Grundlagen der Plattenklemmen für Betreiber von Fab-Shop-Kranen

Eine Plattenklemme besteht aus einer stationären Unterbacke und einer Oberbacke, die sich in einer Nockenbewegung bewegt. Je näher die Belastung am Maximum liegt (aber nicht über dem Maximum), desto mehr Greifkraft wird auf die Zähne übertragen und desto sicherer ist die Belastung.

Wenn Fab-Shop-Kunden Peter Cooke anrufen und ihm mitteilen, warum eine Plattenklemmenanlage unter einem Laufkran angeblich überlastet war und versagte, kann er ziemlich genau erraten, was passiert ist. Cooke, Präsident von National Rigging & Crane Training LLC, einem Schulungs- und Beratungsunternehmen in der Nähe von Buffalo, NY, weiß, dass der Fab-Shop es wissen würde, wenn die Plattenklemme wirklich überlastet wäre, und wahrscheinlich keinen Grund hätte, ihn anzurufen. Bei Plattenklemmen liegt das Problem oft nicht darin, dass die Last zu schwer ist; Es liegt daran, dass die Ladung zu leicht ist.

Plattenklemmen – einschließlich solcher für Platten, Strukturträger und andere Formen – sind vielseitig und einfach im Design und können die Materialhandhabung in einer Vielzahl von Metallverarbeitungsvorgängen beschleunigen, insbesondere im Schwer-, Industrie- und Strukturbereich. Wenn Saugheber und Magnete nicht ausreichen oder nicht verfügbar sind, bieten Plattenklemmen eine effiziente Alternative zu Schlingen. Bei einigen Werkstückgeometrien entfällt mit Plattenspannern die Notwendigkeit, Hebepunkte durch Bohren von Löchern zur Befestigung einer Art Anhängevorrichtung zu schaffen.

„Plattenklemmen sind sehr sicher und effizient“, sagte Cooke, „und können viele Vorgänge im Vergleich zu herkömmlichen Takelagen mit Schlingen beschleunigen.“ Aber zu lernen, sie zu benutzen, ist wie Autofahren. Wenn Sie die Verkehrsregeln kennen und befolgen, kann das Autofahren sicher sein. Wenn Sie dies nicht tun, kann es gefährlich sein, sich ans Steuer zu setzen. Das Gleiche gilt für die Arbeit mit Plattenklemmen. Wenn Sie sich nicht an die Regeln halten, können Sie ernsthaft in Gefahr geraten.“

Um Plattenklemmen effizient nutzen zu können, müssen Kranführer wissen, wie sie diese sicher auswählen, prüfen und verwenden. Wenn sie alle drei Voraussetzungen erfüllen, können Bediener den Materialfluss von einem Fertigungsprozess zum nächsten sicher und zuverlässig beschleunigen.

Wenn Cooke einen Anruf von Bedienern erhält, die fragen, warum ihre Plattenklemme „versagt“ habe, obwohl die Last eindeutig unter der Höchstgrenze (der Arbeitslastgrenze oder WLL) lag, stellt Cooke manchmal eine Frage, mit der Kranführer nicht gerechnet haben: Hat es getan? Die Plattenklemme reißt auseinander? Fast ausnahmslos sagen die Betreiber nein, das stimmt natürlich nicht. Der Bediener hob eine scheinbar leichte Last an, und dann fiel die dünne Platte einfach heraus. Was gibt?

„Traditionell überdimensionieren wir die Dinge beim Rigging“, sagte Cooke. „Wenn Sie mit Schäkeln einen Gegenstand heben müssen, der weniger als eine halbe Tonne wiegt, können Sie einen Halbtonnen-Schäkel oder einen 1-Tonnen-Schäkel verwenden. Tatsächlich ist es die beste Vorgehensweise, den 1-Tonnen-Schäkel zu überdimensionieren und sicherzustellen, dass nichts schiefgehen kann. Bei Plattenklemmen ist das jedoch nicht der Fall.“

Im Gegensatz zu den meisten anderen Rigging-Geräten haben Plattenklemmen sowohl eine obere als auch eine untere Belastungsgrenze, also sowohl eine maximale als auch eine minimale Belastung. Tatsächlich ist eine Plattenklemme am sichersten, wenn das Werkstückgewicht nahe an der maximalen Belastung liegt, diese jedoch nicht überschreitet. Bei zu geringer Belastung verlieren die Plattenklemmen ihren Halt.

