Kraan (machine)

Een torenkraan.

Een kraan is een meestal metalen toren (machine), uitgevoerd met kabels en katrollen. Een kraan wordt gebruikt om artikelen omhoog te hijsen, omlaag te laten zakken of om zaken te verplaatsen. Toepassing vooral in de bouw- en sloopsector, maar ook in de transportsector voor los- en laadklussen. Dikwijls zijn kranen tijdelijke constructies, hetzij aan de grond bevestigd, hetzij op een verrijdbare constructie, zoals op een vrachtauto.

Grote kranen zijn kostbaar. Er bestaan verhuurbedrijven voor kranen. De grootste kranen zijn te vinden op kraanschepen, waarbij de grootste zijn geplaatst op het kraanschip Thialf, dat twee kranen heeft van 7100 ton elk.

Aan een kraanmachinist worden diverse opleidingseisen gesteld om veilig met de kraan te kunnen omgaan.

Geschiedenis

Hijskranen bestonden reeds in de oudheid. Men gebruikte o.a. een rechtmast (schalk) met tuien en een kaapstander voor het ophijsen. In de Middeleeuwen was een 15e eeuwse kraan in gebruik voor de havenactiviteiten op de Haverwerf te Mechelen. Deze kraan werd aangedreven door mensen die in een rad voortstapten. Ondanks protest van de archeologische kring werd de kraan in 1887 afgebroken.

Antieke Griekse kranen

De kraan voor het ophijsen van zware voorwerpen werd aan het eind van de zesde eeuw voor Chr. door de Oude Grieken uitgevonden.

Vanaf 515 v. Chr. zijn heftangen en Lewisbeugels gebruikt bij het ophijsen van steenblokken voor de bouw van Griekse tempels, hetgeen te zien is aan de achtergebleven kerven in de stenen. Daar de kerven over het zwaartepunt of paarsgewijs op gelijke afstand van het zwaartepunt zitten nemen archeologen aan dat toentertijd kranen gebruikt zijn.

Door de invoering van hefwerktuigen die met een lier en katrollen werkten, raakte de sleephelling voor het verticale transport in onbruik. In de daarop volgende twee eeuwen werden er op Griekse bouwplaatsen steeds lichtere materialen gebruikt. In tegenstelling tot de archaïschen periode (700–500 v. Chr.), waarbij de grootte van de te verwerken steenblokken steeds verder toenam, bestaan de klassieke Griekse tempels zoals het Parthenon uit steenblokken die minder dan 15 tot 20 ton zwaar zijn. Tegelijkertijd ging men zuilen uit meerdere ronde stenen bouwen in plaats van monolithische zuilen.

Ofschoon de historische achtergronden over de invoering van de kraan onduidelijk blijven neemt men aan dat de instabiele sociale en politieke toestand in Griekenland voordelig was voor kleine en professionele bouwondernemingen. Hierdoor lijkt het gebruik van kranen door de inwoners van Polis meer voordeel te hebben dan het gebruik van sleephellingen, waarbij zeer veel arbeiders nodig waren. In de autocratische gemeenschappen, zoals het Oude Egypte en Assyrië, bleven wel de sleephellingen in gebruik.

De eerste, duidelijke vermelding van een hijswerktuig met meerdere katrollen staat in Mechanische problemen (Mech. 18, 853a32–853b13), die aan Aristoteles (384–322 v. Chr.) toegeschreven worden. Ongeveer tegelijkertijd waren de steenblokken voor de Griekse tempels weer even groot als die van de voorgaande archaïsche tempels, wat erop wijst dat in die tijd het hijswerktuig met meerdere katrollen op Griekse bouwplaatsen zijn plaats had verworven.

