Il carroponte (o gru a ponte) è una macchina destinata al sollevamento ed allo spostamento di materiali, con movimenti ristretti e confinati (solitamente lungo 3 assi), presente all'interno di ambienti industriali dove è necessario movimentare carichi pesanti con una certa regolarità. Esso è riconoscibile e distinguibile da altre attrezzature di sollevamento dalla presenza di due rotaie parallele su cui scorre il ponte mobile, il quale attraversa e sovrasta l'area di operatività (per esempio la campata di un capannone); un carrello, di supporto ad un argano, scorre agganciato alla trave mobile e permette il sollevamento dei carichi.
A differenza delle gru mobili e a torre, le gru a ponte sono tipicamente utilizzate per applicazioni di produzione e manutenzione, dove l'efficienza e il fermo macchina sono fattori critici.
installati sia all'aperto, sia al chiuso.
Il carroponte presenta elementi in comune con la gru a portale e con la gru a cavalletto, le cui strutture di sostegno della trave scorrono però su binari posizionati al suolo, grazie a quattro pilastri di sostegno.
Storia Nel 1876 l'ingegnere britannico Sampson Moore progettò e costruì il primo carroponte elettrico, utilizzato per sollevare i cannoni al Royal Arsenal di Woolwich, quartiere a sud est di Londra.
L'associazione statunitense AISE (Association of Iron and Steel Electrical Engineers, ora sciolta) indica l'Alliance Machine, azienda produttrice statunitense fondata nel 1901 e inglobata in Morgan Engineering Inc nel 2002, come costruttrice di uno dei primi carroponti del mercato statunitense, ancora in servizio fino al 1980 e successivamente conservato in un museo di Birmingham, Alabama.
Nel corso degli anni, innovazioni importanti, come il freno di carico Weston (oggi raro) e il paranco a fune metallica (ancora popolare), si sono susseguite.
Principali eventi storici della tecnica del carroponte 1830: il tedesco Ludwig Stuckenholz, dipendente delle Mechanische Werkstätten Harkort & Co., si distacca e avvia una sua officina indipendente di caldareria a vapore, la Märkische Maschinenbauanstalt Ludwig Stuckenholz, a Wetter. 1840: in Germania ha inizio una significativa produzione di carroponti. 1854: l'azienda Sampson Moore & Co di Liverpool brevetta un nuovo meccanismo per verricello che permette ad un motore elettrico il sollevamento di masse maggiori (come i cannoni navali). 1861: il primo carroponte a vapore è installato da John Ramsbottom presso l'officina Crewe Railway Works. La gru a ponte era mossa da una puleggia azionata da un motore stazionario per mezzo di una fune di cotone ad anello continuo. Rudolph Bredt, ingegnere capo e successore di Ludwig Stuckenholz dal 1867, viene a conoscenza del carroponte dell'officina Crewe Railway Works, lo studia e successivamente lo migliorerà, trasformando in breve tempo trasforma l'azienda tedesca da lui guidata, la Märkische Maschinenbauanstalt Ludwig Stuckenholz, in uno dei maggiori produttori di carroponti a livello internazionale. 1887: l'azienda Märkische Maschinenbauanstalt Ludwig Stuckenholz sviluppa vari componenti elettrici per i carroponti e consegna il primo carroponte elettrico, progettato da Rudolph Bredt. 1900: il primo argano a motore è lanciato dall'azienda Märkische Maschinenbauanstalt Ludwig Stuckenholz. 1910: in Germania inizia la produzione di massa del paranco elettrico. 1912: la Deutsche Maschinenfabrik (successivamente Demag) lancia sul mercato tedesco un carroponte con azionamento elettrico separato per lo scorrimento del carroponte e i movimenti di sollevamento.
Descrizione e funzionamento Il carroponte rientra negli apparecchi di sollevamento, così come definiti dalla norma UNI ISO 4306-1: "apparecchio a funzionamento discontinuo, destinato a sollevare e movimentare nello spazio carichi sospesi mediante gancio o altri organi di presa".
