Bruch des Drehkranzes: Warum er auftritt und wie man es verhindert

Genau genommen ist der Zahnkranz ein groß dimensioniertes Lager, das aus vier Hauptkomponenten besteht:

• Unterer Zahnkranz

• Oberer Ring

• Wälzkörper (in einem oder zwei Bändern angeordnete Kugeln oder Rollen)

• Abstandhalter

Beide Ringe weisen eine Nut auf, die als Laufbahn bezeichnet wird und deren Abmessung und Geometrie die Aufnahme der Wälzkörper und der entsprechenden Abstandhalter ermöglicht. Bei Baggern wird der Zahnkranz des Drehkranzes über Gewindestangen am Unterrahmen befestigt. Der zahnlose obere Ring ist mit dem Kabinenrahmen verbunden. Der Drehkranz sorgt dafür, dass sich die beiden Rahmen relativ zueinander drehen können, während die Steuerung der Drehbewegung durch einen entsprechenden Geschwindigkeitsregler gewährleistet wird. Dieser ist am Kabinenrahmen montiert und verfügt über ein Getriebezahnrad, das in die Zähne des Drehkranzes greift, um seine Funktion zu erfüllen.

Die Hauptgründe für Brüche und den erforderlichen Austausch des Drehkranzes

Die häufigste Situation, die zum Austausch des Drehkranzes führt, ist der Bruch eines oder mehrere Zähne des unteren Zahnkranzes. Dadurch wird seine Nutzung quasi unmöglich, da meist nach und nach immer mehr Zähne abbrechen. Die Hauptursachen liegen im Verschleiß oder dem Ausfall des Bremssystems des Geschwindigkeitsreglers. Wenn dieses System nicht mehr richtig arbeitet, wirkt bei Richtungsänderungen der Drehbewegung der Kabine die Umkehrung des Drehmoments direkt auf die Zähne und verbiegt sie. Diese Kräfte sind häufig größer als die, für die die Zähne ausgelegt sind. Brüche treten insbesondere bei beladener Schaufel und hohen Drehgeschwindigkeiten auf.

Ein weiteres mögliches Problem ist das Blockieren des Drehkranzes. Trotz der hohen Belastungen, denen sie ausgesetzt sind, haben Drehkränze ein eher kleines Verhältnis von Querschnitt zu Durchmesser: Daher neigen sie dazu, sich zu verformen, wenn sie nicht richtig gestützt werden. Daher ist es wichtig, dass die Verbindungsstruktur steif ist, die Auflageflächen ausreichend eben sind und das Befestigungssystem Verformungen durch hohe Belastungen verhindert. Andernfalls besteht neben der Gefahr des Blockierens des Lagers auch das Risiko eines dauerhaften Verschleißes der Laufbahnen.

So verhindern Sie, dass der Drehkranz bricht

Um die Lebensdauer von Drehkränzen zu verlängern, müssen bewährte Verfahren eingehalten werden, die bereits mit der Nutzung des entsprechenden Materials beim Bau beginnen. Darüber hinaus verhindern die korrekte Montage am Bagger und die regelmäßige Wartung deutlich vorzeitige Verschleißerscheinungen.

Materialien und Wärmebehandlungen

Die Wahl der Materialien und Wärmebehandlungen ist ein entscheidender Aspekt, um widerstandsfähige und haltbare Drehkränze zu erhalten, insbesondere im Hinblick auf die Lebensdauer der Zähne. Üblicherweise werden hierfür zwei Stahlsorten verwendet: 42CrMo4 vergütet mit R=90-100 kgf/mm für die Innenringe und C45 vergütet R=70-80 kgf/mm für die Außenringe.

Darüber hinaus ist eine Wärmebehandlung der Oberfläche in den beiden am stärksten beanspruchten Bereichen des Drehkranzes erforderlich: Der Laufbahnen der Wälzkörper und der Zähne des Innenrings. Durch ein Induktionshärtungsverfahren werden Biegefestigkeit und Lochfraßbeständigkeit an den Kontaktflächen der Zähne erhöht. In gleicher Weise werden die Laufbahnen behandelt, um dem mit dem kontinuierlichen Durchlauf der Wälzelemente verbundenen Verschleiß entgegenzuwirken.

