Spurkranzverschleiß & Spurweitenabweichung am Brückenkran beheben
Spurkranzreiben am Brückenkran bezeichnet den erzwungenen Kontakt bzw. die Pressung zwischen Spurkranz und Schienenflanke, der zu beschleunigtem Verschleiß des Spurkranzes, blanken Schienenflanken und im Extremfall zur Entgleisung führt. Eine Auswertung von 120 Wartungseinsätzen zeigt folgende Ursachenverteilung: Schienenmontagegenauigkeit 35 %, Radprobleme 30 %, Strukturverformung 20 %, Antriebssystem 10 % und Fundamentsetzung 5 %. Der Schweregrad des Spurkranzreibens wird anhand des monatlichen Spurkranzverschleißes in drei Stufen eingeteilt: leicht (< 0,5 mm), mittel (0,5–2,0 mm) und schwer (> 2,0 mm). Die systematische Diagnose umfasst sechs Prüfbereiche: Geradheit der Schiene, Spurweitenabweichung, Raddurchmesserdifferenz, Diagonalabweichung, seitliche Durchbiegung des Hauptträgers und Fundamentsetzung.
Spurkranzreiben: Ursachen, Folgen und Schadensbilder
| Vergleichsmerkmal | einseitig Spurkranzreiben | wechselseitig Spurkranzreiben | periodisch Spurkranzreiben |
|---|---|---|---|
| Verschleiß Merkmal | Spurkranzeinseitig anhaltend Verschleiß | Spurkranzbeidseitig wechselnder Glanzschliff | Abstand Verschleiß Teilung=Radumfang |
| Anteil | ca.45% | ca.30% | ca.15% |
| typisch Verschleiß Geschwindigkeit | Spurkranz2~5mm/Monat | Spurkranz1~3mm/Monat | Spurkranz1~2mm/Monat |
| Hauptursache | Schiene Geradheit Abweichung/Radschrägstellung | Diagonaldifferenz außerhalb der Toleranz/Spannweitenabweichung | Radlauffläche Rundheit Abweichung>0.3mm |
| Diagnose Methode | Messschiebereinseitige Messung Spurkranz | Messung der Diagonaldifferenz und Spannweite | Messuhrmessen Lauffläche Rundlaufabweichung |
| Einstellung Strategie | Korrektur Schienenjustierung Radschrägstellung | Einstellung Diagonalkorrektur Spannweite | Radbearbeitung oder Austausch |
| Betrieb Strom Abweichung | 10%~20% | 15%~25% | 5%~15% |
Schienensystem-Inspektion bei Krananlagen
Ungenauigkeiten bei der Schienenmontage sind die häufigste Ursache für Schienennagen des Krans und verantwortlich für 35 % bis 40 % aller Fälle. Die Inspektion sollte systematisch entlang von vier Dimensionen erfolgen: Geradheit der Schiene, Spurweitenabweichung, Zustand der Schienenstöße sowie Abweichungen der Höhenkote im Fahrbereich. Die zulässige Abweichung der Schienenmittellinie von der Bezugslinie beträgt gemäß DIN 15018 ±3 mm/40 m. Bei Überschreitung der Geradheitstoleranz entstehen an den Knickpunkten der Schiene seitliche Stoßkräfte auf die Räder. Messmethode: Entlang der gesamten Schienenlänge wird alle 2 m ein Messpunkt gesetzt; die seitliche Abweichung wird mit einem Stahlmaßband oder Tachymeter erfasst.
Die Spurweitenabweichung ist das zweithäufigste Schienenproblem. Eine Diskrepanz zwischen der Spannweite des Brückenkrans und der tatsächlichen Schienenspurweite erzeugt seitliche Schubkräfte, wodurch der Spurkranz dauerhaft an der Schienenflanke anliegt. Bei Spannweiten bis 30 m beträgt die zulässige Spurweitenabweichung ±5 mm, bei Spannweiten über 30 m ±8 mm. Wichtig ist die Richtungsabhängigkeit der Abweichung: Bei einer Einwärtsverjüngung der Schienen wird das Laufrad der Kranbrücke eingeklemmt; bei einer Auswärtsvergrößerung vergrößert sich das Spurkranzspiel, jedoch verstärkt sich das Pendeln der Kranbrücke. Detaillierte Hinweise zur Fundamentauslegung und Montagetoleranz der Kranbahn finden Sie im Fachartikel Kranbahnträger: Grundlagen, Bemessung und Montage.
