Ein Kran, auch Brückenkran oder Brückenkran genannt, ist eine Art Maschine, die zum Heben verwendet wird. Krane sind im Allgemeinen mit einer Aufwickelvorrichtung (auch Drahtseiltrommel genannt), Drahtseilen oder Ketten und Seilrollen ausgestattet, die sowohl zum Heben und Senken von Materialien als auch zum horizontalen Bewegen dieser Materialien verwendet werden können. Dabei werden eine oder mehrere einfache Maschinen wie ein Hebezeug eingesetzt, um einen mechanischen Vorteil zu schaffen und so Lasten zu bewegen, die über die normale Leistungsfähigkeit eines Menschen hinausgehen. Kräne werden häufig in der Transportindustrie zum Be- und Entladen von Fracht, in der Bauindustrie für den Materialtransport und in der Fertigungsindustrie für die Montage schwerer Geräte eingesetzt.
Die ersten Baukräne wurden von den alten Griechen erfunden und von Menschen oder Lasttieren wie Eseln angetrieben. Diese Kräne wurden für den Bau von Hochhäusern eingesetzt. Später wurden größere Kräne entwickelt, die mit menschlichen Laufrädern ausgestattet waren und das Heben schwererer Gewichte ermöglichten. Im Hochmittelalter wurden Hafenkräne zum Be- und Entladen von Schiffen und zur Unterstützung bei deren Bau eingeführt – einige wurden für zusätzliche Festigkeit und Stabilität in Steintürme eingebaut. Die ersten Kräne wurden aus Holz gebaut, doch mit Beginn der industriellen Revolution setzten sich Gusseisen und Stahl durch.
Viele Jahrhunderte lang wurde die Energie durch die körperliche Anstrengung von Menschen oder Tieren bereitgestellt, obwohl Hebezeuge in Wasser- und Windmühlen durch die genutzte Naturkraft angetrieben werden konnten. Die erste „mechanische“ Kraft lieferten Dampfmaschinen. Der erste Dampfkran wurde im 18. oder 19. Jahrhundert eingeführt, und viele davon blieben bis weit ins späte 20. Jahrhundert im Einsatz. Moderne Krane verwenden in der Regel Verbrennungsmotoren oder Elektromotoren und hydraulische Systeme, um eine viel größere Hubleistung als bisher möglich zu bieten, obwohl manuelle Kräne immer noch dort eingesetzt werden, wo die Bereitstellung von Strom unwirtschaftlich wäre.
Kräne gibt es in einer enormen Vielfalt an Formen – jede ist auf einen bestimmten Einsatzzweck zugeschnitten. Die Größen reichen von den kleinsten Schwenkkranen, die in Werkstätten eingesetzt werden, bis zu den höchsten Turmdrehkranen, die für den Bau hoher Gebäude verwendet werden. Seit einiger Zeit werden Mini-Kräne auch für den Bau hoher Gebäude eingesetzt, um den Bau durch das Erreichen enger Räume zu erleichtern. Schließlich gibt es auch größere Schwimmkräne, die im Allgemeinen zum Bau von Bohrinseln und zur Bergung versunkener Schiffe verwendet werden.
Bei der Konstruktion von Kränen gibt es drei wichtige Überlegungen. Erstens muss der Kran das Gewicht der Last heben können; Zweitens darf der Kran nicht umkippen. Drittens darf der Kran nicht brechen.
Kräne veranschaulichen den Einsatz einer oder mehrerer einfacher Maschinen zur Schaffung mechanischer Vorteile:
•Der Hebel:
Ein Balancekran enthält einen horizontalen Balken, der um einen Punkt, den sogenannten Drehpunkt, gedreht wird. Das Prinzip des Hebels ermöglicht das Anheben einer schweren Last, die am kürzeren Ende des Balkens befestigt ist, durch eine geringere Kraft, die in die entgegengesetzte Richtung zum längeren Ende des Balkens ausgeübt wird. Das Verhältnis des Gewichts der Last zur aufgebrachten Kraft ist gleich dem Verhältnis der Längen des längeren Arms und des kürzeren Arms und wird als mechanischer Vorteil bezeichnet.
• Die Riemenscheibe:
Ein Schwenkkran enthält eine geneigte Strebe, die einen festen Flaschenzug trägt. Die Kabel werden mehrfach um den festen Block und um einen weiteren, an der Last befestigten Block gewickelt. Wenn das freie Ende des Kabels von Hand oder mit einer Wickelmaschine gezogen wird, übt das Flaschenzugsystem eine Kraft auf die Last aus, die gleich der ausgeübten Kraft multipliziert mit der Anzahl der zwischen den beiden Blöcken verlaufenden Kabellängen ist. Diese Zahl ist der mechanische Vorteil.
• Der Hydraulikzylinder:
Dies kann direkt zum Anheben der Last oder indirekt zum Bewegen des Auslegers oder Balkens, der ein anderes Hebegerät trägt, verwendet werden.
Kräne gehorchen wie alle Maschinen dem Energieerhaltungsprinzip. Das bedeutet, dass die an die Last abgegebene Energie die in die Maschine eingespeiste Energie nicht überschreiten darf. Wenn beispielsweise ein Flaschenzugsystem die aufgebrachte Kraft mit dem Zehnfachen verzehnfacht, dann bewegt sich die Last nur ein Zehntel so weit wie die aufgebrachte Kraft. Da die Energie proportional zur Kraft multipliziert mit der Entfernung ist, bleibt die Ausgangsenergie ungefähr gleich der Eingangsenergie (in der Praxis etwas weniger, da ein Teil der Energie durch Reibung und andere Ineffizienzen verloren geht).
Das gleiche Prinzip kann auch umgekehrt funktionieren. Im Problemfall kann die Kombination aus schwerer Last und großer Höhe kleine Objekte auf enorme Geschwindigkeit beschleunigen. Solche Projektile können zu schweren Schäden an umliegenden Gebäuden und Personen führen. Kraniche können auch in Kettenreaktionen geraten; Der Bruch eines Krans kann wiederum benachbarte Kräne zerstören. Krane müssen sorgfältig beobachtet werden.