La norma UNI EN 15011 specifica che si definisce gru a ponte (o carroponte) una "gru fissa o in grado di muoversi lungo vie di corsa avente almeno una trave prevalentemente orizzontale e provvista di almeno un meccanismo di sollevamento".
In particolare esso è un apparecchio di sollevamento a portata fissa: infatti la portata massima è la medesima in tutte le posizioni in cui si trova il carico all'interno dell'area di lavoro. Esso inoltre basa la propria stabilità sulla gravità: i carichi sospesi agiscono verso il basso, mantenendo il baricentro della gru all'interno della sua base di appoggio. Per ottenere quindi un sollevamento equilibrato e sicuro, il gancio viene posizionato sulla verticale del baricentro del carico; a tal fine anche il metodo di imbragatura è determinante.
Le parti principali di un carroponte sono: l'argano (o in alcuni casi il paranco) installato su un carrello; l'argano solitamente comprende un tamburo avvolgifune mosso da un motore elettrico; all'estremità libera della fune d'acciaio è collegato l'accessorio di sollevamento (ad esempio il gancio di sollevamento, con eventuale bozzello); il ponte costituito da una trave (carroponte monotrave) o anche due o più travi nei carroponti più grandi (carroponte bitrave o multitrave). Il ponte presenta due testate (dette anche "travi porta ruote") laterali, di solito imbullonate alla trave per avere maggiore resistenza alla flessione; ogni testata poggia su un binario per mezzo di ruote in acciaio duro (con bordini laterali per evitare la fuoriuscita dal binario stesso); le rotaie (dette anche "corsie di scorrimento" o "vie di corsa") sono installate in quota e sostenute dalla struttura portante del capannone o da una struttura dedicata. In gru a basse prestazioni sono costituite da profili metallici (piatti o quadri), mentre in installazioni ad alte prestazioni si usano profili a fungo, rotaie Burbach (con larga base d’appoggio) o Vignoles (più strette). Gli stessi profili sono usati per il carrello sulla trave, mentre per i carrelli sospesi si utilizzano guide scanalate; il dispositivo di comando, costituito da una pulsantiera pensile a filo, da un radiocomando, da una cabina di controllo (fissata al ponte o scorrevole con il carrello) o da una postazione con pulpito al di fuori dell’area di lavoro. Gli azionamenti possono essere di tipo on/off (le velocità di spostamento sono ottenute con pulsanti a doppia pressione o con doppi pulsanti lenta/veloce) oppure con joystick ad azionamento proporzionale. In ogni postazione di comando è generalmente obbligatoria la presenza di un pulsante di arresto di emergenza; dispositivi di segnalazione e sicurezza, quali per esempio respingenti e piastre di finecorsa, dispositivi elettromeccanici di finecorsa, avvisatori acustici (come cicalini di movimento e sirena di pericolo per limite di portata), luci di segnalazione dello stato della macchina, limitatore di carico, sistemi anticollisione, targa di portata, targa delle direzioni.
Unità di sollevamento del carico La fune (o catena), il gancio (con eventuale bozzello) e l'argano (o il paranco) costituiscono l'unità di sollevamento (del carico). Il carrello può supportare uno o più unità di sollevamento. Le gru a doppia unità di sollevamento possono avere varie configurazioni:
doppia unità sullo stesso carrello: utile per un sollevamento più veloce ma di minore portata; doppia unità indipendente: può prevedere unità di uguale o differente prestazione; unità gemelle (dette in tandem) possono essere usate in modo indipendente o accoppiate per movimenti contemporanei.
All'argano sono applicate una o più funi, le quali permettono il sollevamento dei pesi, con un sistema di carrucole, rinvii e ganci o altri dispositivi di sollevamento. Gli accessori di sollevamento comunemente impiegati sui carroponti includono: ganci a C, brache, funi, catene, benne, polipi, pinze, elettromagneti, sollevatori magnetici, golfari, grilli, bilancini, staffe, ecc.
