Getriebegeräusche am Kran: 5 Geräuschdiagnosen & 7 Wartungsnormen

Die in diesem Artikel behandelten Standards für Fehlerdiagnose und Wartung stützen sich auf die Anforderungen der Norm DIN 15018 (Tragwerksberechnung für Krane) hinsichtlich Tragfähigkeit und Triebwerksgruppe des Getriebes sowie auf die Abnahmekriterien für Vibrationsmessung und Lastprüfung gemäß ISO 4306 (Krane – Terminologie und Prüfvorschriften), die eine standardisierte Grundlage für die Fehlersuche vor Ort bieten.

5 Geräuschmerkmale am Kran-Getriebe: So erkennen Sie die Ursache per Abhören

Ungewöhnliche Geräusche am Kran-Getriebe sind das am leichtesten erfassbare Frühwarnsignal für einen drohenden Ausfall. Ein ordnungsgemäß laufendes Getriebe erzeugt ein gleichmäßiges, weiches Summen des Zahneingriffs, dessen Schallpegel in der Regel 85 dB(A) nicht überschreitet. Treten die folgenden 5 abnormalen Geräuschmerkmale auf, lassen sich die betroffene Stelle und der Schweregrad durch Abhören vorläufig einordnen:

Merkmal 1: Hochfrequentes Pfeifen – ein schrilles, schneidendes Geräusch im Frequenzbereich von 1 kHz bis 4 kHz, das mit steigender Drehzahl zunimmt. Dies deutet in der Regel auf unzureichende Schmierung der Zahnflanken oder einen gerissenen Schmierfilm hin, bei dem Metall direkt auf Metall reibt. Die Wartungsdaten von Kelude Schwerindustrie zeigen, dass etwa 35 % der Getriebegeräusche auf mangelhafte Schmierung zurückzuführen sind.

Merkmal 2: Periodisches Klacken – ein regelmäßiges Schlaggeräusch, dessen Frequenz proportional zur Wellendrehzahl ist. Häufige Ursachen sind Grübchenbildung, Abblätterung oder Zahnbruch; pro Umdrehung erfolgt ein Anschlag. Auch Schäden an Laufbahn oder Wälzkörpern des Lagers können ähnliche Geräusche erzeugen; eine Frequenzberechnung hilft, zwischen Zahn- und Lagerfrequenz zu unterscheiden.

Merkmal 3: Tiefes, dumpfes Rumpeln – ein niederfrequentes, kontinuierliches Brummen, begleitet von deutlicher Gehäusevibration. Ursache sind meist ein zu großes Zahnflankenspiel oder starker Zahnflankenverschleiß; besonders auffällig wird dies, wenn das Zahnflankenspiel den Normwert um mehr als 0,5 mm überschreitet. Getriebe von Kranen, die über lange Zeit in der Triebwerksgruppe A6 bis A8 betrieben werden, neigen besonders zu diesem Problem.

Merkmal 4: Intermittierendes Knarren – ein unregelmäßig auftretendes, scharfes Reibgeräusch, ähnlich einem Metallabrieb. Häufige Ursachen sind ein beschädigter Lagerkäfig, klemmende Wälzkörper oder Fremdkörper im Gehäuse. In schweren Fällen können Bruchstücke des Kupplungselements in den Zahneingriffsbereich gelangen.

Merkmal 5: Kontinuierliches Rauschen – ein feines, sandartiges Geräusch, das leise, aber ständig vorhanden ist. Ursache ist meist eine verschmutzte Schmierölfüllung (erhöhter Wassergehalt oder zu viele Metallpartikel), die zu verstärkter Feinbewegung an den Zahnflanken führt. Bei einer Eisenkonzentration über 500 ppm in der Ölanalyse ist dieses Geräusch in der Regel hörbar.

Für die Abhördiagnose vor Ort können ein Industrie-Stethoskop oder ein Schallpegelmesser in Verbindung mit einer Spektrumanalyse-App eingesetzt werden, um das aufgenommene Geräuschsignal mit den charakteristischen Fehlerfrequenzen abzugleichen. Das technische Serviceteam von Kelude Schwerindustrie empfiehlt: Bei den ersten drei Geräuscharten sofort stillsetzen und prüfen; die letzten beiden erlauben eine geplante Instandsetzung, jedoch nicht später als nach 48 Stunden.

