Hafenkrane für Schüttgutumschlag

Einführung
In den zurückliegenden vier Jahrzehnten hat sich der Seehandel nahezu vervierfacht, d.h. von weniger als 6 T Milliarden Tonnen-Meilen im Jahr 1965 auf 23 T Milliarden Tonnen-Meilen im Jahr 2000.
Die neuesten Statistiken aus dem Jahr 2002 weisen folgenden Anteil der Schüttgüter an der insgesamt verschifften Tonnage aus:
Tanker 44%
Schüttgut 38%
Container 11%
Sonstige 7%

Der Anteil von 38% entspricht einer Be- bzw. Entlademenge von ca. 2,3 Mrd. Tonnen in 2002.

Wie sieht die Zukunft aus?
Prognosen gehen von einem langfristigen Wachstum des Seehandels aus, das innerhalb der nächsten 15 Jahre zu einer Verdopplung führen soll.

Gute Perspektiven für den internationalen Schiffstransport
Weltweit werden neue Häfen erforderlich sein ebenso wie die Modernisierung und Erweiterung der vorhandenen Kapazitäten. Schüttgutkrane spielen insbesondere für die Be- und Entladung von Hochseeschiffen, Flussschiffen sowie auf Reede liegenden Schiffen eine große Rolle.

2. Krane für den Schüttgutumschlag
Wir kennen eine große Anzahl unterschiedlicher Typen von Greifer-Schiffsentladern. Diese Typenvielfalt kann in Kategorien eingeteilt werden, die sich durch wesentliche Funktionsunterschiede bei der Entladung und beim Stapeln von Schüttgut unterscheiden.
Diese sind:
(1) Hohe Entladeleistung und kontinuierliche Haldenaufschüttung
(2) Mittlere Entladeleistung und kontinuierliche Haldenaufschüttung
(3) Niedrige Entladeleistung und direkte Haldenaufschüttung
(4) Entladung auf Reede

2.1 Krane mit hoher Entladeleistung
Krane dieser Kategorie werden vorrangig zum kontinuierlichem Beschicken von Schüttguthalden verwendet.
Schiffsentlader sollten zu diesem Zweck mit einem integrierten Bunker ausgestattet sein. Der Greifer schüttet das Fördergut in den Bunker, von wo aus es über einen Bunkerabzug auf Gurtbandförderer aufgegeben wird.
Allgemein werden die folgenden beiden Ausführungen bevorzugt:
(1) Entladebrücke mit eingebauter Bunkeranlage
(2) Doppellenker-Wippdrehkrane mit eingebauter Bunkeranlage

2.1.1 Greifer-Entladebrücke
Entladebrücken werden in allen internationalen Häfen betrieben, weil sie sich besonders gut für die Entladung von Schüttgütern eignen. Bild 1 zeigt zwei typische Greifer-Entladebrücken, die speziell für das Entladen der Kohle in einem indonesischen Kohlekraftwerk konstruiert wurden.

Bild 1:Zwei Greifer-Entladebrücken

Entladebrücken haben horizontale Ausleger und sind nicht schwenkbar. Der Greifer bewegt sich geradlinig von der Entladeluke des Schiffs zum Bunker. Auf dem Markt werden Entladebrücken bis 85 t Tragfähigkeit und für Schiffe bis 300 000 BRT angeboten. Der Greifer wird mittels Automatiksteuerung präzise im Bereich der Entladeluke sowie über dem Bunker positioniert.

2.1.2 Doppellenker-Wippdrehkrane (DWK)
Doppellenker-Wippdrehkrane mit integriertem Bunker werden hauptsächlich zum Umschlagen von Schüttgütern benutzt. Solche Krane sind aber auch für den Stückgutumschlag geeignet.

Bild 2: DWK mit eingebautem Bunker

Bild 2 zeigt einen typischen DWK beim Entladen von Klinker in Bintulu, Malaysia. Doppellenker-Wippdrehkrane mit Bunker arbeiten im so genannten Känguru-Betrieb. Die Greiferbewegungen sind mit denen einer Entladebrücke vergleichbar. DWK sind schwenkbar und daher flexibler als Entladebrücken. Die Arbeitsgeschwindigkeiten sind jedoch niedriger. Die Auswirkungen der niedrigeren Geschwindigkeiten werden im weiteren Text noch näher beschrieben. Die etwas geringere Leistung wird durch weitere, vielfältige Einsatzmöglichkeiten kompensiert.

