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30.09.2022, 14:15 Uhr
Menzitowoc
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Hallo,
Stabwerke oder Stabfachwerke sind ein bewährtes und beliebtes Konstruktionselement im Kranbau. Für die Dimensionierung wird im ersten Schritt angeommen, dass die schlanken Stäbe gelenkig miteinander verbunden sind und nur Zug- und Druckkräfte übertragen. Diese idealisierte Annahme trifft aber auf die praktische Umsetzung bei Kran-Gittermaststücken nicht ganz zu, denn an den Rohrverschneidungen treffen die kreisrunden Rohrquerschnitte aufeinander und werden dort aufwändig verschweißt. Das führt zu Zusatzspannungen durch Biegemomente unter der lastinduzierten Verformung der Gitterstäbe. Bei der Auslegung und der Spannungsberechnung werden diese Einflüße aus der tatsächlich gebauten Geometrie natürlich berücksichtigt.
Nichtsdestotrotz sind diese oftmals sehr hohen lokalen Spannungen entscheidend für die erreichbare Betriebslebendsdauer bei gegebener Bauteilgeometrie und gegebener Betriebsbeanspruchung durch die (Kran)nutzung.
Bei den Montagekranen mit sehr wenigen Lastzyklen nimmt man diese Zusammenhänge hin, denn die hohe Steifigkeit an den Rohrverschneidungen des Gitterwerkes erhöht die Gesamtsteifigkeit der Auslegerelemente. Beim Umsschlagbetrieb mit sehr vielen Lastzyklen, wie er typisch für z.B. Hafen(mobil)krane ist, schmerzt die geringere Betriebslebensdauer der bisher üblichen Konstruktion in der Auslegung aber schon.
Ein probates Mittel ist deshalb der Abbau der lokalen Spannungsspitzen durch eine andere konstruktive Ausformung der Rohrverbindungen im Gitterwerk, in dem die Biegesteifigkeit dort herabgesetzt wird bei gleichzeitig hoher Zug-Druck-Steifigkeit. Die Verbindung soll in ihrem Biegeverhalten einem Gelenk ähnlicher werden.
Für die Betriebsfestigkeit bzw. Betriebslebensdauer ist die lokale Spannung entscheident: Nach einer ganz groben Faustregel bedeuten 10% weniger Spannung eine Verdoppelung der Lebensdauer (umgekehrt halbiert eine 10 %ige Spannungserhöhung die Lebendsdauer). Der tatsächliche quantitative Zusammenhang zwischen Spannung und (Betriebs)-Lebensdauer ist von sehr vielen Faktoren abhängig – z.B. Material, Schweißverfahren, Bauteilgeometrie, Lastkollektiv, (korrosive) Umgebungsmedium und …….. und kann damit von der einfachen Faustformel erheblich abweichen. (Die Faustformel gilt nur für eine Wöhler- bzw. Gaßnerlinienneigung von k bzw. k´ = 7,27. Wer es selber nachrechnen möchte, kann sich den Zusammenhang mit diesen Formeln herleiten)
Das heißt, durch konstruktive Maßnahmen der Spannungsreduktion kann man richtig viel herausholen!
Gottwald hat deshalb Mitte der 2000der Jahre für die Gittermastausleger seiner Hafenkrane eine neue Rohrverbindung in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit LBF in Darmstadt entwickelt und experimentell überprüft, die den obigen Forderungen entspricht und im Hinblick auf die Betriebsfestigkeit eine signifikante Verbesserung darstellt. Natürlich wurden damals verschiedene Varianten untersucht, die sich auch hinsichtlich der Fertigung unterschieden. Als am besten geeignet wurde die jetzt verwendete Variante identifiziert, die aus einem gegossenen Verbindungsteil besteht, welches den Übergang vom Membrangelenk zum Verstrebungsrohr bildet. An der Verschneidungsstelle zum dicken Gurtrohr des Auslegers trifft somit nur ein flaches Blech auf den Rohrquerschnitt und führt dort zu einer geringen Beigesteifigkeit bzw. minimalen Beweglichkeit quer zur Stabachse.
Bildquelle: Bekannt
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Die Anbindung der Gurtrohre an die Auslegerlagerung erfolgt konventionell mit vollem Rohrquerschnitt.
Dieselben Überlegungen lagen auch bei der Entwicklung der DEMAG V-Profil-Kranen zugrunde. Auch dort wurden Membrangelenkstäbe im Gitterwerk eingesetzt, um einen betriebsfesten Leichtbau zu erreichen - siehe Erklärvideo bei Youtube.
P.S.: Link zum Image-Shack-Album mit den Aufnahmen in voller Auflösung.
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Mal was ganz Anderes: Marion Walking Dragline aus Constructor (Holzbaukasten) |