3 Spektrummerkmale von Zahneingriffsgeräuschen am Getriebe und Prüfstandards

Zahneingriffsgeräusche an Industriegetrieben lassen sich mithilfe der Schwingungsspektrumanalyse präzise lokalisieren. Die normale Zahneingriffsfrequenz (GMF) berechnet sich wie folgt: GMF = Zähnezahl × Drehfrequenz (Hz). Am Beispiel des Elektroseilzugs CD1-10t von Kelude Schwerindustrie: Motordrehzahl 1.400 U/min (23,3 Hz), Ritzel mit 18 Zähnen, ergibt sich eine GMF von 18 × 23,3 = 420 Hz. Die folgenden 3 Spektrummerkmale in der Nähe dieser Frequenz gelten als abnormal:

Merkmal 1: Überschreitung der GMF-Amplitude. Wenn die Schwinggeschwindigkeit der GMF sowie ihrer 2. und 3. Harmonischen 7,1 mm/s (Grenze Zone C/D nach ISO 10816-3) überschreitet, deutet dies auf erheblichen Verschleiß oder Grübchenbildung an den Zahnflanken hin; eine Öffnung des Getriebes zur Sichtprüfung ist erforderlich.

Merkmal 2: Dichte Seitenbänder um die GMF. Treten auf beiden Seiten der GMF äquidistante Seitenbandgruppen auf (der Abstand entspricht der Drehfrequenz des fehlerhaften Zahnrads) und übersteigt die Seitenbandamplitude 30 % der GMF-Amplitude, liegt ein Rundlauffehler, eine Teilungsabweichung oder eine Wellenverbiegung vor. Die Radialschlagmessung mit einer Messuhr darf einen Wert von 0,05 mm nicht überschreiten.

Merkmal 3: Nicht ganzzahlige Impulse. Zeigt das Spektrum zufällige Impulssignale, die kein ganzzahliges Vielfaches der GMF sind, und weist das Zeitsignal deutliche Pulsform auf, deutet dies in der Regel auf einen Zahnbruch oder einen gebrochenen Lagerkäfig hin. Dies ist ein Notabschaltungsfall – das Getriebe muss sofort stillgesetzt und geprüft werden.

Gemäß DIN 15018 muss das Tragbild des Getriebezahnrads unter Nennlast in Zahnrichtung mindestens 45 % und in Breitenrichtung mindestens 60 % betragen; das Zahnflankenspiel soll bei Modul 3–6 mm zwischen 0,10 und 0,20 mm, bei Modul 6–10 mm zwischen 0,15 und 0,30 mm liegen. Wird einer dieser Standards nicht eingehalten, ist das Zahnradpaar umgehend nachzustellen oder auszutauschen.

Lagerschaden am Kran-Getriebe: Klackgeräusche und Temperaturanstieg erkennen

Der Lagerausfall ist nach dem Zahnradverschleiß die zweithäufigste Ursache für ungewöhnliche Geräusche am Getriebe und macht 28 % der Servicestatistiken von Kelude Schwerindustrie aus. Die Diagnose eines Lagerschadens erfolgt anhand von drei Dimensionen: Geräuschmerkmalen, Temperaturüberwachung und Schwingungsparametern.

Geräuschmerkmale: Bei Grübchenbildung oder Abblätterung auf der Laufbahn von Innenring oder Außenring des Wälzlagers entstehen periodische Impulsgeräusche, deren charakteristische Fehlerfrequenz berechnet werden kann. Die Innenring-Fehlerfrequenz BPFI = 0,5 × n × (1 + d/D × cos α) × fr, die Außenring-Fehlerfrequenz BPFO = 0,5 × n × (1 − d/D × cos α) × fr. Dabei ist n die Anzahl der Wälzkörper, d der Wälzkörperdurchmesser, D der Teilkreisdurchmesser und fr die Wellendrehfrequenz. Stimmt die Periode des vor Ort hörbaren Klackgeräuschs mit dem berechneten Wert überein, ist das defekte Lager lokalisiert.

Temperaturüberwachung: Die Übertemperatur eines ordnungsgemäß laufenden Wälzlagers darf die Umgebungstemperatur um nicht mehr als 40 °C überschreiten, wobei die absolute Obergrenze bei 80 °C liegt (Anforderung nach DIN 15018). Messungen mit einem Infrarot-Thermometer oder einer Wärmebildkamera am Lagergehäuse: Überschreitet die Temperatur die genannten Grenzwerte oder beträgt die Temperaturdifferenz zwischen den Lagergehäusen desselben Getriebes mehr als 15 °C, ist von einem Schmierungsausfall oder beschleunigtem Verschleiß des betreffenden Lagers auszugehen.

Schwingungsparameter: An den Lagergehäusen werden in radialer und axialer Richtung Beschleunigungssensoren angebracht, um die Schwingungsbeschleunigung zu messen. Bei einem neuen Lager liegt der Normalwert unter 10 m/s² (RMS); bei leichter Abnutzung zwischen 10 und 20 m/s²; bei schwerem Verschleiß oder Käfigschaden über 30 m/s². Zusätzlich ist im Hüllkurvenspektrum zu prüfen, ob die charakteristischen Lagerfehlerfrequenzen und deren Harmonische auftreten.

