Kran

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Ein Kran (Mehrzahl: Krane oder Kräne - Kräne wird üblicherweise als umgangssprachlich, Krane als fachsprachlich angesehen; etymologisch verwandt mit altgriech.
avo der Kranich) ist eine manuell oder durch Motoren betriebene Einrichtung zur vertikalen und horizontalen Verladung oder Bewegung von Lasten.
Er wird in der Regel zum Be- und Entladen von Schiffen (Stückgut und Container), Eisenbahn- und Lastkraftwagen sowie in Montage-, Fertigungs- und Lagerhallen sowie im Hochbau eingesetzt.
In der Ausführung zum Umschlagen von Schüttgütern wird er meist als Bagger bezeichnet.
Der Unterschied zu einem einfachen Hebezeug, das Bestandteil des Kranes sein kann, ist, dass der Kran flurfrei arbeitet und mehr als zwei Bewegungsrichtungen (auf/ab - links/rechts entspricht zwei Koordinatenrichtungen) ausführen kann (dreidimensionaler Arbeitsbereich)- d. h. die Last an einem anderen Punkt abzusetzen, als er sie aufgenommen hat.
Hauptanwendung ist das Be- und Entladen, auch Güterumschlag genannt, sowie die Verlastung von Gütern an einen bestimmten Punkt (Kurzdistanzen).
Letztere Anwendung ist vor allem auf Baustellen sehr wichtig.
== Krantypen
Es gibt verschiedene Bauarten und Ausführungen je nach Anwendungsgebiet.
Unterscheidung nach der Mastkonstruktion
Ortsveränderliche Auslegerkrane werden Fahrzeugkrane genannt.
Hans Liebherr konstruierte 1949 den ersten mobilen Turmdrehkran der Welt, den TK 8, mit anfangs mäßigem Erfolg.
== Verschiedenes
Hubschrauber, Seilbahnen, Ballone und Drachen(fähren) können ggf. die Funktion eines Krans übernehmen.
Ihr Einsatz ist aber wegen der hohen Betriebskosten im Regelfall auf unwegsame Gebiete oder für Arbeiten an sehr hohen Bauwerken beschränkt.
Speziell für den Kraneinsatz konstruierte Helikoptertypen sind: K-Max, Sikorsky S-64 Skycrane, Mil Mi-10.
Ein Versuchsballon war 2001/2001 CargoLifter CL75 AirCrane mit 75 t Nutzlast.
Funktionell ähneln folgende Werkzeuge:
Angelrute, Schiffshaken, Greifhilfe, Feuerhaken, Hakenstange um Kleider auf Bügeln auf hochliegenden Stangen zu manipulieren oder kleine Schachteln von hohen Regalen herunter zu kippen.
30 Krane auf 21 Hektar bewegten sich in der Abenddämmerung des 15. Februar 2014 als mit Lichteffekten choreografiertes Ballett zur 15-minütigen Symphonie Kranensee, komponiert von Florian Reithner, auf der Großbaustelle der im Nordosten Wiens entstehenden Seestadt Aspern.
Damit feierten die Baufirmen die ersten Dachgleichen und 14.000 kamen, um zuzusehen.
Kranballetts wurden schon 1996 bei der Umgestaltung des Potsdamer Platzes Berlin und 2010 als Requiem der Kräne in der HafenCity Hamburg dargeboten.
Der Begriff Kranballett wird in den letzten Jahren als ausschmückende Beschreibung für die bloße Ansammlung von Kränen, etwa auf Großbaustellen, verwendet.
== Etymologie
Die Hebevorrichtung aus einer senkrechten Säule und einem drehbaren, meist schräg aufwärts gerichteten Ausleger erinnert an den langen Hals und Schnabel eines stehenden Kranichs.
Deshalb benannten schon die Griechen die Konstruktion nach dem Vogel.
Im Mittelalter wurde dann aus dem ursprünglichen Kranich die Kurzform Krahn oder Krahnen (z. B. bei Alter Krahnen), später Kran.