Il limitatore di carico blocca tutti i movimenti della gru, tranne la discesa del gancio, al raggiungimento del carico massimo di taratura, con contestuale accensione di un segnale acustico.
Unità di scorrimento L'unità di scorrimento permette il movimento dell'intera macchine sulle vie di corsa, mentre l'unità di traslazione permette il movimento del carrello sulla trave (o ponte). In gru di piccole dimensioni il movimento del carrello può essere manuale.
I movimenti tipici di un carroponte sono quindi:
scorrimento, lineare o circolare, del ponte sui binari; traslazione del carrello sulla trave; sollevamento verticale del carico per mezzo dell'argano o del paranco; rotazione dell'unità di sollevamento (solitamente il gancio ha moto rotativo libero).
La trave può avere diverse forme e grandezze, dalle più semplici costituite da una putrella (IPE, HEA, ecc.) alle travi a cassone costituite da due lamiere (dette "piattabanda superiore" e "piattabanda inferiore") e due anime laterali. Le macchine più vecchie o alcune per utilizzi particolari presentano una struttura a traliccio: le travi sono costruite mediante sezioni angolari o tubolari disposte a travatura reticolare.
Sulla testata sono normalmente presenti una ruota folle ed una ruota motrice, mentre per esecuzioni più gravose si usano ruote accoppiate con doppio binario o una coppia di testate motorizzate per ogni trave.
Alimentazione e motori Riguardo l'alimentazione elettrica, generalmente si ha una linea principale situata parallelamente a uno dei piani di scorrimento e una linea secondaria che corre parallelamente alla trave principale del ponte per l’alimentazione del carrello. Le linee possono essere costruite con cavi isolati flessibili avvolti a spirale, a festoni sostenuti da carrellini su rotaie o con gancetti su funi metalliche tese orizzontalmente. Il quadro di comando è generalmente posizionato sulla trave principale, mentre il quadro di alimentazione si trovare genericamente all'interno dell’ambiente di lavoro dove è installata la gru a ponte.
In ambienti classificati ATEX, come per esempio le cabine di verniciatura, si usano principalmente gru ad azionamento pneumatico. Il compressore per l’alimentazione dei motori pneumatici è posizionato fuori dalla zona a rischio esplosione.
I motori elettrici, generalmente alimentati con corrente trifase, sono utilizzati per i moti di traslazione, scorrimento e sollevamento. Coassiale all'albero del motore è presente un sistema frenante, principalmente a ganasce, comandato da un elettromagnete. Per attrezzature in ambienti ATEX, si usano attuatori pneumatici; il sistema di frenatura e attuazione sono pilotati da valvole pneumatiche.
La velocità dei motori è regolata da un convertitore di frequenza o inverter. Gli obiettivi principali sono azionamenti e arresti progressivi, così da ridurre le sollecitazioni ai motori e alla struttura e l'oscillazione del carico. Uno svantaggio tipicamente presente è il mancato arresto immediato al rilascio del comando.
Tipi
Carroponte monotrave Il carroponte monotrave è il più comune. Viene utilizzato per applicazioni leggere, È costituito da un'unica trave portante, con uno o più gruppi di sollevamento.
Carroponte bitrave La struttura del carroponte bitrave è adatta per applicazioni più pesanti, Questo tipo può essere utile anche per aumentare l'altezza di sollevamento, poiché l'argano è posizionato sopra la coppia di travi e il gancio passa tra di esse. Carroponte sospeso I binari di un carroponte sospeso sono fissati al soffitto dell'edificio. L'assenza di colonne di supporto dedicate limita l'ingombro a pavimento, ma anche la capacità di sollevamento.
Carroponte rotativo Questo tipo di carroponte ha un'estremità della trave montata su un perno fisso e l'altra estremità scorrevole su un binario anulare; il ponte sovrasta l'area circolare sottostante. Questa particolare installazione offre benefici rispetto a una gru a braccio in quanto si raggiunge una maggiore portata e si eliminano le sollecitazioni laterali sulle pareti del capannone.
Carroponte polare