Antieke Romeinse kranen

Een bijzonder belangrijke rol in de bouwwereld heeft de Romeinse kraan gespeeld. De Romeinen ontwikkelde de Griekse kraan verder. Dankzij de uitvoerige geschriften van Vitruvius (De Architectura 10.2, 1-10) en Heron van Alexandrië (Mechanica 3.2-5) weten wij relatief veel van de Romeinse hijstechniek. Bijzonder gedetailleerde afbeeldingen van Romeinse tredkranen zijn te vinden op twee antieke reliëfs op de grafsteen van Haterii, die stamt uit het einde van de eerste eeuw na Chr.

De eenvoudigste Romeinse kraan had drie katrollen en werd een Trispastos genoemd. Deze bestond uit een hefboom, haspel, touw en een hijsblok met drie katrollen, hetgeen een overbrenging van 3 op 1 geeft. Zwaardere kraantypen hadden hijsblokken met vijf katrollen (Pentaspastos) en de grootste kraan had zelfs drie hijsblokken van elk vijf katrollen. Verder bestonden ze afhankelijk van de maximale belasting uit twee, drie of vier hefmasten. De Polypastos kan met een haspel bedient door vier man al 3000 kg hijsen (3 touwen x 5 katrollen x 4 man x 50 kg = 3000 kg). Kranen waarbij de haspel door een tredrad was vervangen konden zelfs met twee man 6000 kg heffen, doordat het tredrad een grotere doorsnee heeft en zo een grotere overbrenging. Dit betekent dat het maximale hefvermogen van de Romeinse Polypastos met 3000 kg per persoon zestigmaal groter was dan het gebruikte hefvermogen bij de bouw van de pyramiden, waar ongeveer 50 arbeiders nodig waren om een 2,5 ton zwaar steenblok een sleephelling op te trekken.

Er zijn archeologische aanwijzingen dat de Romeinen een techniek beheersten om duidelijk grotere gewichten verticaal op te hijsen. Bij talrijke Romeinse bouwwerken zitten op grotere hoogte veel zwaardere steenblokken dan de Polypastos ophijsen kon. Zo wegen de architraven van de Jupitertempels in Baalbek, die ongeveer 19 m boven de grond zitten tot 60 ton en de steenblokken van de hoekkroonlijsten wegen zelfs meer dan 100 ton, terwijl het 53,3 ton zware kapiteelblok van de zuil van Trajanus in Rome tot een hoogte van ongeveer 34 m opgehesen werd.

Men neemt aan dat de Romeinse ingenieurs deze buitengewoon zware gewichten door twee maatregelen konden beheersen. Ten eerste werd, zoals door Heron werd voorgesteld, een houten hijstoren gebouwd, waarvan de vier zijden de vorm van een vierkant hadden, lijkend op een belegeringstoren, maar met een zuil in het midden van de constructie. (Mechanica 3.5). Ten tweede werden aan de voet van de toren verscheidene kaapstanders geplaatst. Kaapstanders hadden het voordeel boven tredraderen omdat er meer bij elkaar gezet konden worden en dat er dus zo meer arbeiders en trekdieren konden meehelpen. Het gebruik van kaapstanders werd ook door Ammianus Marcellinus (17,4,15) bij het oprichten van de Lateranense obelisk in het Circus Maximus (ca. 357 n.Chr.) beschreven. Het maximale hijsvermogen van antieke kaapstanders kan afgeleid worden van het aantal Lewisbeugelgaten in de monolieten. In de architraafblokken van Baalbek, die tussen de 55 en 60 ton wegen, wijzen de acht gaten op het gebruik van acht kaapstanders, die elk 7,5 ton tilden (60 ton / 8 gaten = 7,5). Zulke zware gewichten ophijsen vroeg een grote concentratie en coördinatie van de bij het ophijsen betrokken arbeiders.