== Geschichte der Krane
=== Antike griechische Krane
Der Kran zum Heben schwerer Lasten wurde im späten 6. Jh. v. Chr. von den antiken Griechen erfunden.
Charakteristische Einkerbungen für den Gebrauch von Hebezangen und Lewis-Eisen sind ab ca. 515 v. Chr. an Steinblöcken griechischer Tempel nachgewiesen.
Da diese Furchen sich entweder über dem Schwerpunkt des Blocks oder paarweise im gleichen Abstand von einem Punkt über dem Schwerpunkt befinden, werden sie von Archäologen als hinreichender Beweis für die Existenz von Kränen angesehen.
Die Einführung von Hebemaschinen, die mit Seilwinde und Flaschenzug arbeiteten, führte zur weitgehenden Ablösung der Rampe als Haupthilfsmittel für den vertikalen Transport.
In den folgenden zwei Jahrhunderten lässt sich auf griechischen Baustellen ein starker Trend zu leichteren Lasten feststellen.
Im Gegensatz zur archaischen Periode (700-500 v. Chr.), in der die Größe der verarbeiteten Steinblöcke immer weiter zunahm, weisen klassische griechische Tempel wie der Parthenon durchweg Blöcke auf, die weniger als 15 bis 20 Tonnen wiegen.
Zudem rückte man von der bisherigen Praxis ab, große monolithische Säulen zu errichten, und ging dazu über, Säulen aus mehreren Trommeln zusammenzusetzen.
Obgleich die historischen Hintergründe der Einführung des Krans unklar bleiben, wird die Auffassung vertreten, dass die instabile soziale und politische Lage in Griechenland die Beschäftigung von kleineren und professionellen Baumannschaften begünstigte.
Dies ließ den Einsatz von Kränen für die Polis attraktiver erscheinen als die Rampentechnik, die den Masseneinsatz von Arbeitern erforderte und in den autokratischen Gesellschaften Ägyptens oder Assyriens üblich war.
Der erste unzweideutige schriftliche Beleg für einen Mehr-Rollen-Zug findet sich in den Mechanischen Problemen (Mechanika 18, 853a32-853b13), die Aristoteles (384-322 v. Chr.) zugeschrieben werden, aber womöglich etwas später verfasst wurden.
Ungefähr zur gleichen Zeit erreichten die Steinblöcke der griechischen Tempel wieder die Größe ihrer archaischen Vorgänger, was darauf hinweist, dass in dieser Zeit der Mehr-Rollen-Zug auf griechischen Baustellen seinen Einzug gehalten haben muss.
=== Antike römische Krane
Eine besonders wichtige Rolle spielten Kräne im Bauwesen der Römer, bei denen eine rege Bautätigkeit herrschte und deren Bauten enorme Ausmaße erreichten.
Die Römer übernahmen den Kran von den Griechen und entwickelten ihn weiter.
Dank der verhältnismäßig ausführlichen Abhandlungen der römischen Ingenieure Vitruv (De Architectura 10, 2, 1-10) und Heron von Alexandria (Mechanica 3, 2-5) sind wir über die römische Hebetechnik relativ gut informiert.
Abbildungen römischer Tretradkrane finden sich auf zwei antiken Reliefs, von denen der Grabstein der Haterii aus dem späten 1. Jh. n. Chr. besonders detailliert ist.
Der einfachste römische Kran war ein Drei-Rollen-Zug, der entsprechend Trispastos genannt wurde und aus Hebebaum, Haspel, Seil und einem Flaschenzug mit drei Rollen bestand, was einem Übersetzungsverhältnis von 3 zu 1 entspricht.
Berechnungen zufolge konnte mit dem Trispastos ein einzelner Arbeiter an der Haspel - unter der Annahme, dass 50 kg den maximalen Krafteinsatz darstellen, den ein Mann über einen längeren Zeitraum ausüben kann - ein Gewicht von 150 kg heben (3 Rollen a 50 kg = 150 kg).
