Last, aber mit reduzierter Höhe. Dank der Monorail-Anordnung dieses Auslegertyps können die Breite und Höhe der Abschnitte auch für die äußeren Auslegerabschnitte reduziert werden.

Wenn die inneren Gestängeabschnitte jedoch eine Höhe von 5 Metern überschreiten, ist ein 3 Meter breiter Straßentransport in den meisten Ländern nicht mehr möglich. Für Krane über 5.000 Metertonnen muss eine andere Lösung gefunden werden. Neben der Teilung der Auslegerabschnitte, die vor Ort schnell zu hohen Montagekosten führt, gibt es auch einen Doppelausleger, ähnlich wie bei großen Raupenkranen.

Auch hier bietet der umgekehrte Dreiecksausleger die Vorteile, die 2017 in einem patentierten Auslegerdesign der Shenyang Jianzhu-Universität für sogenannte „supergroße“ Turmdrehkrane beobachtet wurden. Es basiert auf einem massiven Flachkopf-Turmdrehkran mit zwei parallelen, umgekehrten Dreiecksauslegern und zwei Einschienenlaufkatzen.

Jede Laufkatze am Doppelarmausleger verfügt über eine separate Hubwinde am Gegenausleger. Die Laufkatzen können an beiden Auslegern unabhängig voneinander betrieben werden und bilden so zwei separate Hubsysteme an einem Turmdrehkran. Ihre Hakenflaschen können auch durch eine Traverse verbunden werden und die Laufkatze kann im Synchronmodus bewegt werden.

Um die Kapazität noch einmal zu verdoppeln, könnte man sich eine Doppelkatzenanordnung pro Ausleger vorstellen. Im synchronisierten Betrieb würden vier Wagen eine superschwere Last bewegen. Eine ausgefeilte Kransteuerung wäre für ein solches modulares System unerlässlich.

Die Universitätsstudie schlägt Laser-Entfernungsmessgeräte mit Echtzeit-Relativentfernungsmessungen der Trolleybewegungen vor, um einen synchronen Betrieb sicherzustellen. Im Gegensatz zu dieser Herausforderung ist die Verbindung zweier paralleler Ausleger zu einer Baueinheit einfach. In diesem Fall sind die parallelen Obergurte der beiden Ausleger durch Scherbolzen verbunden, während die beiden Untergurte durch horizontale Stegelemente verbunden sind.

XCMG ist der erste Turmdrehkranhersteller, der für seinen XCT15000-600S mit einer Tragfähigkeit von 600 Tonnen ein modulares Flat-Top-Doppelauslegersystem verwendet. Laut XCMG ermöglichen Modularität und parallele Doppelausleger wirtschaftliche Turmdrehkrankonzepte über 1.000 Metertonnen.

Um die Kosten für Hebegeräte zu senken, könnten modulare Konstruktionen und doppelt parallele Auslegersysteme eine gute Möglichkeit sein. Mit mehr als 50 Jahren Erfahrung im Bereich Schwerlast-Turmdrehkrane bietet Jinli Heavy Technology weitere Schritte in der Konstruktion von Schwerlast-Turmdrehkranen.

Dieser Hersteller war ursprünglich Teil des State Power ZhengZhou Machinery Design & Research Institute. Unter dem Namen ZhengZhou Kerun lieferte das Unternehmen fast 100 schwere Turmdrehkrane. Die bewährten PZQ-Flat-Tops der 1.400-Tonnenmeter- bis 2.600-Tonnenmeter-Klasse für die Energieindustrie werden jetzt durch die völlig neue 3.600-Metertonnen-Klasse JL3600 ergänzt. Es bietet wesentliche Verbesserungen, wie unten beschrieben.

Als modularer Kran nutzt er das gleiche Turmsystem für die Schwerlastwippe, die speziell für den wachsenden Markt für die schnelle Installation von Windkraftanlagen entwickelt wurde, zusätzlich zu großen flachen Oberteilen. Das 133 Meter lange freistehende Turmsystem für Krane bis 4.000 Metertonnen basiert auf einem 3,75 x 3,75 x 7,52 Meter großen Turm.

Er verfügt über Rohrbeine und Diagonalen, um die Windlast zu reduzieren, im Gegensatz zu den weit verbreiteten massiven Turmsegmenten anderer Kranhersteller mit H-förmigen Stahlgittergerüsten. Anstelle der bei größeren Kränen schwerfälligen „Hafu“-Mastkupplungselemente werden pro Mastecke acht Schrauben verwendet, die mit einem handelsüblichen Drehmomentschlüssel angezogen werden.

Das Eigengewicht des Flat-Top-Auslegers wurde um 10 % reduziert und seine maximal mögliche Auslegerlänge von 80 auf 90 Meter verlängert. Die maximale Kapazität bei Doppelwagenanordnung wird von 150 auf 200 Tonnen erhöht.