2.2 Mittlere Entladeleistung
Krane dieser Kategorie werden zum
kontinuierlichem Beschicken von Schüttguthalden verwendet.
Ebenso für:
gelegentlichen Stückgutumschlag.
Auch in dieser Kategorie sind Bunkeranlagen für den Weitertransport des Schüttgutes zu den Schüttguthalden erforderlich, aber der Bunker ist nicht mehr direkter Bestandteil des Kranes.
Die Bunkeranlage verfügt über einen eigenen Fahrantrieb mit dessen Hilfe der Bunker im Schwenkbereich des Kranes positioniert werden kann. Die Bunkeranlage kann aber auch zur Seite gefahren werden, um Platz für den Stückgutumschlag zu schaffen. Krane dieses Typs sind vielseitig einsetzbar.
Für die genannten Zwecke stehen hauptsächlich zwei Arten von Kranen zur Verfügung:
Doppellenker-Wippdrehkrane und Einfachlenker-Krane mit separatem Bunker

Bild 3: DWK mit Verladebunker im Vordergrund	Bild 4: ELK beim Befüllen der Bunker

Anders als bei Hochleistungskranen stehen die Bunker in diesem Fall neben dem Kran.
Das zusätzliche Schwenken des Auslegers bedeutet längere Zykluszeiten und führt insgesamt zu einer Verlängerung der Entladezeit. Für Krane dieser Art gibt es keine Automatiksteuerung. Sie können jedoch
mit einer Pendeldämpfung ausgerüstet werden. Die meisten Kranbewegungen werden vom Kranführer aus
der Kabine gesteuert. Die Leistung ist zu Beginn des Entladeprozesses zwar hoch, geht aber dann
auf Grund der Ermüdung des Kranführers rasch zurück.

2.3 Geringe Entladeleistung
Krane dieser Kategorie gelten als vielseitig einsetzbar. Sie sind in der Lage, alle Arten von Gütern umzuschlagen. Neben Schüttgut können sie auch Schrott, Kisten mit Stückgut sowie Container
transportieren, wofür Lasthaken, Lastmagneten, Spreader oder Greifer verwendet werden.
Entlade- und Ladevorgänge sind möglich. Die Lasten werden
- in Reichweite des Krans abgelegt
oder
- auf LKW
- in Eisenbahnwaggons verladen.
Schüttgut wird in kleinen Halden, manchmal zwischen den Schienen oder dahinter abgelegt, siehe Bild 5.

Bild 5: DWK beim Schütten einer Halde	Bild 6: ELK beim Entladen von Stückgut

Als weitere Variante werden in kleineren Häfen oftmals Mobilkrane für diese Zwecke eingesetzt.
Mobilkrane sind nicht an vorhandene Schienenstränge gebunden. Der Kranführer kann den Kran
an jede beliebige Stelle steuern, wo eine Last verladen, entladen oder gehoben werden soll.
Sobald der Mobilkran an der vorgesehenen Position angelangt ist, kann er genauso wie ein auf
Schienen verfahrbarer Schwenkkran betrieben werden. Schienenverfahrbare Schwenkkrane sind
an die Schienen gebunden, können aber schneller verfahren und neu positioniert werden als Mobilkrane.

2.4 Umschlag auf Reede
Stauerfirmen, die nicht über eigene Kais verfügen, entladen die Schiffe auf dem Wasser. Auch Schiffe,
die auf Grund ihrer Größe nicht am Kai anlegen können, werden auf diese Weise erst einmal geleichtert.

Bild 7: Schwimmkran

Einige Schiffe müssen erst einmal geleichtert werden, um ihren Tiefgang zu verringern. Hierfür ist der Einsatz von Schwimmkranen, wie in Bild 7 zu sehen, typisch. Schwimmkrane werden zum Umschlag von Hochseeschiffen auf Flussschiffe benutzt.