Schwere Krantypen besaßen komplexere Flaschenzüge mit fünf Rollen (Pentaspastos) oder im Fall des größten Krans sogar drei mal fünf Rollen (Polyspastos) und hatten je nach Maximalbelastung zwei, drei oder vier Hebemaste.
Der Polyspastos konnte im Haspelbetrieb mit vier Mann bereits 3000 kg heben (3 Seile x 5 Rollen x 4 Männer x 50 kg = 3000 kg).
Wurde die Haspel durch ein Tretrad ersetzt, verdoppelte das Höchstgewicht sich sogar auf 6000 kg bei halber Besatzung, da das Tretrad dank seines größeren Durchmessers eine wesentlich größere Übersetzung hat.
Das bedeutet, dass die maximale Hebekraft des römischen Polyspastos mit 3000 kg pro Person sechzigmal größer war als beim Bau der Pyramiden, wo es ungefähr 50 Arbeiter bedurfte, einen 2,5 t schweren Steinblock die Rampe hochzubewegen (50 kg pro Person).
Archäologische Indizien weisen darauf hin, dass die Römer die technische Fähigkeit besaßen, noch deutlich größere Lasten vertikal zu transportieren, denn bei zahlreichen römischen Bauten finden sich in höherer Lage weitaus schwerere Steinblöcke, als sie der Polyspastos bewältigen könnte.
So wiegen z. B. die Architrave des Jupiter-Tempels in Baalbek, die sich ca. 19 m über dem Boden befinden, jeweils bis zu 60 t und die Blöcke des Eckgesims sogar über 100 t, während der 53,3 t schwere Kapitellblock der Trajanssäule in Rom auf eine Höhe von ca. 34 m gehievt wurde.
Man nimmt an, dass römische Ingenieure diese außergewöhnlichen Lasten durch zwei Maßnahmen bewältigen konnten:
Erstens wurde, wie von Heron vorgeschlagen, ein hölzerner Hebeturm errichtet, dessen vier Seiten die Form eines Quadrats mit parallelen Seiten besaßen, einem Belagerungsturm nicht unähnlich, aber mit der Säule in der Mitte der Konstruktion (Mechanica 3, 5).
Zweitens wurde eine Vielzahl von Ankerwinden zu Füßen des Turms platziert, die mit Mannschaften besetzt wurden.
Ankerwinden genossen trotz ihres kleineren Hebelverhältnisses den Vorzug vor Treträdern, weil sie in größerer Menge aufgestellt und von mehr Arbeitern (und darüber hinaus Zugtieren) bedient werden konnten.
Der Einsatz von Ankerwinden wird von Ammianus Marcellinus (17, 4, 15) beim Aufrichten des Obelisco Lateranense im Circus Maximus (ca. 357 n. Chr.) beschrieben.
Die maximale Hebekapazität antiker Ankerwinden kann durch die Anzahl der Lewiseisenlöcher bestimmt werden, die in den Monolithen gebohrt wurden.
Im Fall der Architravblöcke von Baalbek, die zwischen 55 und 60 t wiegen, lassen jeweils acht Löcher auf den Einsatz ebenso vieler Ankerwinden mit einer individuellen Höchstlast von 7,5 t schließen (60 t / 8 Löcher = 7,5 t).
Solch große Lasten in einer konzertierten Aktion hochzuheben, erforderte von den Arbeitsgruppen an den Ankerwinden ein hohes Maß an Konzentration und Koordination.
=== Mittelalterliche Krane
Nachdem der Tretradkran mit dem Fall des Weströmischen Reichs in Westeuropa außer Gebrauch geraten war, fand die Hebetechnik im Hochmittelalter im großen Maßstab ihren Wiedereinzug.
Die früheste Erwähnung eines Tretrads (magna rota) taucht in französischen Quellen um 1225 auf, gefolgt von einer Illustration in einer Handschrift von 1240, die wahrscheinlich ebenfalls französischer Herkunft ist.