Middeleeuwse kranen

Nadat de tredkraan met de val van het West-Romeinse Rijk in West-Europa in onbruik geraakt was, werd de hijstechniek in de Hoge middeleeuwen weer groots ingezet. De vroegste vermelding van een tredkraan (magna rota) is te vinden in Franse bronnen omstreeks 1225, gevolgd door een illustratie in een handschrift van 1240, die waarschijnlijk eveneens van Franse herkomst is. In de scheepvaart zijn het vroegste gebruik van havenkranen in Utrecht 1244, Antwerpen 1263, Brugge 1288 en Hamburg 1291 beschreven, terwijl in Engeland de tredkraan voor het eerst in 1331 wordt genoemd.

Oorsprong

Waardoor de tredkraan opnieuw in gebruikt werd genomen is niet bekend, maar de terugkeer op de middeleeuwse bouwplaatsen moet zonder twijfel in nauwe samenhang met de komst van de gotiek gezien worden. De tredkraan kon een verdere technische ontwikkeling van de windas zijn, met eenzelfde structuur en mechaniek. De middeleeuwse tredkraan kan echter ook een verdere ontwikkeling van de Romeinse kraan zijn, zoals die ,in Vitruvius werk De architectura beschreven is, dat in veel kloosterbibliotheken te vinden was. Evenzo kan de terugkeer ook door het waterrad gekomen zijn, waarmee de vroegste tredradconstructies veel gelijkenis vertonen.

Structuur en plaatsing

Het middeleeuwse tredrad bestond uit een groot, houten rad, dat om een as draaide en een loopvlak had, dat breed genoeg was voor twee naast elkaar lopende arbeiders. Terwijl bij de vroegste raderen het ‚Kompas-type’ de spaken direct in de as staken, hadden latere modellen‚ Haak-type’ armen, die aan de zijkant van de as bevestigd waren. Deze constructie maakte het mogelijk dunnere assen te gebruiken, waardoor de hefarm langer werd en er zo meer kracht uitgeoefend kon worden.

Werking en mechanisch gedeelte

In tegenstelling tot de modernenkranen bewogen de middeleeuwse kranen op precies dezelfde wijze als hun antieke voorgangers. - In de eerste plaats geschikt voor omhoog hijsen en nauwelijks in staat horizontaal een gewicht te verplaatsen. Daarom wordt aangenomen dat bij de bouw van gebouwen de kraan de steenblokken vanaf de grond direct op hun plaats hees of van een plaats die tegenover het midden van de muur lag waardoor de arbeiders aan beide zijden van de muur bouwmateriaal konden krijgen. Daarnaast bediende de kraanmeester, die de arbeiders gewoonlijk van buiten de kraan orders gaf, een touw waarmee de lading zijdelings kon worden verplaatst. Zwenkkranen, die een rotatie van de lading mogelijk maakten en derhalve bijzonder geschikt waren voor het lossen en laden aan de havenkade, waren er al vanaf 1340. Terwijl langwerpige steenblokken met banden, Lewisbeugels of tangen opgehesen werden, konden bij andere goederen korven, kisten, pallets of touwen gebruikt worden.

Het is noemenswaard dat de middeleeuwse kraan zelden een teruglooppal of een rem had ter voorkoming dat de lading weer naar beneden ging. Dit was waarschijnlijk ook niet nodig doordat het rad een grote wrijvingsweerstand had.

Havenkraan

De in de middeleeuwen uitgevonden stationiare havenkraan is zover wij nu weten in de oudheid onbekend. De typische havenkraan was een draaibare constructie, die twee tredraderen had. Deze kraan werd aan de havenkade gebruikt voor het laden en lossen van vrachtgoederen uit schepen, waar zij oudere hijsmethoden zoals met een windas, wip of ra vervingen of aanvulden.

Er worden twee typen havenkranen onderscheiden met verschillende geografische zwaartepunten:

• een bokkraan, waarbij de gehele constructie om een centrale, verticale as draait en die gewoonlijk bij de Vlaamse en Nederlandse kusten te vinden waren.
• een torenkraan, waarbij de lier en loopraderen in een vaste toren zitten en alleen de giek en het dak draait en die in de Duitse zee- en binnenhavens veel voorkwamen. Interresant genoeg werden de kadekranen niet toegepast in het Middellandse Zeegebied en in de hoog ontwikkelde Italiaanse havensteden, waar de arbeidsintensieve sleephellingen in gebruik bleven.