Um zu verstehen, warum dies geschieht, ist es hilfreich zu wissen, wie Plattenklemmen funktionieren. Wenn der Lift beginnt, beißen sich die Zähne in die Platte. Wie Cooke es ausdrückte: „Die Zähne werden eins mit dem Objekt.“ Je größer die Belastung, desto größer wird die Beißkraft. Knapp unterhalb der Belastungsgrenze ist der Kontakt der Zähne mit der Platte so sicher wie möglich. Wenn Sie die zulässige Belastung überschreiten, reißt die Klemme irgendwann selbst auseinander und es entsteht eine äußerst gefährliche Situation. Wenn Sie jedoch eine Last heben, die leichter als die Mindestlast ist, verringert sich die Greifkraft der Zähne, sodass die Gefahr besteht, dass die Klemmen die Last fallen lassen.

Warum dies geschieht, hängt davon ab, wie genau die Zähne die Platte durchdringen. Das Heben einer leichteren Last übt weniger Kraft auf die Klemme aus. Kombinieren Sie dies mit einer Klemme, die für schwerere Lasten ausgelegt ist (sie verfügt über breitere Zähne, wodurch ein größerer Greifbereich entsteht), und die Zähne haben nicht genug Kraft hinter sich, um die Streckgrenze des Materials zu überschreiten und in die Materialoberfläche einzudringen. Wenn die Zähne nicht eindringen, kann die Plattenklemme ihren Halt verlieren.

„Je stärker der Griff, desto tiefer beißen die Zähne“, sagte Cooke. „Je schwächer der Griff, desto weniger dringen die Zähne ein. Deshalb haben wir Mindestlastanforderungen für Plattenklemmen.“

Dieser Kontakt zwischen Zähnen und Platte sorgt für einen sicheren Lift. Das bedeutet, dass sie nicht dafür ausgelegt sind, zwei oder mehr Platten zusammenzuklemmen. Wenn die Zähne der Klemme keinen direkten Kontakt mit der Materialoberfläche haben, ist der Lift nicht sicher.

Ein Kranführer muss sich darüber im Klaren sein, was mit der Last während des Hebevorgangs passiert, einschließlich des Falles ohne Last, wenn er eine Platte mit einer vertikalen Plattenklemme aus der flachen in die vertikale Position hebt.

Wie Cooke erklärte, empfiehlt es sich immer, eine Plattenklemme so nah wie möglich an der maximalen Belastung zu wählen (aber diese nicht zu überschreiten). Es ist vergleichbar mit der Verwendung einer Zange anstelle eines 14-mm-Schraubenschlüssels zum Lösen einer 14-mm-Schraube. Eine Zange kann die Arbeit im Notfall erledigen, ist aber nicht so sicher und effizient wie die Verwendung eines 14-mm-Schraubenschlüssels. Ähnliches gilt für Plattenklemmen.

Über das Gewicht der Last hinaus müssen Kranführer auch die Materialeigenschaften berücksichtigen. Dazu gehört auch die Härte. Härteres Material hat eine höhere Streckgrenze, was bedeutet, dass mehr Kraft erforderlich ist, damit die Zähne der Plattenklemme in die Metalloberfläche eindringen.

Cooke fügte hinzu, dass auch die Materialart des Werkstücks eine Rolle spiele. Eine Plattenklemme für den Transport von Kohlenstoffstahl ist nicht unbedingt für den Transport von Edelstahl ausgelegt. „Edelstahl beschleunigt den Verschleiß der Zähne einer Klemme“, sagte Cooke, „und eine herkömmliche Klemme nutzt sich am Ende schnell ab.“

Wenn in einer Werkstatt Edelstahl bewegt werden muss und die Verwendung von Sauggreifern keine Option ist, kann ein Kranführer eine Klemme mit hoher Griffigkeit verwenden, die ein kleineres Profil und eine schmalere Öffnung sowie eine Nockenwirkung hat, die eine höhere Spannkraft erzeugt - Kraftvoller Halt, ohne dass die Zähne so schnell verschleißen.

Eine weitere Option für Edelstahl sowie für hochfesten Stahl (insbesondere wenn die Oberflächenhärte des Materials etwa 32 RC übersteigt) ist eine nicht beschädigende Klemme mit Lederbacke. „Diese Lederbacke sorgt durch Reibung für einen guten Halt“, sagte Cooke. „Da diese Klemme keine Zähne hat, kann sie auch etwas leichteres Material heben.“

Er warnte jedoch davor, dass Staub, Öl oder Zunder – die alle eine rutschige Oberfläche für die Lederbacken einer nicht beschädigenden Klemme bilden können – entfernt werden müssen, bevor eine nicht beschädigende Klemme an der Materialoberfläche angebracht wird. (Beachten Sie, dass Fräszunder auch dazu führen kann, dass eine herkömmliche Klemme nicht richtig einrastet.)