In der Schifffahrt sind die frühesten Einsätze von Hafenkranen für Utrecht 1244, Antwerpen 1263, Brügge 1288 und Hamburg 1291 dokumentiert, während in England das Tretrad erstmals 1331 fassbar ist.
Im Allgemeinen konnte der vertikale Transport mit Kranen sicherer und kostengünstiger bewerkstelligt werden als mit herkömmlichen Methoden.
Typische Anwendungsgebiete waren Häfen, Minen und insbesondere Baustellen, wo der Tretradkran eine Schlüsselrolle bei der Errichtung der hochaufragenden Gotischen Kathedralen spielte.
Trotzdem lässt sich anhand zeitgenössischer Quellen und Illustrationen erkennen, dass neu eingeführte Maschinen wie Treträder und Schubkarren arbeitsintensivere Methoden wie Leitern und Tragebahren nicht vollständig ersetzen konnten.
Vielmehr wurden alte und neue Maschinen im mittelalterlichen Bau- und Hafenbetrieb Seite an Seite eingesetzt.
Abgesehen von Treträdern zeigen mittelalterliche Darstellungen Krane, die manuell durch Seilwinden mit sternförmigen Speichen, Kurbeln und seit dem 15. Jh. durch Winden, die wie ein Steuerrad geformt sind, angetrieben werden.
Schwungräder, die Unregelmäßigkeiten im Antrieb ausgleichen und tote Punkte im Hebeprozess überwinden helfen, sind nachweislich seit 1123 bekannt.
==== Ursprünge
Der genaue Prozess, der zur Wiederverwendung des Tretradkrans führte, ist nicht bekannt, aber seine Rückkehr auf mittelalterliche Baustellen muss ohne Zweifel im engen Zusammenhang mit dem zeitgleichen Aufstieg der Gotik gesehen werden.
Der Tretradkran könnte eine technische Weiterentwicklung der Winde sein, von der seine Struktur und Mechanik herrührt.
Alternativ könnte das mittelalterliche Tretrad eine bewusste Wiedererfindung des römischen Krans sein, so wie er in Vitruvs Werk De architectura beschrieben ist, das zum Bestand vieler Klosterbibliotheken zählte.
Ebenso könnte seine Wiedereinführung durch die Beobachtung der arbeitssparenden Qualitäten von Wasserrädern inspiriert worden sein, mit denen frühe Tretradkonstruktionen viele Ähnlichkeiten aufwiesen.
==== Struktur und Platzierung
Das mittelalterliche Tretrad bestand aus einem großen, hölzernen Rad, das sich um eine Achse drehte und eine Lauffläche besaß, die breit genug war für zwei nebeneinander gehende Arbeiter.
Während bei frühen Rädern des ,Kompass-Typs' die Speichen direkt in der Achse steckten, besaßen fortschrittlichere Modelle des ,Klammer-Typs' Arme, die an der Achse seitlich befestigt waren.
Diese Anordnung ermöglichte die Verwendung einer dünneren Antriebswelle, was den mechanischen Hebel vergrößerte.
Anders als oft angenommen wurden mittelalterliche Baukrane weder auf den damals üblichen Leichtgerüsten noch auf den dünnen Wänden der gotischen Kathedralen aufgestellt, die nicht die Tragfähigkeit besaßen, das addierte Gewicht von Zugmaschine und Last aufzunehmen.
Vielmehr wurden die Krane in der ersten Bauphase auf dem Boden platziert, oftmals innerhalb des Gebäudes.
Sobald ein Stockwerk fertig gebaut war und massive Zugbalken die Seitenwände miteinander verbanden, wurde der Kran abgebaut und auf den Dachbalken wieder zusammengesetzt, wo er während der Konstruktion der Gewölbe von Feld zu Feld bewegt wurde.
Auf diese Weise "wuchs" und "wanderte" der Kran mit dem Gebäude, so dass heutzutage alle vorhandenen mittelalterlichen Baukrane in England sich in Kirchtürmen oberhalb der Gewölbe und unterhalb des Dachs befinden, wo sie nach Abschluss der Bauarbeiten blieben, um Materialien für Reparaturen emporzuheben.