3. Umweltschutz (Umweltfreundliche Entladung mit Greifer-Kranen)
Das Hauptproblem in Häfen ist die Staubentwicklung. Diese verallgemeinerte Aussage basiert
auf dem Stand der Technik von vor 20 bzw. 25 Jahren.
a) Schiffsluken
Beim Schließen und Heben des Greifers entsteht Staub, der durch die offenen Luken nach außen dringt.
Ein üblicher 20 t Greifer wird etwa 60 mal pro Stunde gefüllt, wobei der Greifer pro Minute 20 t
aus der Luke hebt.
Kontinuierliche Schiffsentlader mit Eimerketten oder Schaufelrad graben sich 50 mal pro Minute
in das Schüttgut, weil die Nutzlast der Eimer und Schaufeln wesentlich geringer ist.
Zwischen beiden Techniken gibt es keine wesentlichen Unterschiede. In beiden Fällen kommt es zur Staubentwicklung im Laderaum. Allerdings geschieht dies mittels Greifer nur einmal pro Minute während Konti-Schiffsenlader ständig Staub aufwirbeln.

b) Auf dem Kai
Konti-Schiffsentlader geben das Schüttgut auf Bandanlagen auf.
Durch die üblichen Staubschutzmaßnahmen wird die Staubentwicklung an den Übergabestellen
zwar verringert, jedoch nicht gänzlich unterbunden.
Greifer-Schiffsentlader öffnen den Greifer unmittelbar über der Bunkeranlage und das Schüttgut
fließt in den Bunker. In den achtziger Jahren wurden Staubschürzen und Klappensysteme
zur Abdeckung der Bunkeröffnung und Reduzierung des Staubaustritts entwickelt.

Bild 8: Bunkereinhausung

Die Ergebnisse waren nicht zufrieden stellend. Auch ist die Meinung weit verbreitet, dass kontinuierliche Schiffsentlader umweltfreundlicher seien als Schiffsentlader mit Greifern.
Neue Entwicklungen bei Greifer-Schiffsentladern sollen diesen Trend umkehren. Die Greifer, die mit einer Automatik ausgestattet sind, werden genau über der Bunkeröffnung platziert, wodurch eine Einhausung der Bunkeröffnung und somit eine Verminderung der Staubemission möglich wird. Durch kleine Absauganlagen wird der Effekt weiter verbessert.
Das Grundprinzip dieser Neuentwicklung
ist in Bild 8 dargestellt.

Oben auf dem Bunker wird ein Haus mit Klapptüren aufgesetzt, in das der Greifer bei offenen Türen hinein gefahren werden kann. Während des Entladevorgangs bleiben die Türen geschlossen.
Der hierbei im Innern des Hauses entstehende Staub wird abgesaugt.
Nach fünf Sekunden werden die Türen geöffnet und der Greifer fährt erneut zur Schiffsluke.

Bild 9: DWK mit Staubschutz-Einhausung

Bild 9 zeigt einen Kran mit eingehauster Bunkeröffnung. Die Zusatzausrüstungen wirken sich natürlich auf die Länge des Verladezyklus aus. Die zusätzlich benötigten fünf Sekunden entsprechen einer Verminderung der Entladeleistung um ca. 10% (die Entladung erfolgt dafür nahezu staubfrei). Die Einhausung der Bunkeröffnung kann überall erfolgen, wo die Greifer über eine Positionierautomatik verfügen.

4.Ermittlung der Entladeleistung
4.1 "Free digging" Leistung
Die "free digging" Leistung eines Greiferentladers ist eine theoretische Leistung, die aber
die Leistungsfähigkeit eines Greiferentladers exakt bestimmt. Sie ist daher für die Konstruktion
entsprechender Geräte von entscheidender Bedeutung.
Der Entladezyklus des Greifers beginnt in der Mitte des Schiffs auf der Höhe der Wasserlinie.
Der Greifer wird danach durch die geöffnete Entladeluke herausgehoben ohne die Kanten der Luke
zu berühren und dann geradeaus bis über den Bunker geführt.
Der Greifer wird für einige Sekunden geöffnet und dann zur Schiffsluke zurückgeführt,
wo er bis auf Wasserlinie abgesenkt und geschlossen wird bevor der nächste Zyklus beginnt.

Greiferentladung ohne Schwenkbewegung

Ohne Schwenkbewegung Ist der Bunker Bestandteil des Schiffsentladers, dann kann der Greifer ohne Schwenkbewegung direkt zum Bunker geführt werden. Dies kann manuell oder automatisch geschehen. Durchschnittliche Anzahl der Entladezyklen ohne Schwenkbewegung, für: a) Entladebrücke 80 - 100/Std. b) DWK mit Bunker 50 - 70/Std.

Mit Schwenkbewegung

Greiferentladung mit Schwenkbewegung

Ist der Bunker nicht Bestandteil des Schiffsentladers, dann muss er in Reichweite des Greifers angeordnet werden. Hierbei ist eine zusätzliche Schwenkbewegung erforderlich, wobei Zeit für das Auspendeln des Greifers erforderlich ist.
c) DWK o. Bunker 40 - 60/Std.
d) ELK o. Bunker 30 - 45/Std.