Eine letzte wesentliche Überlegung ist die Temperatur. „Sie sollten niemals Plattenklemmen verwenden, um Material zu heben, das 250 Grad Fahrenheit oder mehr hat“, sagte Cooke. „Übermäßige Hitze beeinträchtigt die Integrität der Klemme.“

Plattenklemmen gibt es in verschiedenen Konfigurationen. Das ist eigentlich kein Geheimnis. Vertikale Plattenklemmen sind für das vertikale Heben konzipiert; Horizontalklemmen sind für das horizontale Heben konzipiert. Andere Klemmen dienen zum Heben und Wenden von Strukturträgern und anderen Formen. Wenn Kranführer die falsche Klemme für den falschen Hub verwenden – beispielsweise eine vertikale Plattenklemme zum Heben eines I-Trägers –, können sie Belastungen hervorrufen, für die diese Klemmen nie ausgelegt sind.

Bediener müssen außerdem die Ausrüstung auswählen und die Verankerung einrichten, um übermäßige Seitenlasten zu vermeiden, die die Zähne belasten und zu einer unsicheren Hebesituation führen könnten. Beispielsweise haben viele gängige vertikale Plattenspanner keine Scharniere, was bei der Auswahl langer Werkstücke, die zwei Spanner erfordern, weitere Faktoren mit sich bringt. Durch die Befestigung dieser Klemmen an einer Hebeschlinge oder einem ähnlichen Anschlagmittel können Seitenlasten entstehen, die sich nachteilig auf den Hebevorgang auswirken können.

Beim Bedienen eines Krans geht es nicht nur um das Drücken von Knöpfen. Bediener müssen wissen, wann und wie sie diese Tasten drücken müssen, um die Last für einen möglichst reibungslosen Hub zu sichern. All dies erfordert Training.

Wenn vier horizontale Klammern verwendet werden, um eine große, breite Platte in die flache (horizontale) Position zu heben, sollten Bediener ebenfalls vermeiden, diese Plattenklammern an eine Quad-Schlinge anzuschließen. Eine solche Schlinge kann die horizontalen Klammern verdrehen, was zu einer unsicheren Hebesituation und einem vorzeitigen Verschleiß der Klammerzähne führen kann.

Stattdessen sollten Bediener eine Aufhängung mit zwei Doppelstrangschlingen verwenden. Außerdem sollten bei jedem Rigging-Aufbau mit horizontalen Plattenklemmen die beiden Beine der Schlinge mindestens 90 Grad voneinander entfernt sein. Je schmaler, desto instabiler wird die Ladung.

Vertikalklemmen mit Scharnieren können die Seitenlasten beispielsweise einer Doppelkettenschlinge aushalten, um mit zwei Klemmen eine lange Platte anzuheben. Allerdings wirkt sich der Winkel der Seitenbelastung auf die Belastungsgrenze jeder Klemme aus (von 50 % bei einer nahezu horizontalen Seitenbelastung bis 100 % bei der vertikalen Position), sodass dieser Aufbau eine gewisse Komplikation mit sich bringt.

Wie Cooke erklärte, dienen Plattenklemmen zum Heben, nicht zum Halten und Positionieren. Angenommen, eine Anwendung besteht darin, eine lange geschnittene Platte von einem Brenntisch zu heben und sie dann vertikal über einer Schweißvorrichtung zu platzieren. Das hört sich recht einfach an, aber was passiert, wenn die Platte an Vorrichtungskomponenten hängen bleibt oder hängenbleibt? Die Vorrichtung übernimmt einen Teil der Last, wodurch die Last an der Plattenklemme möglicherweise deutlich unter das Minimum reduziert wird. „Es besteht eine gute Chance, dass sich diese Klemme löst“, sagte Cooke, „weil sie sich an etwas festklammert, das wenig oder gar kein Gewicht hat.“

In diesen Fällen könnte eine gewisse Klemmredundanz angebracht sein. Ein Kranführer kann zum Heben sowohl eine vertikale Plattenklemme verwenden als auch die Last mit einer Zugklemme sichern, die Druck auf das Werkstück ausübt und seinen Halt beibehält, wenn es in eine Vorrichtung gelangt.

Ein ähnlicher Aufbau könnte bei der Manipulation großer Platten an einer Abkantpresse gelten. Allein verwendet sind Plattenklemmen keine sichere Option, da sie praktisch nachlassen, sobald das Bremswerkzeug Druck ausübt. Wenn der Biegezyklus abgeschlossen ist, könnte die Platte aus den losen Klemmen fallen und herunterfallen. In diesen Fällen können Zugklemmen während des gesamten Biegezyklus ihren Halt auf der Platte aufrechterhalten.