Kelude Schwerindustrie empfiehlt, bei der täglichen Inspektion für jedes Lager eine separate Temperatur- und Schwingungstrenddatei zu führen. Steigen die Schwingungswerte an drei aufeinanderfolgenden Messungen an oder übersteigt die Temperaturanstiegsrate 5 °C pro Woche, ist ein sofortiger Austausch zu veranlassen.

Periodische Vibrationen durch Kupplungsfehlausrichtung am Kran-Getriebe: Messung und Korrektur

Die Kupplungsfehlausrichtung ist die dritthäufigste Ursache für periodische Vibrationen am Getriebe, insbesondere bei elastischer Bolzenkupplung oder Membrankupplung zwischen Motor und Schnelllaufwelle des Getriebes. Man unterscheidet zwischen Parallelversatz (radiale Abweichung) und Winkelversatz (axiale Winkeldifferenz), die sich anhand der Spektrummerkmale unterscheiden lassen:

Parallelversatz: Das Spektrum wird von der 2. Drehfrequenzharmonischen (2X) dominiert; die Axialschwingung ist gering, die Radialschwingung dagegen deutlich ausgeprägt. Die Schwingungsamplitude nimmt mit steigender Last erheblich zu und kann im Leerlauf unauffällig sein. Die Erfahrung von Kelude Schwerindustrie zeigt: Überschreitet die 2X-Amplitude 50 % der 1X-Amplitude, ist die radiale Wellenausrichtung gezielt zu prüfen.

Winkelversatz: Das Spektrum wird von der 1. Drehfrequenzharmonischen (1X) dominiert; die Axialschwingung ist deutlich größer als die Radialschwingung. Die Axialschwingungen an den beiden Kupplungshälften weisen eine Phasendifferenz von etwa 180° auf, was sich mit einer Zweikanal-Phasenanalyse bestätigen lässt. Winkelversatz geht häufig mit abnormalem Verschleiß des Kupplungselements und Temperaturerhöhung einher.

Korrekturstandard: Die Ausrichtung erfolgt mit einem Laserausrichtungssystem oder einer Messuhr. Die radiale Abweichung der beiden Wellen darf 0,05 mm nicht überschreiten, die Winkeldifferenz nicht mehr als 0,05 mm/100 mm (entspricht 0,03°). Die Korrektur umfasst folgende Schritte: Lösen der Ankerbolzen des Motors, Einstellen der Höhe durch Unterlegscheiben unter der Motoraufnahme, seitliches Verschieben über Stellschrauben, anschließendes Überkreuz-Anziehen der Ankerbolzen in zwei Durchgängen auf das vorgeschriebene Drehmoment und abschließende Kontrollmessung zur Bestätigung der Abweichung im zulässigen Bereich.

Die Kupplungsausrichtung der Elektroseilzüge der Baureihen CD/MD von Kelude Schwerindustrie wird ab Werk auf 0,03 mm genau eingestellt. Es wird empfohlen, nach jeder Generalüberholung neu auszurichten und die Messdaten zu dokumentieren.

Pfeifgeräusche durch unzureichende Getriebeschmierung am Kran: Ölprüfung und Gegenmaßnahmen

Unzureichende Schmierung ist die Hauptursache für hochfrequente Pfeifgeräusche am Getriebe und zugleich die häufigste Fehlerquelle unter den fünf Geräuscharten. Schmierungsausfälle lassen sich in drei Fälle unterteilen: zu wenig Öl (Ölstand unterhalb der Mittellinie des Schauglases), Ölalterung (Viskositätsabfall oder übermäßige Verschmutzung) und falsche Ölsorte (nicht passende Viskositätsklasse).

Prüfung des Ölstands: Nach 15 Minuten Stillstand ist der Ölstand am Schauglas oder Ölmessstab zu kontrollieren; er sollte zwischen 1/2 und 2/3 der Schauglashöhe liegen. Bei zu geringem Ölstand kann sich kein vollständiger Schmierfilm auf den Zahnflanken bilden; für eine hydrodynamische Schmierung ist eine Schmierfilmdicke von mindestens 1 µm erforderlich. Kelude Schwerindustrie empfiehlt, den Ölstand alle 500 Betriebsstunden zu prüfen und das Getriebeöl alle 2.000 Stunden oder alle 6 Monate zu wechseln, je nachdem, was zuerst eintritt.