Auch unsachgemäß ausgeführte Schienenstöße begünstigen Schienennagen. Bei einem Höhenversatz von mehr als 1 mm oder einem horizontalen Versatz von mehr als 1 mm erzeugt jedes Rad beim Überfahren des Stoßes einen seitlichen Stoß. Nahtlos verschweißte Schienenverbindungen (Aluminothermisches Schweißen) eliminieren diese Stoßimpulse vollständig. Die temperaturbedingte Längenänderung der Schiene berechnet sich nach ΔL = α × L × ΔT (α = 1,2 × 10⁻⁵/°C). Bei einer Schienenlänge von 25 m und einem Temperaturunterschied von 40 °C beträgt die Längenänderung etwa 12 mm; das Stoßspiel sollte daher 10 bis 15 mm betragen.
Prüfung der Laufräder der Kranbrücke
Die Räder sind die zweithäufigste Ursache für Schienennagen und verantwortlich für 25 % bis 30 % der Fälle. Die zentralen Prüfpunkte umfassen fünf Kennwerte: Durchmesserdifferenz der Radlaufflächen, Abweichung der Spurkranzdicke, Rundheit der Lauffläche, horizontale Schiefstellung sowie vertikale Schiefstellung. Übersteigt die Durchmesserdifferenz der Laufflächen eines Radpaares an derselben Achse 0,5 mm, entsteht eine Differenz der Fahrgeschwindigkeiten beider Seiten; die Kranbrücke neigt sich zur Seite mit dem kleineren Raddurchmesser. Eine Rundheitsabweichung (Ovalität) der Radlauffläche von mehr als 0,3 mm führt zu periodischem Schienennagen, wobei der Verschleißabstand exakt dem Radumfang entspricht – ein sehr charakteristisches Merkmal.
Eine horizontale Schiefstellung der Räder von mehr als L/1000 (L = Spurweite) erzeugt eine seitliche Kraftkomponente zwischen Rad und Schiene und ist eine häufige Ursache für einseitiges Schienennagen. Eine vertikale Schiefstellung von mehr als L/1000 reduziert die Kontaktfläche zwischen Radlauffläche und Schienenkopf um über 50 %. Eine Diagonalabweichung von mehr als 5 mm oder eine Spannweitenabweichung der vier Räder von mehr als ±5 mm führt zu wechselseitigem Schienennagen. Detaillierte Anleitungen zur Korrektur von Radschiefstellung und Spannweitenabweichung finden Sie im Fachartikel Kranbrücke: Spurweiten- und Spannweitenkorrektur – Toleranzen, Diagonalvermessung und Radjustierung.
Kontrolle auf Strukturverformungen
Durch Strukturverformungen verursachtes Schienennagen macht 15 % bis 20 % der Fälle aus. Die zulässige seitliche Durchbiegung des Hauptträgers (Horizontalbiegung) beträgt gemäß FEM 1.001 S/2000, maximal jedoch 20 mm. Eine Verwindung des Kopfträgers führt zum Verlust der Parallelität der beiden Räder auf derselben Seite. Zur Korrektur einer Kopfträgerverwindung stehen zwei Verfahren zur Verfügung: das Flammrichtverfahren (lokales Erwärmen auf 600 bis 800 °C mit anschließender Natürlicher Kühlung) sowie das Verfahren mit vorgespannten Zugstangen (Aufschweißen von Zugstangen an der Innenseite des Kopfträgers zur Aufbringung einer gegengerichteten Vorspannung).
Ungleichmäßige Setzungen des Fundaments sind für 5 % bis 10 % des Schienenagens verantwortlich und äußern sich typischerweise als saisonal auftretendes Schienennagen. Prüfmethode: An beiden Schienenenden und in Feldmitte werden permanente Setzungsmesspunkte eingerichtet; die Höhenkote wird vierteljährlich mit einem Nivelliergerät erfasst. Überschreitet die differentielle Setzungsrate über sechs aufeinanderfolgende Monate 2 mm/Monat, ist eine Fundamentverstärkung erforderlich (Injektionsvergütung oder Pfahlgründung).
Ausrichtung und Korrekturmaßnahmen bei Schienennagen
Die Schienenjustierung hat stets Vorrang vor der Radeinstellung. Die Korrektur der Schienengeradheit erfolgt abschnittsweise mit einer Schraubenwinde in Verbindung mit einem Theodolit. Die horizontale Schiefstellung der Räder wird durch Unterlegscheiben zwischen dem Winkel-Lagergehäuse und dem Kopfträger korrigiert. Nach der Justierung müssen die Diagonalabweichung und die Spannweitenabweichung erneut gemessen werden – eine Spannweitenabweichung der vier Räder von nicht mehr als ±5 mm und eine Diagonalabweichung von nicht mehr als 5 mm gelten als Zulässigkeitskriterien.