Kranführer sollten niemals eine vertikale Plattenklemme verwenden, um eine Platte horizontal anzuheben (d. h. wenn sich die Platte in der flachen Position befindet), sie können jedoch eine vertikale Plattenklemme verwenden, um eine Platte aus der flachen in die vertikale Position zu heben. In diesen Fällen kann die Vertikalklemme jedoch nur die Hälfte ihrer maximalen Belastung sicher halten. Darüber hinaus erhöht die Neuausrichtung der Platten auf diese Weise die Komplexität noch weiter, vor allem weil sich das Gewicht der Last ändert, wenn sie von der flachen in die vertikale Position steigt.

Wenn der Hebevorgang beispielsweise auf einer 1.000 kg schweren Platte in flacher Position beginnt, beträgt die Last der vertikalen Plattenklemme nur die Hälfte des Gewichts der Platte, da der Boden die andere Kante der Platte trägt und somit die Hälfte der Last aufnimmt. Für einen kurzen Moment, wenn sich die Platte der vertikalen Position nähert, nimmt der Boden die gesamte Last der Platte auf, was bedeutet, dass die vertikale Plattenklemme überhaupt keine Last trägt.

Hier kommen die Technik und das Fingerspitzengefühl des Kranführers ins Spiel. Ein guter Kranführer hebt die Platte in ihre vertikale Position und hebt die Platte schnell vom Boden ab, sodass die gesamte Last zur Plattenklemme zurückkehrt. Wenn der Bediener dies nicht tut, könnte die Platte außer Kontrolle geraten. Im schlimmsten Fall verliert der Bediener die Ladung.

Alle Elemente einer Plattenklemme sollten regelmäßig überprüft werden. Bediener sollten Ablagerungen und Schmutz entfernen und vor dem Anheben die Oberflächenbereiche um die Zähne der Klemme inspizieren. Schmutz um die Zähne verstopft die Klemmwirkung und verhindert, dass die Zähne die maximale Eindringtiefe erreichen, was wiederum die Klemmkraft beeinträchtigt.

Je abgenutzter die Zähne einer Plattenklemme sind, desto geringer ist die Haltekraft. Nach Industriestandards sind abgebrochene Zähne nur dann sicher zu verwenden, wenn der Chip die halbe Zahnbreite bedeckt und beide benachbarten Zähne unbeschädigt sind.

Cooke fügte hinzu, dass ein guter Kranführer weiß, welche Zähne in welche Materialstärke eingreifen. Die unteren Zähne der Plattenklemme bleiben stationär, aber die obere Backe schließt sich mit einer Nockenwirkung auf die Platte. Abhängig von der Plattendicke greifen unterschiedliche Zähne ein, und der Bediener kann einfach die Klemme positionieren und die Nocke drehen, um einen bestimmten Spalt zu erzeugen, um zu sehen, welche Zähne eingreifen. Beispielsweise kann ein Bediener die Nocke drehen, bis der Abstand zwischen den oberen und unteren Zähnen 0,25 Zoll beträgt. Dadurch weiß er, welche Zähne beim Anheben von 0,25 Zoll eingreifen. Platte und kann sicherstellen, dass diese Zähne in gutem Zustand sind, bevor mit einer Straffung begonnen wird.

Wenn die Zähne in gutem Zustand und nicht abgenutzt sind, dringen sie wie vorgesehen ein, sodass sie während des Liftings sicher vor Bewegungen geschützt sind. Das heißt, die Zähne dringen in die Platte ein und bleiben dort, bis der Lift abgeschlossen ist. Sobald sich der Griff der Zähne unter Belastung leicht bewegt, beschleunigt sich der Klammerverschleiß.

Drei Elemente verursachen Verschleiß: Gewicht, Bewegung und mangelnde Schmierung. Wie minimiert ein Bediener den Verschleiß einer Klemme? Sie können die Last nicht reduzieren, da dies die Haltekraft der Plattenklemme verringert und den Lift weniger sicher macht. Sie können keine Schmierung hinzufügen; Die Klemmen benötigen so viel Halt wie möglich, und Schmierung kann einen gegenteiligen Effekt auf den Halt haben. Damit verbleibt die letzte Strategie im Verschleißdreieck: Minimierung der Bewegung zwischen den Zähnen und der Last, die sie heben.