In tegenstelling tot de bouwkranen, waarbij de hijssnelheid bepaald werd door het arbeidsritme van de metselaars, hadden de havenkranen gewoonlijk twee tredraderen om het laden en lossen sneller te laten verlopen. De twee tredraderen, waarvan de doorsnede op 4 m en meer geschat werd, zaten aan beide zijden van de kraanas en draaiden tegelijk. Tegenwoordig bestaan nog vijftien tredrad-havenkranen in Europa uit de tijd voor de industriële revolutie. Ze zijn te vinden in Bergen, Stockholm, Karlskrona (Zweden), Kopenhagen (Denemarken), Harwich (Engeland), Lüneburg, Stade, Otterndorf, Marktbreit, Würzburg, Danzig, Östrich, Bingen, Andernach en Trier (Duitsland). Naast deze stationaire kranen kwamen er in de veertiende eeuw ook drijvende kranen (kraanschepen) voor, die in het hele havengebied flexibel ingezet konden worden.

Kranen kunnen als volgt ingedeeld worden:

Hijskranen

Een veelgebruikt model is de hijskraan. Deze bestaat uit een stalen boomconstructie die op de grond bevestigd is. De boom kan aan de onderzijde draaien. Bovenaan deze constructie is een eveneens stalen horizontale boom bevestigd, die in hoogte kan worden versteld. Aan het einde van deze boom hangt een haak, die met kabels omhoog of omlaag kan worden gehaald.

Moderne kranen hebben elektromotoren die de kabels kunnen op- en afrollen. Sommige kranen hebben verbrandingsmotoren. Bovenaan de kraan is vaak een cabine voor de kraanmachinist. Achter de cabine, aan het andere uiteinde van de horizontale boom, bevindt zich een contragewicht.

Torenkranen

Een torenkraan (ook werfkraan of bouwkraan genoemd) bestaat uit een mast (een metalen frame) die op de grond staat of verankerd is in een betonnen voet. Soms staat de mast op rails waarover de kraan kan rijden. Bovenaan de mast zit de giek, de horizontale arm. De giek draait ten opzichte van de mast. Aan de giek zit een katrol waaraan de kabel met de haak bevestigd zit. De katrol kan langs de giek rijden waardoor de haak dichter en verder van de mast kan komen in horizontale richting. Door middel van een lier kan de haak omhoog en omlaag.

Een torenkraan kan wel honderd meter hoog zijn.

Telescoopkranen

Dit model kraan zie je als een geïntegreerd ontwerp met de vrachtwagen. Het bestaat uit een stelsel kokers die telescopisch uitschuiven tot soms wel 8 keer de lengte van de basiskoker.

Deze hijsarm omhoog en omlaag scharnieren. Het geheel kan in het horizontale vlak draaien. Over de arm loopt een kabel. Aan het uiteinde is de haak bevestigd en aan de truckzijde de lier. Hierdoor kan de kraan hijsen.

Autolaadkranen

Een ander type kraan is de autolaadkraan. Dit is een kraan die op een vrachtwagen kan worden gemonteerd. Hiermee kan de auto door de kraan zelf worden beladen of worden gelost. De kraan is opgebouwd uit een kolom, hefarm en een knikarm. In de knikarm zijn weer uitschuifdelen geplaatst. Dit kan compact worden opgevouwen. Op de vrachtwagen is dan nog voldoende ruimte voor lading. Soms wordt een autolaadkraan nog van een lier voorzien.

Autolaadkranen komen in verschillen ton-meter-klassen voor. De kranen in het zwaardere segment worden wel voorzien van een tweede knikarm (een Fly-Jib) aan het uiteinde van de eerste knikarm. Hierdoor worden de mogelijkheden van de kraan vergroot.