Bei schwerwiegenden Strukturverformungen muss der Hauptträger zur Korrektur demontiert werden. Das Flammrichtverfahren eignet sich für Hauptträger aus Q235B (≈S235JR) und Q345B (≈S355J2); die Heiztemperaturregelung erfolgt im Bereich von 600 bis 800 °C. Das Verfahren mit vorgespannten Zugstangen wird zur Korrektur von Kopfträgerverwindungen eingesetzt; der Zugstangendurchmesser beträgt in der Regel 20 bis 30 mm, die aufzubringende Vorspannung liegt bei 60 % bis 70 % der Streckgrenze des Zugstangenmaterials.
Vorbeugung und Instandhaltungsmanagement
Der Kern der Vorbeugung von Schienennagen liegt in einem systematischen Überwachungsprogramm für Schiene und Räder. Prüfintervalle für Geradheit und Spurweite der Schiene: bei schwerer Arbeitsweise (A6 und darüber) alle 3 Monate, bei mittlerer Arbeitsweise (A4 bis A5) alle 6 Monate, bei leichter Arbeitsweise (A3 und darunter) einmal jährlich. Bei der Radwartung stehen drei Kennwerte im Fokus: Spurkranzdicke, Laufflächendurchmesser und Lagerluft. Ist die Spurkranzdicke auf 60 % des ursprünglichen Maßes abgenutzt, ist ein Austausch zwingend erforderlich.
Das Bedienpersonal sollte vor jedem Schichtbeginn die Schienenoberfläche visuell auf Metallabrieb prüfen und während des Betriebs auf Ungewöhnliches Geräusch achten. Die Dokumentation aller Schienennagen-Fälle in einem Störungsarchiv bildet die Grundlage für einen Wissensdatenbank-Ansatz. Kelude Schwerindustrie wendet diese Prüf- und Dokumentationsverfahren bei Inbetriebnahmen und im After-Sales-Service konsequent an und reduziert dadurch die ungeplante Stillstandszeit durch Schienennagen auf unter 2 %.
Häufige Fragen (FAQ)
F: Wie erkenne ich Schienennagen am zuverlässigsten?
A: Drei Anzeichen sind besonders aussagekräftig: Erstens ein polierter, glänzender Streifen an der Spurkranzflanke, zweitens ein regelmäßiges, metallisches Quietschen während der Fahrt, drittens ein erhöhter Stromverbrauch – gemessen mit einer Stromzange an allen drei Phasen; eine Abweichung von mehr als 10 % zwischen den Phasen gilt als abnormal.
F: Soll zuerst die Schiene oder das Rad justiert werden?
A: Die Reihenfolge ist verbindlich: zuerst die Schiene, dann das Rad. Gemäß DIN 15018 wird zunächst die Schiene in den zulässigen Toleranzbereich gebracht (Geradheit ±3 mm/40 m, Spurweite ±5 mm). Erst danach werden Spannweite und Diagonalmaß der Räder gemessen und gegebenenfalls korrigiert.
F: Ab welchem Schweregrad muss der Kran sofort stillgesetzt werden?
A: Bei einem der folgenden Kriterien ist der Betrieb sofort zu stoppen: monatlicher Spurkranzverschleiß über 2 mm, Stromabweichung über 25 %, Verschleißrate an der Schienenflanke über 1 mm/Monat oder starkes metallisches Quietschen im Fahrbetrieb. Diese Werte weisen gemäß FEM 1.001 auf eine unmittelbare Entgleisungsgefahr hin.
F: Wie oft sollte die tägliche Prüfung zur Vorbeugung von Schienennagen durchgeführt werden?
A: Die Sichtprüfung der Schienenoberfläche und die akustische Kontrolle während des Betriebs sind täglich vor Schichtbeginn durchzuführen. Die messtechnische Prüfung von Geradheit und Spurweite erfolgt je nach Arbeitsweise in Intervallen von 3 Monaten (schwere Arbeitsweise), 6 Monaten (mittlere Arbeitsweise) bzw. 12 Monaten (leichte Arbeitsweise).
A: Bei schwerer Arbeitsweise (A6 und darüber) ist eine Erkennung alle 3 Monate erforderlich, bei mittlerer Arbeitsweise (A4 bis A5) alle 6 Monate und bei leichter Arbeitsweise (A3 und darunter) einmal jährlich. Das Bedienpersonal sollte täglich vor Inbetriebnahme die Schienenoberfläche visuell auf Metallspäne prüfen. Die Erkennung erfolgt gemäß den einschlägigen Bestimmungen der Normen DIN 15018 und FEM 1.001.