Prüfung des Ölzustands: Eine Ölprobe wird drei Schnelltests unterzogen. Die Viskositätsmessung erfolgt mit einem tragbaren Viskosimeter; die kinematische Viskosität bei 40 °C sollte im Bereich ISO VG 220 bis VG 460 liegen (je nach Getriebetyp). Bei einem Viskositätsabfall von mehr als 15 % ist ein Ölwechsel erforderlich. Die Feuchtigkeitsprüfung erfolgt nach Karl-Fischer oder per Knisterprobe; der Wassergehalt sollte unter 500 ppm liegen, da ein Überschreiten die Festigkeit des Schmierfilms verringert und zu Mikrogrübchen an den Zahnflanken führt. In der Eisen- und Spektralanalyse gilt: Bei einem Eisengehalt über 200 ppm oder einem Siliziumgehalt (Staubverschmutzung) über 50 ppm ist das Öl zu wechseln und die Dichtungen sind zu prüfen.

Auswahl der Ölsorte: Gemäß den Umgebungstemperaturanforderungen nach ISO 4306 wird bei Umgebungstemperaturen von −10 °C bis +35 °C ein mittelschweres Industriegetriebeöl N320 (L-CKC 320) eingesetzt; bei Temperaturen unter −10 °C ein niedrigviskoses Getriebeöl N220; bei Temperaturen über +35 °C oder schwerer Last (Triebwerksgruppe A6 bis A8) ein hochviskoses Getriebeöl N460. Die Getriebe von Kelude Schwerindustrie werden ab Werk mit N320-Getriebeöl befüllt; für Sonderbedingungen sind kundenspezifische Schmierstofflösungen erhältlich.

Niederfrequente Vibrationen durch Gehäuseresonanz und lose Ankerbolzen am Kran-Getriebe beheben

Getriebegehäuse-Resonanz und lockere Ankerbolzen verursachen niederfrequente Strukturschwingungen, typischerweise im Bereich von 10–50 Hz, die sich deutlich von der Zahneingriffsfrequenz und den charakteristischen Lagerfrequenzen unterscheiden. Obwohl diese Schwingungen nicht so schädigend sind wie Zahnrad- oder Lagerfehler, beschleunigen sie auf Dauer die Ermüdungsbrüche der Ankerbolzen und den Verschleiß der Montageflächen am Gehäuse.

Beurteilung der Gehäuseresonanz: Die Eigenfrequenzen des Getriebegehäuses werden im Hammer-Test ermittelt. Bei abgeschaltetem Motor wird das Gehäuse mit einem Gummihammer angeschlagen, während ein Beschleunigungssensor das Antwortspektrum erfasst, um die ersten drei Eigenfrequenzen zu bestimmen. Liegt die Differenz zwischen einer dieser Eigenfrequenzen und der Zahneingriffsfrequenz bzw. deren 2. Harmonischen innerhalb von ±10 %, besteht Resonanzgefahr. Abhilfemaßnahmen umfassen: Anbringen von Versteifungsrippen auf der Gehäuseoberfläche zur Erhöhung der lokalen Steifigkeit, Anpassung der Ankerbolzen-Steifigkeit zur Verschiebung der Eigenfrequenz aus dem Anregungsbereich, oder Änderung der Motordrehzahl über den Frequenzumrichter, um die Anregungsfrequenz zu verschieben.

Erkennung loser Ankerbolzen: Die Ankerbolzen werden einzeln mit einem Drehmomentschlüssel geprüft. Die Standard-Anzugsmomente betragen für M16-Schrauben 210–250 Nm, für M20-Schrauben 410–490 Nm und für M24-Schrauben 710–860 Nm (Festigkeitsklasse 8.8). Unterschreitet das Drehmoment eines Bolzens 70 % des Normwerts, müssen alle Bolzen gelöst und anschließend über Kreuz in zwei Stufen neu angezogen werden. Lose Ankerbolzen äußern sich im Schwingungsspektrum durch einen plötzlichen, instabilen Anstieg der 1X-Drehfrequenz-Amplitude; nach einem Neustart kann die Schwingungsamplitude vorübergehend wieder normal erscheinen.

Empfehlung von Kelude Schwerindustrie: Beim Aufstellen des Getriebes sind zwischen Fuß und Fundament Edelstahl-Unterlegscheiben mit 0,5–2 mm Dicke zu verwenden, um eine Kontaktfläche von mindestens 80 % zwischen Gehäuseunterseite und Fundament sicherzustellen. Nach der Montage werden Markierungslinien an Schraubenkopf, Mutter und Flanschfläche angebracht. Bei der täglichen Inspektion lässt sich eine Lockerung der Schrauben durch Versatz dieser Markierungen schnell erkennen.

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