Weniger häufig zeigen mittelalterliche Darstellungen Krane an den Außenseiten der Mauern, wo das Gestell der Maschine an hervorstehenden Balken befestigt war.
==== Betrieb und Mechanismus
Im Gegensatz zu modernen Kranen bewegten mittelalterliche Krane - genauso wie ihre antiken Vorgänger - Lasten kaum in horizontaler Richtung, sondern waren in erster Linie nur für vertikale Hebevorgänge geeignet.
Entsprechend anders wurde am Arbeitsplatz die Hebearbeit organisiert.
So wird angenommen, dass im Gebäudebau der Kran die Steinblöcke entweder vom Boden direkt auf ihren Platz hievte, oder von einer Stelle aus, die gegenüber der Mauermitte lag, so dass die zwei Arbeitstrupps, die an beiden Enden der Mauer arbeiteten, mit Baumaterial versorgt werden konnten.
Zusätzlich führte der Kranmeister, der die Arbeiter im Tretrad gewöhnlich von außerhalb des Krans dirigierte, die Last an einem kleinen Seil, mit dem er die Ladung seitlich schwenken konnte.
Schwenkkrane, die eine Rotation der Ladung erlaubten und deshalb besonders für Entladearbeiten am Hafenkai geeignet waren, lassen sich bereits ab 1340 nachweisen.
Während Quadersteine mit Schlingen, Lewis-Eisen oder Hebezangen (,Teufelskrallen') hochgehoben wurden, ließen sich andere Gegenstände mit Behältern wie Körben, Holzkisten, Paletten oder Fässern befördern.
Es ist erwähnenswert, dass der mittelalterliche Kran selten Sperrklinken oder Bremsen besaß, um zu verhindern, dass die Ladung rückwärts lief.
Dies wird durch die hohen Reibungskräfte erklärt, die normalerweise verhinderten, dass das Rad sich unkontrolliert beschleunigte.
==== Hafenkrane
Stationäre Hafenkrane - nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand in der Antike unbekannt - werden als eine Neuentwicklung des Mittelalters angesehen.
Der typische Hafenkran war eine drehbare Konstruktion, die mit zwei Treträdern ausgestattet war.
Diese Krane wurden zum Laden und Löschen von Frachtgut direkt am Kai errichtet, wo sie ältere Hebemethoden wie Winden, Wippen und Rahen ersetzten oder ergänzten.
Zwei Typen von Hafenkranen mit unterschiedlichen geografischen Schwerpunkten lassen sich identifizieren:
Zum einen Bockkrane, deren gesamte Konstruktion sich um eine zentrale, vertikale Achse drehte und die gewöhnlich in flämischen und holländischen Küstenorten zu finden waren.
Zum anderen Turmkrane, bei denen Seilwinde und Laufräder sich in einem festen Turm befanden und sich nur der Ausleger und der Dachaufbau mit der Last drehten.
Dieser Typus war in deutschen See- und Binnenhäfen verbreitet.
Interessanterweise wurden Kaikrane nicht im Mittelmeerraum und in den hochentwickelten italienischen Hafenstädten übernommen, wo die Behörden über das Mittelalter hinaus Gebrauch machten von der arbeitsintensiveren Methode des Löschens über Rampen.
Im Gegensatz zu Baukranen, bei denen die Arbeitsgeschwindigkeit durch den relativ langsamen Arbeitsrhythmus der Maurer bestimmt wurde, besaßen Hafenkrane gewöhnlich ein Doppel-Tretrad, um den Verladeprozess zu beschleunigen.
Die zwei Treträder, deren Durchmesser auf 4 m und mehr geschätzt wird, wurden an beiden Seiten der Kranachse angebracht und drehten sich zusammen.
Heutzutage existieren nach einer Untersuchung noch fünfzehn Tretrad-Hafenkrane aus vorindustrieller Zeit in Europa.
