Zweiträger-Brückenkran: Ursachen für Spurkranzreiben & Lösungen
Spurkranzreiben bei Zweiträger-Brückenkranen bezeichnet eine anormale Reibung zwischen dem Spurkranz der Laufräder und der Schienenflanke, die zu schnellem Verschleiß von Spurkranz und Schienenkopf führt. Zu den häufigen Ursachen zählen sechs Kategorien wie übermäßige Abweichungen bei der Schienenmontage, übermäßige Koaxialitätsabweichungen der Radblöcke und Verformungen des Brückenrahmens in der Diagonale. Die Folgen reichen von einer um 50 % bis 70 % verkürzten Lebensdauer der Räder bis hin zu schwerwiegenden Entgleisungsunfällen.
Spurkranzreiben zählt zu den häufigsten mechanischen Störungen im Betrieb von Zweiträger-Brückenkranen. Gemäß DIN 15018 beträgt das normale Spiel zwischen Spurkranz und Schienenflanke 5–10 mm. Wird dieses Spiel unterschritten, schleift der Spurkranz an der Schienenkopfseite. Bei einer Sonderinspektion im Jahr 2024 wurden bei vier QD-Typ-32-t-Zweiträger-Brückenkranen im Warmwalzwerk eines Stahlwerks drei Krane mit unterschiedlich starkem Spurkranzreiben festgestellt. Beim am stärksten betroffenen Kran betrug der Spurkranzverschleiß 7 mm (bei einer ursprünglichen Dicke von 15 mm), und die Schienenkopfseite wies tiefe, durch Spanabtrag entstandene Rillen auf. Die Kosten für einen einzelnen Radsatzwechsel überstiegen 80.000 EUR. Dieser Artikel erläutert systematisch die Ursachen, Diagnosemethoden und Lösungsansätze für Spurkranzreiben.
Typische Anzeichen und Folgen von Spurkranzreiben
Das deutlichste Signal für Spurkranzreiben ist ein erhöhter Fahrwiderstand – die Stromaufnahme des Brückenfahrmotors liegt 15 % bis 30 % über dem Normalwert; in schweren Fällen kann der Überstromschutz auslösen. Die Innenseite des Spurkranzes weist einen hellen Metallglanz oder eine Blaufärbung auf (verursacht durch Reibungshitze), während die Schienenkopfseite stufenförmige Rillen durch Spanabtrag zeigt.
Die Folgen von Spurkranzreiben bilden eine lange Kette: Spurkranzverschleiß führt zu einer Durchmesserreduzierung der Räder, was wiederum unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten der Räder auf beiden Seiten verursacht und das Spurkranzreiben weiter verstärkt – ein Teufelskreis. Gemäß ISO 4306 muss ein Rad ausgetauscht werden, wenn der Spurkranzverschleiß 50 % der ursprünglichen Dicke überschreitet. Anhaltendes Spurkranzreiben führt zudem zu lockeren oder sogar gebrochenen Schienenklemmen sowie zu Stufenversatz an Schienenstößen. Ungewöhnliche Geräusche (scharfes metallisches Schleifen) und periodische Vibrationen während des Betriebs sind die für den Kranführer am deutlichsten wahrnehmbaren Warnsignale.
Die sechs Hauptursachen für Spurkranzreiben
Statistische Auswertungen vor Ort zeigen, dass die Ursachen für Spurkranzreiben bei Zweiträger-Brückenkranen in sechs Kategorien eingeteilt werden können, geordnet nach Häufigkeit:
Übermäßige Abweichungen bei der Schienenmontage – verantwortlich für ca. 35 % der Fälle und damit die häufigste Ursache. Bei Spurweitenabweichungen über ±5 mm, Höhenunterschieden der beiden Schienenoberkanten im selben Querschnitt von mehr als 10 mm oder einer seitlichen Abweichung der Schienengeradheit von mehr als 2 mm/2 m kommt es bei jedem Fahrzyklus zu einem erzwungenen Kontakt zwischen Rad und Schienenflanke. Gemäß DIN 15018 entscheidet die Einhaltung der Montagetoleranzen bereits bei der Schienenverlegung über die Betriebsqualität der folgenden 5–8 Jahre.
