Kraan (machine)


Een hijskraan is een hijswerktuig waarmee zware lasten gehesen en horizontaal verplaatst kunnen worden. Een kraan wordt gebruikt om goederen omhoog te hijsen, te laten zakken of om objecten te verplaatsen. Veelal worden hiervoor staalkabels gebruikt om de hijshaak via hijsblokken met een lier omhoog en omlaag te verplaatsen. De kabels lopen veelal via een giek die kan zwenken en op- en aftoppen om de last horizontaal te verplaatsen.
Toepassing vindt vooral plaats in de bouw en 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. De grootste kranen zijn te vinden op kraanschepen.
Geschiedenis
Hijskranen bestonden al in de oudheid. Hiervoor werden onder andere een rechtmast (schalk) met tuien gebruikt 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 kraankinderen die in een rad voortstapten. Ondanks protest van de archeologische kring werd de kraan in 1887 afgebroken. Nu bestaan er in België 493 soorten hijskranen waaronder Cobro en IJzelkerck en in Nederland wel meer dan 600 soorten zoals Vleingen en De Boer. In Frankrijk meer dan 2000 en in Portugal rond de 1420. In Rusland wel ongeveer 8950 en in Canada staan ongeveer 5000 hijskranen, waaronder de grootste ter wereld van 391 meter hoog. Een normale hijskraan is ongeveer 20 tot 30 meter.
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 archaïsche 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 wordt. 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 ontwikkelden de Griekse kraan verder. Dankzij de uitvoerige geschriften van Vitruvius en Heron van Alexandrië weten wij relatief veel van de Romeinse hijstechniek. Het staat in De architectura 10.2, 1-10 van Vitruvius en de Mechanica 3.2-5 van Heron. Bijzonder gedetailleerde afbeeldingen van Romeinse tredkranen zijn te vinden op twee antieke reliëfs op de grafsteen van Haterii 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, wat een overbrengingsverhouding 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. Ze bestonden verder afhankelijk van de maximale belasting uit twee, drie of vier hefmasten. De Polypastos kon met een haspel bediend 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 piramiden, waar ongeveer 50 arbeiders nodig waren om een 2,5 ton zwaar steenblok een sleephelling op te trekken.
Er staat in Bonn een reconstructie van een 10,4 m hoge Romeinse Polyspastos buiten tentoongesteld. 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 kon ophijsen. 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 is opgehesen.
Men neemt aan dat de Romeinse ingenieurs deze buitengewoon zware gewichten door twee maatregelen konden beheersen. Ten eerste werd, zoals door Heron in zijn Mechanica 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. Ten tweede werden aan de voet van de toren verscheidene kaapstanders geplaatst. Kaapstanders hadden het voordeel boven regelmatige viervlakken dat er meer bij elkaar konden worden gezet, dus dat er zo meer arbeiders en trekdieren konden meehelpen. Het gebruik van kaapstanders werd ook door Ammianus Marcellinus [1] bij het oprichten van de Lateranense obelisk in het Circus Maximus beschreven, omstreeks 357 n.Chr. Het maximale hijsvermogen van antieke kaapstanders kan uit het aantal Lewisbeugelgaten worden afgeleid 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 ieder 7,5 ton konden tillen, 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
OorsprongWaardoor de tredkraan opnieuw in gebruik 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 plaatsingHet 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‚ armen van het Haak-type, 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 gedeelteIn tegenstelling tot de moderne kranen bewogen de middeleeuwse kranen op precies dezelfde wijze als hun antieke voorgangers. Ze waren 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 steenscharen 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 om te voorkomen dat de lading weer naar beneden ging. Dit was waarschijnlijk ook niet nodig doordat het rad een grote wrijvingsweerstand<figure class="mw-default-size" typeof="mw:File/Thumb">[1]<figcaption>Havenkraan die werkt op waterdruk. Deze kraan van het Havenmuseum Rotterdam komt uit Antwerpen.</figcaption></figure>{@@@@} industriële revolutie had. HavenkraanDe stationaire havenkraan werd waarschijnlijk niet voor de middeleeuwen uitgevonden. 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:
In 1847 ontwikkelde het Engelse bedrijf van W.G. Armstong inNewcastle upon Tyneeen hydraulische kraan op waterdruk. In 1851 werd het eerste exemplaar in Engeland in gebruik genomen. Bij dit systeem had niet iedere kraan een eigen stoommachine nodig. Een centrale stoommachine zorgde voor de waterdruk die bij iedere aangesloten kraan de kracht leverde voor de hijswerkzaamheden. In 1879 werden de eerste kranen in Rotterdam geplaatst door de Rotterdamsche Handelsvereeniging. Ze werden aangesloten op een stoommachine met een accumulator die onder een waterdruk van 55 atmosfeer werd gehouden. Antwerpen had ook deze kranen in gebruik. In de strenge winter van 1890 bevoren de waterkranen en stonden daardoor zo'n drie maanden stil. Rotterdam besloot over te stappen op elektrische kranen. In 1935 werd de laatste Rotterdamse waterkraan gesloopt. In Antwerpen stopte de laatste waterkraan in 1975. Modellen
|