Neben diesen stationären Kranen kamen im 14. Jh. Schwimmkrane auf, die im ganzen Hafenbecken flexibel eingesetzt werden konnten.
== Sicherheit
Vor der ersten Inbetriebnahme eines Kranes (Hebezeuges) ist in Deutschland eine Abnahmeprüfung nach BGG 905 (Berufsgenossenschaftliche Grundsätze) durch einen von der Berufsgenossenschaft ermächtigten Sachverständigen erforderlich.
Diese Abnahmeprüfung reicht von der Sichtung der für einen Kran vorliegenden Dokumente bis hin zur Prüfung aller sicherheitstechnisch relevanten Funktionen, Sicherheitsabstände und angrenzenden Bereiche.
Zur näheren Erläuterung wird in diesem Zusammenhang u. a. auf die Unfallverhütungsvorschrift Krane BGV D 6 verwiesen.
Die jährlich wiederkehrende Prüfung ist dann durch einen Sachkundigen (BGV D 6 §26) durchzuführen.
Voraussetzung für die Führung eines Kranes ist in Deutschland ein Kranführerschein, in der Schweiz ein Kranführerausweis (Art. 5 Abs. 2a Kranverordnung).
Das Betreiben von Kranen, die Schulung der Kranführer (in Deutschland nach BGG 921, in der Schweiz nach Art. 8 ff.
Kranverordnung) und die sichere Verwendung von Kranen unterliegt strengen Vorschriften.
So widerspricht z. B. die häufig zu beobachtende Diebstahlsicherung auf Baustellen, bei der Geräte über Nacht am Kran aufgehängt werden, den Pflichten des Kranführers gemäß § 30, Absatz 11 der BGV D6.
Auf der Grundlage der gesetzlichen Vorschriften regeln Betriebsanleitungen den Umgang mit den jeweiligen Kranen.
Die Sicherheit von Krananlagen wird heute durch intelligente Steuerungen sowohl von Kranen als auch Seilzügen unterstützt.
== Effizienzsteigerung von Kranen
Bei Kranen aus geschweißten Metallkonstruktionen kann durch eine Schweißnahtnachbehandlung die Lebensdauer oder bei Berücksichtigung während der Entwicklung das übertragbare Lastniveau (Hublast) deutlich gesteigert werden.
Bei bestehenden Konstruktionen kann durch eine Schweißnahtnachbehandlung die Lebensdauer oftmals um viele Jahre verlängert werden.
Durch die Berücksichtigung während einer Neukonstruktion kann die Kranstruktur gezielt leichter ausgeführt werden.
Dies führt in den meisten Fällen zu einer Steigerung der zulässigen Hublast und damit zu einer Effizienzsteigerung.
== Literatur

Klexikon (einfache Sprache):
Ein Kran ist ein Gerät, mit dem man Lasten anheben und bewegen kann, um sie an anderer Stelle wieder abzusetzen.
Die Lasten werden meist nur über kurze Strecken bewegt.
Um die Lasten anzuheben, haben Kräne meist eine Seilwinde.
Man bewegt sich zur Seite, indem man den Kran schwenkt oder in eine Richtung fährt.
Kräne können durch Motoren betrieben werden oder auch von Hand.
Der Kran wurde schon von den alten Griechen erfunden.
Das war über 500 Jahre vor Christi Geburt.
Diese Kräne konnten damals natürlich nur mit Muskelkraft betätigt werden.
Kräne benötigt man zum Beladen oder Entladen von Schiffen, Zügen oder Lastwagen.
Außerdem benutzt man Kräne auf Baustellen, in Fabriken oder in Lagerhallen.
Es gibt verschiedene Bauformen von Kränen.
Auf Baustellen sieht man meist große feststehende Turmkräne.
Zur Verladung von Containern im Hafen werden Brückenkräne verwendet.
Lastwagen haben zum Teil eigene Verladekräne am Fahrzeug angebaut, mit denen sie beladen werden können.
Braucht man einen großen Kran nur für kurze Zeit, dann ist ein Autokran vielleicht die beste Möglichkeit.