Übermäßige Koaxialitäts- und Fluchtungsabweichungen der Radblöcke – verantwortlich für ca. 25 % der Fälle. Überschreiten die Spurweitenabweichungen der vier Räder ±5 mm, die Diagonalendifferenz 5 mm oder die Fluchtungsabweichung zweier Räder auf demselben Kopfträger 3 mm, entsteht ein Kippmoment im Fahrzeug, das den Spurkranz dauerhaft gegen die Schiene drückt. Auch unterschiedliche Raddurchmesser der Radlaufflächen (Differenz über 0,5 mm zwischen den Rädern einer Seite) führen zu unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten.
Vertikale und horizontale Radschiefstellung – verantwortlich für ca. 20 % der Fälle. Bei einer vertikalen Schiefstellung über 1/400 (d. h. bei einem Raddurchmesser von 400 mm eine Abweichung über 1 mm) oder einer horizontalen Schiefstellung über 1/1000 rollt das Rad nicht mehr rein ab, sondern mit seitlichem Gleiten, wodurch Spurkranz und Schiene in einen dauerhaften Reibkontakt geraten. Bei Neufahrzeugen liegt die Schiefstellung üblicherweise unter 0,5/1000; nach 2–3 Betriebsjahren kann sie durch Lager- und Lagergehäuseverschleiß auf Werte über der Toleranz ansteigen.
Verformung der Brückenkonstruktion – verantwortlich für ca. 10 % der Fälle. Eine seitliche Durchbiegung des Hauptträgers über 1/2000 der Spannweite sowie plastische Verformungen des Kopfträgers durch Anstoßen oder Ermüdung werden auf die Radblöcke übertragen und beeinträchtigen die Montagegenauigkeit. Langfristiger Überlastbetrieb und einseitige Belastung (z. B. häufiges Heben schwerer Lasten immer auf derselben Seite) sind die Haupttreiber für Verformungen der Brückenkonstruktion.
Asynchrone Antriebe auf beiden Seiten – verantwortlich für ca. 6 % der Fälle. Zweiträger-Brückenkrane verfügen über zwei separate Antriebe. Bei einer Drehzahldifferenz der beiden Motoren über 2 %, einer Zeitdifferenz beim Öffnen der Bremsen über 0,3 s oder zu großem Spiel in den Kupplungen der Antriebswellen weichen die tatsächlichen Fahrgeschwindigkeiten der Räder auf beiden Seiten voneinander ab. Der Kran dreht sich während der Fahrt kontinuierlich – Spurkranzreiben ist die unvermeidliche Folge.
Ungleichmäßige Setzung des Schienenfundaments – verantwortlich für ca. 4 % der Fälle. Ungleichmäßige Setzungen der Säulen, langfristige Durchbiegung der Kranbahnträger sowie gelockerte oder gebrochene Schienenklemmen führen letztlich zu einer Veränderung der Schienengeometrie. Diese Art von Spurkranzreiben tritt besonders häufig in älteren Werkshallen auf, die älter als 5 Jahre sind.
Sechs-Schritte-Diagnoseverfahren bei Spurkranzreiben
Wenn Anzeichen von Spurkranzreiben festgestellt werden, sollte die Fehlersuche schrittweise von einfach nach anspruchsvoll erfolgen, um unnötige Demontagearbeiten zu vermeiden:
Schritt 1: Sichtprüfung – Nach dem Stillsetzen und Trennen von der Stromversorgung werden alle Spurkränze und Schienenflanken mit einer starken Taschenlampe untersucht. Achten Sie auf hellen Metallglanz am Spurkranz (normal ist dunkelgrau), Blaufärbung (Hochtemperaturoxidation) und stufenförmige Rillen an der Schienenkopfseite. Dokumentieren Sie die Verschleißposition (welche Seite, welches Rad) mit Fotos, um eine erste Einschätzung der Richtung des Spurkranzreibens zu erhalten.