Een laadkraan kan uitgerust zijn met een bedieningspost op een platform waarop de operator zit (hoogzit) of staat (hoogsta) en de kraan bedient via een bediening. De meeste moderne autokranen zijn echter voorzien van radiografische besturing waardoor de kraanmachinist vrij kan rondlopen op de laad- of losplek en daardoor een beter uitzicht heeft.

Kraanarmen op binnenschepen worden gebruikt om de auto's van de schippers en opvarenden aan de wal te zetten. Meestal worden daarbij op maat gemaakte hijsbanden gebruikt, maar er zijn ook aangepaste kooien met oprijgoten in gebruik. Door het gebrek aan voldoende autoafzetplaatsen moeten binnenschippers hun auto soms over grote afstand aan de wal zetten. Autokranen van 20 meter lengte zijn aan boord geen uitzondering meer.

Verrijdbare autolaadkranen

De verrijdbare autolaadkraan is een autolaadkraan gemonteerd op een verrijdbaar chassis. In tegenstelling tot de normale autolaadkranen hebben verrijdbare autolaadkranen een eigen hydraulisch systeem.

De autolaadkranen worden vooral in combinatie met een oplegger gebruikt. In zo'n oplegger zijn rails verwerkt waarmee het chassis wordt geleid.

Het voordeel van de verrijdbare autolaadkraan is het verminderde gewicht: doordat de kraan over de oplegger kan rijden, is een relatief lichte kraan voldoende om de lading te lossen. Door de lichte kraan wordt het maximale toegestane gewicht van de oplegger minder snel bereikt waardoor de transporteur meer goederen kan laden.

Bovenloopkranen

In werkplaatsen en opslagplaatsen worden bovenloopkranen of portaalkranen gebruikt. Over de lengte van de loods worden aan de zijkanten horizontale liggers aangebracht, waarover een constructie rijdt met een loopkat, die de hijsfunctie vervult. Ze bestaan handbediend (met een ketting) en elektrisch aangedreven.

Mastkranen

Mastkranen zijn zware offshore- en scheepskranen die zich kenmerken door een draaibare giek, terwijl de mast niet beweegt. Een dergelijke kraan kan, afhankelijk van de grootte, tot 3000 ton heffen. De mastkraan werd in Nederland uitgevonden door Huisman-Itrec in 1984. Het grote voordeel van de mastkraan is dat katrollen en lieren gefixeerd staan in het schip, in plaats van mee te draaien met de kraan. Daar wordt het gewicht van de kraan dat meedraait kleiner en kunnen de giek en de lagers lichter worden gemaakt. Ook neemt de hele constructie veel minder ruimte in. Onder andere Sapura, Mammoet en Jumbo Shipping hebben schepen met mastkranen in gebruik.

Waarom vallen torenkranen niet om?

Op grote bouwterreinen staat meestal een torenkraan. Die torent boven alles uit en kan tientallen meters hoog zijn. De indrukwekkende giek heeft een reikwijdte van eveneens tientallen meters. Bouwvakkers gebruiken een torenkraan om zware materialen, zoals staal en beton, en machines naar boven te hijsen.

Sommige torenkranen kunnen wel meer dan veertig ton heffen. Toch vallen torenkranen niet om doordat torenkranen stevig vastgeklonken worden aan een grote en zware betonnen vloerplaat. Die vloerplaat wordt enige tijd voor de kraan wordt opgebouwd meegenomen in de fundering van het gebouw en kan wel meer dan honderdtachtig ton wegen. En als er aan de kraan een zwaar voorwerp hangt? Dan hangt men aan de andere kant van de kraan een zwaar verplaatsbaar gewicht. De kraan is dan eigenlijk een grote hefboom. Door het gewicht op de juiste plaats te zetten, blijft de hefboom in evenwicht en valt de kraan niet om.

Referenties

  Vrije mediabestanden over Cranes op Wikimedia Commons