Hubwerk und Radblock Konstruktion: Trommelgruppe & Rollenblock

Das Hubwerk (Hoisting Mechanism) ist das zentrale Ausführungssystem des Brückenkrans für die Lastaufnahme und den Lasttransport. Es besteht aus Trommelbaugruppe, Seilrollenblock, Getriebe und Bremse. Der Radblock bildet die tragende Basis für die Verfahrfunktion des Brückenkrans. Dieser Beitrag erläutert systematisch die Berechnung des Trommeldurchmessers und die Wanddickenprüfung, die Auswahl der Rollen und die Verschleißkriterien, die Werkstoffauswahl und die Wärmebehandlung der Räder – jeweils auf Basis der Norm DIN 15018 – und liefert vollständige Auslegungsparameter und technische Daten.

Auslegung der Trommelgruppe

Die Trommel ist das zentrale rotierende Bauteil im Hubwerk, das das Drahtseil aufnimmt und die Antriebskraft überträgt. Der Trommeldurchmesser wird nach der Formel D ≥ (h₁×h₂)×d gemäß DIN 15018 berechnet. Dabei ist h₁ der Koeffizient in Abhängigkeit von der Triebwerksgruppe (A5: 16, A7: 20), h₂ der Koeffizient in Abhängigkeit von der Drahtseilkonstruktion (bei Kreuzschlag: 1,0) und d der Drahtseildurchmesser. Ein größerer Trommeldurchmesser reduziert die Biegespannung im Drahtseil und verlängert dessen Lebensdauer, erhöht jedoch gleichzeitig Abmessungen und Gewicht der Trommel. In der Praxis wird daher der kleinste zulässige Wert gewählt, der die Koeffizienten erfüllt, um das Eigengewicht des Brückenkrans zu minimieren.

Triebwerksgruppe	h₁Koeffizient	Empfehlung D/d Verhältnis
A3~A4(Leichte Reihe)	14	≥14×d
A5(Mittlere Reihe)	16	≥16×d
A6(Schwere Reihe)	18	≥18×d
A7~A8(Schwerste Reihe)	20	≥20×d

Drahtseildurchmesser (mm) A5Trommeldurchmesser A7Trommeldurchmesser Gusseisen-Wanddicke Stahlguss-Wanddickedstärke (mm)
6 – 8	8 – 10
10 – 12	10 – 12
14 – 16	12 – 14
18 – 20	14 – 16
22 – 24	16 – 18
26 – 28	18 – 20
30 – 32	20 – 22

Die folgende Übersicht bietet eine schnelle Auswahlhilfe für Trommeln basierend auf dem jeweiligen Drahtseildurchmesser, inklusive empfohlener Wandstärke:

Drahtseildurchmesser	A5Trommeldurchmesser	A7Trommeldurchmesser	Gusseisen-Wanddicke	Stahlguss Gusseisen-Wanddicke
∅14mm	∅224mm	∅280mm	16mm	12mm
∅18mm	∅280mm	∅355mm	18mm	14mm
∅22mm	∅355mm	∅450mm	22mm	16mm
∅28mm	∅450mm	∅560mm	28mm	20mm
∅32mm	∅500mm	∅630mm	32mm	24mm
∅36mm	∅560mm	∅710mm	36mm	26mm

Die Festigkeitsnachrechnung der Trommel erfolgt primär über die Wandpressung als maßgeblichen Kennwert. Am Beispiel eines Brückenkrans mit 50 t Tragfähigkeit (Drahtseil ∅28 mm, Trommel ∅560 mm, Wanddicke 20 mm, Werkstoff Stahlguss ZG270-500, maximale Seilzugkraft 130 kN) ergibt sich eine Wandpressung von ca. 92,5 MPa. Die zulässige Spannung beträgt 125 MPa (Sicherheitsfaktor 4), was einer Sicherheitsreserve von 26 % entspricht. Die Parameter der Seilrille richten sich nach Norm DIN 15018: Rillenradius R = (0,53 – 0,56) × d, Rillentiefe h ≥ 0,35 × d, Teilung s = d + (2 – 4) mm.

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Seilrollenblock – Auslegung und Werkstoffauswahl

Der Seilrollendurchmesser D_Rolle wird nach der Formel D_Rolle ≥ (h₃ × h₂) × d bestimmt. Der Koeffizient h₃ beträgt: für die Klassen A3 bis A4 den Wert 16, für Klasse A5 den Wert 18, für Klasse A6 den Wert 20 und für die Klassen A7 bis A8 den Wert 22,4. Schnellauswahlbeispiele: ∅14 mm Seil mit ∅280 mm Rolle (Klasse A5), ∅28 mm Seil mit ∅560 mm Rolle, ∅32 mm Seil mit ∅630 mm Rolle.