Schritt 2: Messung von Spurweite und Ebenheit – Mit einer Spurweitenlehre oder einem Laser-Entfernungsmesser wird die Spurweite entlang der gesamten Schiene in Abständen von 2 m gemessen. Die Spurweitenabweichung sollte ±5 mm nicht überschreiten (gemäß DIN 15018). Mit einer Wasserwaage wird der Höhenunterschied der Schienenoberkanten im selben Querschnitt gemessen; dieser sollte 10 mm nicht überschreiten. Besondere Aufmerksamkeit gilt den Schienenstößen – Stufenversatz und übermäßige Stoßspalte sind häufige Ursachen für lokales Spurkranzreiben.
Schritt 3: Prüfung der Radfluchtung – Außen am Kopfträger wird ein Stahldraht als Referenzlinie gespannt (ca. 50 mm von der Radlauffläche entfernt). Mit einem Innendurchmesser-Mikrometer wird der Abstand von der Radlauffläche jedes der vier Räder zum Draht gemessen. Die Differenz der Messwerte zweier Räder auf demselben Kopfträger sollte 3 mm nicht überschreiten; die Spurweitenabweichung der vier Räder sollte ±5 mm und die Diagonalendifferenz 5 mm nicht überschreiten.
Schritt 4: Überprüfung der Rahmendiagonalen – Mit den Radachsen als Messpunkten werden die Längen der beiden Diagonalen mit einem Stahlbandmaß oder Laser-Entfernungsmesser gemessen. Eine Differenz über 5 mm deutet auf eine Verwindung oder parallelogrammförmige Verformung des Rahmens hin. In diesem Fall sind die Verbindungsschrauben zwischen Kopfträger und Hauptträger auf Lockerung und der Kopfträger selbst auf plastische Verformung zu prüfen.
Schritt 5: Messung der vertikalen/horizontalen Radschiefstellung – Vor dem Rad wird ein Theodolit oder Laserrichtgerät aufgestellt, um den Neigungswinkel der Radlauffläche relativ zur Schiene zu messen. Die vertikale Schiefstellung sollte 1/400 und die horizontale Schiefstellung 1/1000 nicht überschreiten (gemäß DIN 15018). Bei Überschreitung sind die Befestigungsschrauben und Unterlegscheiben der Lagergehäuse zu prüfen.
Schritt 6: Leerlauf-Probefahrt – Nach Abschluss der statischen Prüfungen der Schritte 1–5 wird eine Leerfahrt über die gesamte Fahrbahn in beide Richtungen durchgeführt. Beobachten Sie während des Kranfahrens den Kontakt zwischen Rad und Schiene und achten Sie auf gleichmäßige Fahrgeräusche. Bei periodischen ungewöhnlichen Geräuschen (z. B. Knacken alle 3–5 Sekunden) liegt in der Regel ein Spurkranzreiben-Impuls pro Radumdrehung vor. Messen Sie die Stromwerte beider Motoren; eine Differenz über 10 % gilt als anormal.
Sicherheitshinweis – Vor Inspektionsarbeiten an Schiene und Rädern muss die gesamte Stromversorgung des Krans getrennt und ein Warnschild „Nicht einschalten" angebracht werden. Beim Begehen der Schienen für Messungen ist sicherzustellen, dass Krane in benachbarten Feldern stillgesetzt sind oder ein ausreichender Sicherheitsabstand eingehalten wird. Bei Arbeiten in der Höhe (die Höhenkote der Kranbahnträger liegt üblicherweise bei 6–15 m) ist ein Sicherheitsgurt mit Doppelhaken zu tragen; Messwerkzeuge sind mit einer Absturzsicherung zu sichern. Vor Demontage- und Montagearbeiten an Radblöcken muss der Kopfträger mit Wagenhebern sicher abgestützt werden; eine Demontage ausschließlich mit hängendem Kran ist untersagt.