Transport und Lagerung

Um Stöße und Beschädigungen insbesondere in radialer Richtung zu vermeiden, muss der Drehkranz in einer stabilen Kiste verpackt und waagrecht transportiert werden. Während der Lagerung müssen Kiste und Lager an einem geschlossenen Ort geschützt vor Witterungseinflüssen aufbewahrt werden, die Korrosion verursachen könnten. Beim Auspacken muss darauf geachtet werden, dass die Dichtungen nicht beschädigt werden. Dafür muss das Lager mit einem handelsüblichen chloridfreien Verdünnungsmittel entfettet werden, da Chloride die Oberfläche beschädigen können.

Installation des Drehkranzes

Der Austausch des alten Drehkranzes erfordert einige Vorarbeiten, die für den korrekten Einbau des neuen Lagers erforderlich sind. Bei der Demontage ist es wichtig:

• Allen Schmutz und etwaige Ablagerungen von der Auflagefläche des Lagers zu entfernen. 

• Den Wartungszustand der Strukturen, an denen der Drehkranz befestigt wird, zu überprüfen (entscheidend für das korrekte Funktionieren und zur Erhaltung der Lebensdauer des Drehkranzes). 

• Sicherzustellen, dass die Verbindungsflächen beim Arbeiten der Maschine oder bei der Demontage nicht beschädigt wurden (unzureichende Ebenheit kann zum Blockieren des Drehkranzes führen).
  
  

Sobald diese Aspekte geklärt sind, kann der Drehkranz auf den unteren Rahmen der Maschine montiert werden. Um die korrekte und geeignete Ausrichtung zu erhalten, sollten folgende Hinweise beachtet werden. Jeder Drehkranz hat einen Anfangs- und Endbereich der gehärteten Sektion, der besonders empfindlich ist. Daher müssen die Übergangsstellen der gehärteten Sektionen möglichst weit von dem Bereich entfernt sein, an dem die maximalen Belastungen beim Arbeiten der Maschine auftreten.

Bevor der Drehkranz mit dem Rahmen verbunden wird, muss überprüft werden, ob die Befestigungsschrauben den Angaben im Handbuch des Herstellers entsprechen. Darüber hinaus ist es wichtig, die Befestigungsschrauben vorab einzuölen und flachen, nicht elastische Unterlegscheiben zu verwenden. Dann müssen die Befestigungsschrauben des ersten Rings (der untere in der in nachfolgender Abbildung gezeigten Reihenfolge) leicht angezogen werden, um Spannungen oder Verformungen des Rings zu vermeiden. Nach dem Anziehen der Schrauben muss der Vorgang mit den im Herstellerhandbuch angegebenen Anzugsdrehmoment unter Verwendung eines Drehmomentschlüssels angezogen werden.

Die Exzentrizität des Drehkranzes und der Einbau des Ritzels

Als Zweites muss unbedingt die Exzentrizität des Drehkranzes berücksichtigt werden, um ein Blockieren des Antriebs oder einen vorzeitigen Verschleiß der Zähne zu vermeiden. Aufgrund des geringen Stärke-Durchmesser-Verhältnisses neigen die Ringe des Drehkranzes dazu, sich bei der Wärmebehandlung zu verformen. Auch wenn dies kein qualitatives Produktionsproblem darstellt, erhalten Sie doch dadurch eher eine leicht elliptische Form als eine kreisrunde.

Beim Einbau muss die vertikale Ausrichtung zwischen Drehkranz und Antriebsritzel daher überprüft werden. Auch wenn die Maschine über mehrere Antriebsritzel verfügt, sollte die Verbindung an den Stellen mit der höchsten Exzentrizität des Drehkranzes erfolgen. Am Drehkranz sind die Stellen maximaler Exzentrizität durch drei gelb lackierte Zähne gekennzeichnet. Auf diese Weise kann das Spiel zwischen den beiden Zahnkränzen am Punkt des maximalen Abstands zwischen den beiden Komponenten kalibriert werden. Das Spiels zwischen den Seiten der Zahnkranzzähne und den Zähnen des Ritzels sollte mindestens [(0,05 * M)] mm betragen, wobei M für das Verzahnungsmodul steht. 