Werkstoffempfehlung für Rollen: Bis zur Klasse A5 wird Grauguss HT200 eingesetzt (kostengünstig), ab Klasse A6 kommt Stahlguss ZG270-500 zur Anwendung (hohe Festigkeit, Schlagfestigkeit). Für schnelllaufende Brückenkrane bieten sich gewalzte Stahlrollen in Leichtbauweise an. Als Seilrollenlager werden Pendelrollenlager empfohlen, die dank ihrer selbstausrichtenden Funktion Schräglasten aufnehmen können. Die Schmierintervalle betragen einmal monatlich, die Lebensdauer liegt bei 5.000 – 10.000 h. Verschleißkriterien für die Seilrille der Rolle: Bei einer Abnutzung des Rillenradius um mehr als 20 % des Originalmaßes oder einem Wandverschleiß von über 20 % ist ein Austausch erforderlich. Überschreitet der Rundlauffehler der Seilrille 1 mm, kann eine Reparatur durch Drehen erfolgen.

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Radblock – Konstruktion und Werkstoffe

Der Radblock eines Brückenkrans besteht aus dem Laufrad, dem Schrägkugellagergehäuse und der Radachse. Die Werkstoffwahl der Räder beeinflusst direkt die Tragfähigkeit und die Lebensdauer. Die Wärmebehandlung ist der entscheidende Faktor für die Verschleißfestigkeit der Räder.

Bauteil	Empfohlener Werkstoff	Wärmebehandlung Verfahren	Härte Anforderung	Einsatzhärtungstiefe
Radlauffläche	ZG50Mn2/ZG50MnMo	Oberflächenhärten(Mittelfrequenz/Flamme)	HB 350~450	10~20mm
Spurkranz	ZG50Mn2/ZG50MnMo	Oberflächenhärten	HB 300~380	8~15mm
Zahnrad Zahnflanke	40Cr/42CrMo	Zahnflanke Abschrecken/Einsatzhärten	HRC 50~58	1~2mm
Zahnrad Kern	40Cr/42CrMo	Vergüten	HB 250~300	Durchgehend
Trommel	ZG270-500	Normalglühen+Anlassen	HB 160~220	Durchgehend
Rolle	HT200/ZG270-500	Spannungsarmglühen Glühen	—	—

Die Radlaufflächen werden mittels Mittelfrequenz-Oberflächenhärten auf eine Härte von HB 350–450 gebracht, mit einer Einsatzhärtetiefe von 10–20 mm. Dadurch wird die Flächenpressung zwischen Rad und Schiene sicher aufgenommen. Die Spurkränze werden auf HB 300–380 gehärtet – bewusst etwas weicher als die Lauffläche, um das Risiko von Rissbildung unter Verschleiß zu minimieren. Die Zahnflanken der Getriebe werden einsatzgehärtet auf HRC 50–58, während der Kern auf HB 250–300 vergütet wird, um die erforderliche Zähigkeit zu gewährleisten. Für die Verschleißprüfung der Räder kann auf die Erfahrungen aus der Online-Drahtseilprüfung von Brückenkranen zurückgegriffen werden (siehe Kranseil-Prüftechnik).

Bremssysteme im Hubwerk: Sicherheitsanforderungen und Auslegung

Die Sicherheitsbremsung des Hubwerks ist nach Norm DIN 15018 eine verbindliche Anforderung. Das Hubwerk muss über zwei unabhängige Bremsen verfügen – eine an der Schnelllaufwelle (Motorwellenseite) und eine an der langsamen Welle (Trommelseite). Die Bremse an der Schnelllaufwelle übernimmt die normale Betriebsbremsung, während die Sicherheitsbremse an der langsamen Welle für Notfälle und als zweite Sicherheitsbarriere gegen Lastabsturz dient. Für Hubwerke der Triebwerksgruppe A6 und höher wird der Einsatz von Hydraulik-Hubwerkbremsen empfohlen, deren Bremsmoment auf das 1,5-fache der Nennlast ausgelegt ist.

Die regelmäßige Prüfung und Wartung der Bremsen kann über die digitale Fernüberwachungsplattform für Brückenkrane in Echtzeit erfolgen (siehe Digitales Fernüberwachungskonzept für Brückenkrane). Durch die Erfassung von Parametern wie Schaltspielzahl, Bremszeit und Bremstemperatur lässt sich eine prädiktive Wartung realisieren.

Kelude Schwerindustrie: Komponenten für Brückenkrane aus einer Hand

Kelude Schwerindustrie liefert das vollständige Sortiment an mechanischen Kranbauteilen: Trommelgruppen (geschweißte Seiltrommeln aus HT200, ZG270-500 oder Q345B), Rollenblöcke (HT200, ZG270-500 oder gewalzte Stahlrollen), Radblöcke (ZG50Mn2/ZG50MnMo, oberflächengehärtet), Getriebe, Kupplungen und Bremsen. Alle Bauteile werden nach Norm DIN 15018 und GB/T 10051 gefertigt und mit vollständigem Festigkeitsnachweis sowie Wärmebehandlungsdokumentation geliefert. Kelude Schwerindustrie bietet kostenlose technische Beratung und Unterstützung bei der Komponentenauswahl an.

Häufige Fragen zur Kran-Komponentenauswahl