Maßnahmen zur Behebung und Vorbeugung von Spurkranzreiben
Je nach Diagnoseergebnis gliedern sich die Maßnahmen gegen Spurkranzreiben in zwei Stufen: Justierung/Reparatur und Austausch/Erneuerung:
Inspektion bei jeder Schicht – Der Kranführer umrundet den Kran vor Schichtbeginn und prüft visuell, ob frische Metallspäne auf der Schiene liegen (das direkteste Anzeichen für Spurkranzreiben) und ob die Spurkränze ungewöhnlich glänzen. Festgestellte Probleme werden im Übergabeprotokoll dokumentiert.
Monatliche Sonderprüfung – Mit einer Fühlerlehre wird das Spiel zwischen Spurkranz und Schienenflanke gemessen (an beiden Enden je eine Messstelle, insgesamt 8 Messpunkte). Unterschreitet das Spiel an einer Messstelle 2 mm, wird der Diagnoseprozess eingeleitet. Die Schienenklemmen werden auf festen Sitz geprüft und das Anziehdrehmoment mit einem Drehmomentschlüssel auf den Sollwert verifiziert (M20-Schrauben: 200–250 Nm).
Vierteljährliche Genauigkeitsprüfung – Mit Spurweitenlehre und Wasserwaage werden Spurweite und Höhenunterschied über die gesamte Schiene gemessen; mit der Drahtspannmethode wird die Radfluchtung überprüft. Messwerte außerhalb des nach DIN 15018 zulässigen Bereichs werden in einen Justierungsplan aufgenommen. Die Anziehdrehmomente der Befestigungsschrauben der Lagergehäuse werden geprüft – eine Lockerung ist ein frühes Anzeichen für eine übermäßige Radschiefstellung.
Jährliche Generalüberholung – Die Radblöcke werden zerlegt und geprüft: Messung der verbleibenden Spurkranzdicke (bei weniger als 50 % der Originaldicke Austausch), des Raddurchmessers der Lauffläche (bei einer Differenz über 0,5 mm zwischen den Rädern einer Seite müssen beide Räder getauscht werden) und der Lagerluft (bei radialer Lagerluft über 0,2 mm Austausch). Schienenausrichtung über die gesamte Länge: Neuausrichtung, Nivellierung mit Unterlegplatten und Festziehen der Schienenklemmen.
Bei Spurplanabweichungen, die Spurkranzreiben verursachen, wird die Schienenklemme gelöst und eine Stahl-Unterlegscheibe (Dicke 0,5–3 mm) unter die Schiene gelegt. Anschließend wird die Schiene abschnittsweise mit einer Wasserwaage ausgerichtet und die Klemme wieder befestigt. Spurweitenabweichungen werden durch ein schrittweises Verschieben der gesamten Schiene korrigiert, wobei jede Einstellung maximal 3 mm beträgt. Nach der Justierung ist eine Probefahrt über eine volle Runde erforderlich, um sicherzustellen, dass die Räder nicht mehr am Spurkranz reiben, bevor die Schiene endgültig fixiert wird.
Bei übermäßiger Schrägstellung des Radblocks werden die Befestigungsschrauben des Winkel-Lagergehäuses gelöst und Einstellscheiben (Einzeldicke 0,1–0,5 mm) zwischen Lagergehäuse und Kopfträger eingelegt oder entfernt, um die vertikale und horizontale Schrägstellung des Rades zu korrigieren. Nach der Einstellung müssen die Gleichlauflage und die Diagonalmaße aller vier Räder neu vermessen werden, sodass alle drei Kennwerte gleichzeitig erfüllt sind. Eine solche Einstellung dauert in der Regel 4–6 Stunden.
Die Behebung einer asynchronen Antriebsbewegung auf beiden Seiten wird in drei Ausbaustufen unterteilt: Die Basisvariante besteht in der Kalibrierung der Frequenzumrichter-Parameter, sodass die Drehzahlsollwerte beider Motoren übereinstimmen (zulässige Abweichung max. 0,5 %). Die erweiterte Variante sieht die Nachrüstung einer Encoder-Rückmeldung zur Synchronsteuerung der Geschwindigkeit vor. Die vollständige Lösung ist der Umbau auf einen einzelnen Motor mit verlängerter Antriebswelle (geeignet für Zweiträgerkrane mit einer Spannweite bis 22,5 m), wodurch die Asynchronität der beiden Seiten grundlegend beseitigt wird.