Das Spannen mit alten, abgenutzten Zähnen erhöht die Bewegung, weshalb die Inspektion der Plattenklemme so wichtig ist. Die richtige Anwendung der Klemme und andere Strategien zur Bewegungsreduzierung umfassen die Grundlagen der Montage und des Kranbetriebs.

Die erste besteht darin, den Schwerpunkt einer Last zu kennen, den Gleichgewichtspunkt der Last. Bei komplexen Lasten mit Ausschnitten und ungewöhnlichen Formen können sich Kranführer auf Kranwaagen an verschiedenen Aufnahmepunkten verlassen. Der Schwerpunkt liegt immer näher am schwereren Ende und weiter vom leichteren Ende entfernt. Um dies herauszufinden, können Bediener einige Berechnungen durchführen, Software verwenden oder sich auf Beschreibungen in Konstruktionszeichnungen verlassen, sofern diese verfügbar sind.

„Dies sollte ein grundlegender Bestandteil der Ausbildung jedes Kranführers sein“, sagte Cooke. Er fügte hinzu, dass durch die Ausrichtung einer Komponente unter Berücksichtigung des Schwerpunkts die Last stabil und sicher bleibt und die Bewegung zwischen den Zähnen und der Plattenoberfläche, in die sie beißen, minimiert wird.

Eine weitere wichtige Komponente ist die Stabilisierung des anfänglichen Hubs, wenn der Kran die Last vom Boden oder Arbeitstisch hebt. Wenn der Bediener die Last einfach abrupt anhebt, ohne nachzudenken oder geschickt vorzugehen, kann sie schwingen, sich verdrehen, eine gefährliche Situation schaffen und zu ernsthaftem Zahnverschleiß in der Klemme selbst führen.

„Wenn man sich Kranführer in Aktion ansieht, sieht es so aus, als würden sie nur Knöpfe drücken“, sagte Cooke. „Sie drücken nach oben, um nach oben zu gehen, und nach unten, um nach unten zu gehen. Aber so ist es nicht. Sie sind fast wie Musiker. Sie spielen ein Instrument. Um die Last zu kontrollieren, müssen sie diese Knöpfe zum richtigen Zeitpunkt, in der richtigen Reihenfolge und mit der richtigen Geschwindigkeit drücken. Das bringt Erfahrung mit sich.“

Die Beherrschung der Technik wird einfacher, wenn die Bediener über Kranaufzüge mit Frequenzumrichtern (VFDs) verfügen, auch wenn für VFDs noch eine Schulung erforderlich ist. Mit VFDs können Bediener mit jeder gewünschten Geschwindigkeit heben und sanft beschleunigen. Hebezeuge ohne VFDs erfordern zusätzliche Bedienertechnik, einschließlich Pulsieren auf Geschwindigkeit, um den ersten Hub durchzuführen. „Die Bediener drücken die Tasten systematisch und mit einer bestimmten Geschwindigkeit, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.“

Cooke verglich eine Hebebühne mit einem VFD mit einem Autogaspedal, bei dem der Fahrer langsam auf das Pedal treten kann, um die Geschwindigkeit schrittweise zu erhöhen. Der Betrieb von Hebezeugen ohne VFDs (die kostengünstiger und am häufigsten vorkommen) kann wie ein Auto mit Gaspedal und zwei Geschwindigkeitseinstellungen, 30 und 60 MPH, sein. Um sanft zu beschleunigen, tippte der Fahrer systematisch auf das Pedal, „pulsierte“ die Beschleunigung auf bis zu 30 MPH (die mittlere Einstellung) und steigerte sie dann erneut auf bis zu 60 MPH. Das Gleiche gilt grob gesagt für einen Kranführer, der eine Last mit einem Hebezeug ohne VFD hebt.

Viele Hersteller unternehmen große Anstrengungen, um die Kranauslastung zu minimieren. In vielen Fällen kann die Installation von Förderbändern, Karren oder anderen Methoden zur Materialhandhabung am Einsatzort sehr sinnvoll sein. Denn unglaublich schnelles Schneiden, Biegen und Schweißen bedeuten weniger, wenn die Arbeit ewig auf dem Boden liegt und darauf wartet, dass ein Kran sie zur nächsten Station hebt.

Andererseits beanspruchen bestimmte Materialtransporteinrichtungen wie Förderbänder erheblichen Platz, der andernfalls für die Produktion genutzt werden könnte. Und auch der Kranbetrieb – einschließlich der intelligenten Verwendung von Plattenklemmen, die viel schneller als andere Aufbaumethoden sein können – kann effizienter gestaltet werden. Kranführer benötigen dazu lediglich die richtigen Werkzeuge und Schulungen.