Technik von gestern (2): Schiffskran 28.10.2008, 07:50

Ein alter Schiffsdrehkran an der ligurischen Küste, vor 160 Jahren gebaut, zeigt uns alles in voller Klarheit: Zahnradantrieb, Sperrradsicherung mit Bandbremse, Drehmechanismus. Doch es waren motorlose Zeiten damals: Alle Bewegungen waren nur mit Muskelkraft zu bewerkstelligen.

Technik von gestern (2)
 

Drehkran

Uralttechnik: Der Ausdruck hört sich negativ an. Was hier aber negativ klingt, beschreibt nur den Beginn einer technischen Entwicklung, der wir auch heute noch einiges abschauen können. Der tec.LEHRERFREUND hat deshalb Beispiele ausgewählt, von denen er meint, ein näheres Hinsehen lohne sich.
Vor dem Drehkran warfen wir bereits einen Blick auf eine andere Uralttechnik: die Dezimalwaage.
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In einem Städtchen an der ligurischen Küste, etwa 30 km südöstlich von Genua, steht an der Mole des Fischerhafens der hier abgebildete Kran. Er wurde 1846 in einer Werkstatt in Marseille hergestellt, wie man aus der eingegossenen Inschrift erfährt. Welche Aufgabe hatte das (entfernt einem heutigen DERRICK-Kran ähnlich sehende) Hebezeug?

Den kräftigen Dimensionen nach war es für das Heben schwerer Lasten gedacht: Boote aus dem Wasser heben, volle Fischnetze und Granitblöcke an Land hieven usw. Als Hubmittel diente eine klobig anmutende Stahlkette. In Deutschland wurden ähnliche Krane noch um 1960 herum gebaut, damals allerdings mit Seilantrieb.
Das Bild rechts zeigt einen modernen Drehkran: Alles daran ist einfacher und zierlicher. Er ist gewiss für kleinere Lasten ausgelegt, aber der Hauptgrund für die andere Bauart ist der kleine, neben der Mittelsäule stehende Kasten. In ihm versteckt und vor Salzwasser geschützt steht der elektrische Antriebsmotor. Natürlich hat man auch mit hochfesten Stahlseilen andere Möglichkeiten als mit Ketten.

Zur Funktion des Drehkrans fand der tec.LEHRERFREUND dies heraus:

a) Arbeitskonzept
Zugunsten der Hubkapazität wurde auf Beweglichkeit verzichtet. Der Kran ist, ähnlich modernen Turmdrehkranen, fest verankert. Das Hubgestell mit den Antriebselementen lässt sich um 360° drehen. Die Kippkräfte nimmt eine in die Hafenmauer eingelassene senkrechte Säule auf. Der Auslegerarm selbst ist nicht absenkbar.

b) Antrieb
Vor über 160 Jahren war ein Motorantrieb kein Thema. Alle Bewegungen mussten mit Muskelkraft erzeugt werden. Der Hersteller wählte einen Stirnradantrieb: Über eine Handkurbel treibt das Ritzel (= kleines Zahnrad) ein sehr großes Zahnrad an. Auf der Zahnradachse sitzt die Kettentrommel mit aufgewickelter Kette. Damit sie sich beim Auf- und Abwickeln nicht verhaspelt, wird sie in einer gewindeähnlichen Wendel geführt. Die Kette läuft am Hubarmkopf über eine Rolle. An ihrem Ende hängt die Hakenflasche mit Lasthaken.

c) Zusatzeinrichtungen
Stirnräder haben in diesem Fall den Nachteil, dass sie von der Lastseite her zurückgedreht werden. Dies verhindert man mit einer Rücklaufsperre, bestehend aus Sperrrad und Sperrklinke (Bild, vereinfachte Darstellung). Das Sperrrad sitzt auf der Ritzelmitte.
Die einmal gehobene Last muss aber auch wieder abgesenkt werden können. Dafür wird die Sperrklinke aus ihrer Verzahnung herausgedreht; dann lässt man die Antriebsachse mit Hilfe einer Bandbremse mit der gewünschten kleinen Geschwindigkeit zurücklaufen.

Im Unterricht könnte man dazu Fragen unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade zur Diskussion stellen:

1. Wie viele Menschen braucht man, wenn man folgende Antriebsfunktionen betätigen will: Last heben, Last senken, Kran um senkrechte Achse drehen?
2. Welche Bedingung muss gegeben sein, damit sich die Sperrklinke aus ihrer Verzahnung herausdrehen lässt?
3. Welche Zahnradübersetzung liegt vor?
4. Der Antrieb enthält Bauteile, die die Zahnradübersetzung verändern. Welche sind das?
– Dazu:
Die Kettentrommel hat einen kleineren Durchmesser als das große Zahnrad. Hat dies eine Auswirkung auf das Gesamtübersetzungsverhältnis?
5. Der Antrieb hätte sich mit einem (selbsthemmenden) Schneckengetriebe stark vereinfachen lassen.
a) Warum?
b) Versuchen Sie Gründe dafür zu finden, warum der Hersteller (1846!) trotzdem kein Schneckengetriebe einbaute.
6. Versuchen Sie, eine Zeichnung von der Sperrklinke anzufertigen. Verwenden Sie dafür die in der Freihandskizze angegebenen Maße. Die übrigen Maße können Sie selbst bestimmen. (Anmerkung: Es ist ein Guss- oder Schmiedeteil und schon deswegen anspruchsvoll).

Antworten auf die Fragen:
1. Last heben: 1 Person/ Last senken: mindestens Personen: 1 Person dreht das Ritzel etwas zurück und nimmt die Sperrkline heraus, 1 Person bremst. Kran drehen: 1 Person. (Im Übrigen findet man im gusseisernen Gestell des Krans waagrechte Bohrungen: Sie dienen wahrscheinlich dazu, mit eingesteckten Eisenstangen den Kran samt Last von der Seeseite zur Landseite zu drehen).
2. Last muss abgebremst sein, Antriebsritzel muss etwas zurück gedreht werden, damit die Sperrklinke entlastet ist.
3. i = z₂ : z₁ = 96 : 12 = 8 : 1 = 8.
4. Die Handkurbel vergrößert i im Verhältnis Kurbellänge zu Ritzelradius. Größeres i = kleinere Handkraft.
Die kleinere Kettentrommel verkleinert das Gesamtübersetzungsverhältnis.
5. a) Mit einem Schneckentrieb hätten sich das Sperrrad und die Bandbremse einsparen lassen. Allerdings läge mit einem Schneckentrieb die Antriebsachse sehr hoch.
b)
– 1846 gab es keinen funktionierenden Schneckentrieb (der tech.LEHRERFREUND fand selbst noch nicht heraus, seit wann es den industriellen Schneckentrieb gibt).
– Wenn es ihn 1846 gab, hatte der Hersteller technisch keine Möglichkeit, ihn zu produzieren.
– Wenn es ihn gab und er herstellbar gewesen wäre, fürchtete der Hersteller den schlechten Wirkungsgrad, der eine entsprechend höhere Handdrehkraft zur Folge hätte. Der Wirkungsgrad eines Schneckentriebs liegt wegen dessen extrem hoher Flankenreibung bei unter 50%, d. h. von der aufgewendeten Handkraft würde die Hälfte verloren gehen.

6. Zeichnung Sperrklinke