4.2 Entladung einer Schiffsluke
Die im Folgenden dargestellten Entladeleistungen basieren auf voll gefüllten Frachträumen sowie Entladung
ohne Berücksichtigung von Reinigungsarbeiten und Betriebsunterbrechungen.

Typischer Querschnitt

Frachtraumentladung, Regelfall

Das Diagramm zeigt eine Spitzenleistung oberhalb der "free digging" Leistung für die ersten 30%
der Entladung. Durch Fortschreiten der Entladung erhöht sich die Hublänge des Greifers und
der Greifer wird durch die entstandenen Seitenböschungen nicht immer voll gefüllt.
Noch weiter unten erreicht der Greifer den Boden des Frachtraums, wo ein wirtschaftlich
effektives Arbeiten nicht mehr gegeben ist und der Greiferbetrieb daher eingestellt werden sollte.
Es verbleiben somit 10 bis 20% der Ladung im Frachtraum. Diese sind im Rahmen der
Reinigungsarbeiten aufzunehmen.
Die durchschnittliche Entladeleistung liegt bei 80% der "free digging" Leistung.

4.3 Entladung eines Schiffes
Die Gesamtleistung der Greifer-Schiffsentlader beim Entladen von Schiffen hängt auch von äußeren
Bedingungen ab, die seitens des Geräteherstellers nicht beeinflussbar sind, wie z.B.:
- Grad der Reinigung
- Lukenwechselzeiten und Positionieren des Schiffsentladers
- Benötigte Zeit für das Öffnen und Schließen der Luken

4.3.1 Verfahren und Positionieren des Schiffsentladers
Für die Ermittlung der Schiffsentladeleistung müssen die Zeiten für das Verfahren und erneute Positionieren
des Schiffsentladers mit berücksichtigt werden.

Entladeabfolge (1 Schiffsentlader)

Die obige Übersicht zeigt einen Fahrweg, der insgesamt ca. 3 mal so lang ist wie die Länge über alle Luken.
Der Entlademodus hängt von der Art und konstruktiven Gestaltung des Schiffes ab.
Bei einigen Schiffen kann der Laderaum aus Stabilitätsgründen erst einmal nur zur Hälfte entladen werden.
Bei anderen wiederum kommt ein spezieller Entlademodus zur Anwendung.

4.3.2 Reinigung des Laderaums
Wie oben erwähnt, verbleibt ca. 10-20% Restmaterial im Laderaum, welches während der Reinigung
zu entfernen ist. Zu diesem Zweck wird ein kleiner Bulldozer zum Befüllen des Greifers sowie zum
Reinigen des Laderaums durch die Schiffsluke herabgelassen.

5. Leistungsfähigkeit von Greifer-Schiffsentladern
5.1 "Free digging" Leistung
Die folgende Tabelle enthält eine Gegenüberstellung der Entladeleistungen bezogen auf die beschriebenen Krantypen. Die Beispiele beziehen sich durchgängig auf das Entladen
von 40.000 BRT Schiffen mittels Greifer mit einer Nutzlast von 20 t. Die Anzahl der Zyklen stellt, wie oben erwähnt, einen Mittelwert dar.

5.2 Schiffsentladezeiten

Die Tabelle enthält nur Krane mit hoher bzw. mittlerer Entladeleistung. Um die Krane vergleichen zu können, wurde von einer einheitlichen Greifer-Nutzlast von 20 t ausgegangen.
Die durchschnittliche Entladerate liegt zwischen 60 und 65% der "free digging" Leistung.

Der Vergleich macht Folgendes deutlich:

• Der Greifer-Schiffsentlader ist ein sehr leistungsfähiges, einzig für den Betrieb mit einem Greifer konzipiertes Gerät.
• Der Doppellenker-Wippdrehkran mit integriertem Bunker benötigt 50 Stunden, ist jedoch hauptsächlich für den Betrieb mit einem Greifer sowie für gelegentlichen Stückgutumschlag konzipiert.
• Sowohl der Einfachlenker-Kran, als auch der Doppellenker-Wippdrehkran mit separater Bunkeranlage gehören zur mittleren Leistungskategorie und sind besonders flexibel im Stückgutumschlag einsetzbar.

MTF/01.2004

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