Ursachen für Spurkranzreiben – Schnellübersicht
| SpurkranzreibenErscheinungsbild | zugehörige Ursache | Schnelldiagnoseverfahren | vorrangiger Prüfpunkt |
|---|---|---|---|
| dauerhaft über die gesamte StreckeSpurkranzreiben,beidseitig an der SchienenkopfkanteVerschleiß | Spurweitezu gering | Spurweitein Abständen von2mmessenSpurweite | Spurweiteob kleiner als der Auslegungswert3mmoberhalb |
| nur inSchieneeinem bestimmten AbschnittSpurkranzreiben | Schieneörtliche Biegung/VerbindungVersatz | Kontrolle des Abschnitts mittels gespannter DrahtlinieGeradheit | SchienenstoßSpaltmaß und Versatzbetrag an dieser Stelle |
| einseitiges AnlaufenSchiene(z.B. nur linke Schiene anlaufend) | Radfluchtung/Diagonalmaß außerhalb der Toleranz | Fluchtungsmessung der vier Räder mittels gespannter Drahtlinie | ob die Diagonaldifferenz überschreitet5mm |
| Spurkranzreibenperiodisch pulsierend(rhythmisches Geräusch) | Radunrundheit/LaufflächeVerschleißungleichmäßig | FeinzeigermessenLaufflächeRundlaufabweichung | ob der Rundlauf überschreitet0.5mm |
| deutliches Verwinden des Fahrzeugrahmens im Betrieb | beidseitiger Antrieb nichtSynchronisation | Stromzangegleichzeitige Messung beider SeitenStrom | beidseitig an der SchienenkopfkanteStromob die Diagonaldifferenz überschreitet10% |
| Neufahrzeug3innerhalb von Monaten auftretendSpurkranzreiben | Montagequalität oder Werks-Genauigkeitmangelhaft | Überprüfung der Montage anhand des WerksprüfprotokollsToleranz | Spurweite,Radfluchtung,Schrägstellungsbetrag |
Irrtum 1: Abgenutzte Räder einfach austauschen – Ohne die Ursachen wie Schienenjustagefehler und Fluchtungsabweichungen der Räder zu beheben, beginnen neu montierte Räder bereits nach weniger als einem Monat wieder am Spurkranz zu reiben. Der korrekte Ansatz besteht darin, zuerst die Grundursache zu ermitteln und zu beheben (Schienenjustierung oder Radblock-Nachjustierung), bevor verschlissene Räder ausgetauscht werden.
Irrtum 2: Fett auf dem Spurkranz lindert das Reiben – Schmierfett verunreinigt die Lauffläche, reduziert den Haftreibungskoeffizienten zwischen Rad und Schiene und führt zu Durchrutschen beim Anfahren sowie verlängerten Bremswegen. Spurkranzreiben ist ein geometrisches Problem, kein Reibungsproblem – das Aufbringen von Fett ist nicht nur wirkungslos, sondern schafft zusätzliche Sicherheitsrisiken.
Irrtum 3: Eine größere Spurweite ist besser als eine kleinere – Eine zu große Spurweite führt ebenfalls zu einer Schlingerbewegung des Krans auf der Schiene, wobei der Spurkranz abwechselnd gegen beide Schienenköpfe stößt. Nur eine Spurweite innerhalb der Toleranz (±5 mm) gewährleistet einen stabilen Lauf. Abweichungen in beide Richtungen sind unzulässig.
Häufige Fragen zum Spurkranzreiben
F: Worin unterscheidet sich das Spurkranzreiben bei Zweiträger-Brückenkranen von dem bei Einträgerkranen?