Nach der Montage sollte das System einige Male gedreht werden, um zu überprüfen, ob die Verbindung korrekt ist und keine ungewöhnlichen Geräusche durch falsches Ineinandergreifen der Zähne entstehen. Nachdem dieser Test durchgeführt wurde können vor dem Starten des Kabinendrehsystems die Zähne geschmiert werden, wobei besonders darauf geachtet werden muss, dass die Seiten aller Zähne vollständig mit Schmiermittel bedeckt sind.

Es wird darüber hinaus empfohlen, das Spiel der Maschine zu messen und zu notieren. Die Messung erfolgt mit einem Komparator, der wie in der Abbildung gezeigt zwischen oberem und unterem Ring positioniert wird, nämlich so nah wie möglich an der Laufbahn, um den Einfluss der elastischen Verformungen der Verbindungskonstruktion zu reduzieren. Nachdem der Komparator positioniert und auf Null gestellt wurde, wird die Maschine unter maximale Last gesetzt und die Variation des Spiels gemessen. Der in den verschiedenen Winkelpositionen aufgezeichnete Maximalwert entspricht dem anfänglichen Spiel der Maschine und dient als Vergleichswert für zukünftige Messungen, die zur Überwachung des Drehkranzzustands erforderlich sind.

Wartung

Um die Lebensdauer des Drehkranzes zu verlängern und ihn in gutem Zustand zu erhalten, müssen regelmäßige Überprüfungen des Schmierzustands, der Anzugsdrehmomente der Schrauben, des Zustands der Dichtungen und des Spiels der Maschine durchgeführt werden.

Der Drehkranz wird mit bereits gefetteten Laufbahnen geliefert. Ihre Schmierung wird also erstmals nach den ersten 50 Betriebsstunden erforderlich und erfolgt dann in Intervallen, die von den Einsatzbedingungen der Maschine abhängen (100 Betriebsstunden sollten jedoch nicht überschritten werden). Darüber hinaus ist es vor und nach längeren Maschinenstillständen erforderlich, den Drehkranz nachzufetten. Das Einpumpen des Fetts muss bei sich drehendem Lager erfolgen und gilt erst als abgeschlossen, wenn das Fett aus der Dichtung ausdringt und einen leichten Film bildet.

Über die gesamte Lebensdauer des Drehkranzes sollte der Zustand der Dichtungen regelmäßig visuell überprüft werden, um sie zu ersetzen, wenn sie beschädigt oder brüchig sind. In den gleichen Wartungsintervallen müssen die Flanken der Zähne vollständig mit einem Pinsel mit Fett bestrichen oder mit Spray gefettet werden.

Wie bereits erwähnt, gilt es als bewährtes Verfahren, einmal im Jahr das Spiel der Maschine zu messen, um Probleme oder ungewöhnlichen Verschleiß der Laufbahnen rechtzeitig zu erkennen. Die maximal zulässige Vergrößerung des Spiels hängt von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören: Durchmesser des Lagers, Art und Größe der Wälzkörper (Kugeln oder Rollen) und Art der Anwendung (die möglicherweise höhere Verschleißgrenzen verkraften kann, wenn diese den Betrieb nicht beeinträchtigen). Auf jeden Fall sollte bei einer Vervierfachung des ursprünglich gemessenen Spiels ein Austausch des Drehkranzes in Erwägung gezogen werden.

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Unsere Lager sind mit den wichtigsten Baggermarken und -modellen von 1 bis 120 Tonnen kompatibel, wie Caterpillar, Komatsu, Volvo, Hitachi, Doosan Hyundai, JCB, Bobcat und John Deere. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an den Autor dieses Artikels.