A: Bei Zweiträger-Brückenkranen tritt das Spurkranzreiben hauptsächlich am Kranfahrwerk auf (zwischen den Rädern des Endwagens und der Werksschiene). Aufgrund der großen Spannweite (typischerweise 10,5–31,5 m) und des hohen Eigengewichts der Zweiträger-Konstruktion kann eine unzureichende Steifigkeit des Endwagens zu Verformungen führen, die das Reiben verursachen. Beim Einträgerkran (LD-Typ) bewegt sich der Elektrokettenzug entlang der unteren Flansche des I-Trägers. Das Reiben äußert sich hier durch Verschleiß am Spurkranz des Laufrades am unteren Flansch des I-Trägers. Die Ursache liegt meist in unzureichender Geradheit und Ebenheit der I-Träger-Schiene. Die Diagnosemethoden sind ähnlich, jedoch unterscheiden sich Messreferenz und Einstellverfahren.
Ab wann muss der Kran wegen Spurkranzreibens sofort stillgesetzt werden?
A: Gemäß den Stilllegungskriterien der Norm JB/T 6392-2017 muss der Kran in folgenden Fällen sofort stillgesetzt werden: ① Der Verschleiß am Spurkranz übersteigt 50 % der ursprünglichen Dicke; ② Der seitliche Verschleiß am Schienenkopf übersteigt 10 % der Schienenkopfbreite; ③ Mehr als 20 % der Schienenklemmen in einem Abschnitt sind gebrochen oder deren Schrauben locker; ④ Das Rad zeigt Tendenz zum Aufspringen auf die Schiene (Spurkranzoberkante nähert sich der Schienenkopfoberkante). Wenn bei der regelmäßigen Inspektion ein Spalt zwischen Spurkranz und Schiene von weniger als 2 mm mit fortschreitender Tendenz festgestellt wird, sollte eine geplante Stillstands-Wartung veranlasst werden, anstatt bis zum vollständigen Durchscheuern zu warten.
Gibt es Möglichkeiten zur Online-Überwachung des Spurkranzreibens ohne Demontage der Räder?
A: Technisch stehen drei Online-Überwachungsmethoden zur Verfügung: ① Montage von Laser-Wegsensoren am Endwagen der Kranbrücke zur Echtzeitmessung der Spaltveränderung zwischen Spurkranz und Schiene mit einer Genauigkeit von ±0,1 mm; ② Montage von Schwingungssensoren am Lagergehäuse der Räder; die beim Reiben entstehenden charakteristischen Frequenzen (hochfrequente Anteile als Vielfache der Radumdrehungsfrequenz) dienen als Frühwarnsignal; ③ Anbringen von Reflektionsmarkierungen an der Schienenseite und Erfassung des Schienenzustands mittels kamerabasierter Bilderkennung zur Bewertung des Schienenkopfverschleißes. Diese Lösungen wurden bereits in den intelligenten Brückenkran-Umbauprojekten von Kelude implementiert und verkürzen die Erkennung von monatlichen manuellen Inspektionen auf eine Echtzeit-Überwachung.
Welche vollständigen Anforderungen an die Montagetoleranzen der Schienen stellt die Norm ISO 4306?
A: Die Norm ISO 4306 (ersetzt GB/T 10183-2018) legt die Montagetoleranzen für Räder und Schienen von Brücken- und Portalkranen fest. Die Kernanforderungen umfassen: Spurweitenabweichung nicht mehr als ±5 mm (bei Spannweiten bis 16 m: ±3 mm); Höhenunterschied der Schienenoberkanten im selben Querschnitt nicht mehr als 10 mm (bei Spannweiten bis 16 m: 6 mm); seitliche Geradheit der Schiene nicht mehr als 2 mm/2 m; Spalt an Schienenstößen nicht mehr als 2 mm, Höhenversatz nicht mehr als 1 mm; Abweichung der Radspurweite nicht mehr als ±5 mm, Diagonaldifferenz nicht mehr als 5 mm, Fluchtungsdifferenz nicht mehr als 3 mm. Diese Toleranzwerte bilden die Referenzbasis für die Fehlersuche bei Spurkranzreiben – jede Überschreitung sollte in einen Korrekturplan aufgenommen werden.
