Warum die Schraubenvorspannung die Lebensdauer bestimmt
Der Drehkranz ist über zwei Schraubenkreise mit dem Oberwagen und dem Unterwagen verbunden. Über diese Schrauben laufen alle Kräfte des Baggers: Axialkräfte aus dem Eigengewicht, Radialkräfte und vor allem die Kippmomente, die beim Graben, Heben und Schwenken entstehen. Entscheidend ist dabei nicht das Anzugsmoment selbst, sondern die Vorspannkraft, die es in der Schraube erzeugt. Sie presst den Lagerring so fest auf die Anschlusskonstruktion, dass sich die Trennfuge auch unter maximaler Last nicht öffnet.
Reicht die Vorspannung nicht aus, hebt der Ring unter Kippmoment stellenweise ab. Die Schraube bekommt dann bei jedem Arbeitsspiel eine wechselnde Zusatzlast, und genau diese Wechselbelastung führt zu Dauerbrüchen. Zu hohe Vorspannung ist ebenso schädlich: Die Schraube wird über die Streckgrenze hinaus gedehnt, das Gewinde kann ausreißen, und die Bruchgefahr im Betrieb steigt.
Typische Folgen falscher Vorspannung:
- gelockerte oder gebrochene Schrauben, oft mehrere nebeneinander
- Reibkorrosion (Passungsrost) an den Auflageflächen
- Verformung des Lagerrings und ungleichmäßig belastete Laufbahn
- zunehmendes Kippspiel zwischen Ober- und Unterwagen
- Folgeschäden an Verzahnung und Ritzel des Schwenkantriebs
Schraubenklassen 10.9 und 12.9: nur nach Hersteller-Datenblatt
Für Drehkränze werden hochfeste Schrauben der Festigkeitsklassen 10.9 oder 12.9 nach ISO 898-1 verwendet. Welche Klasse, welcher Durchmesser und welche Länge zulässig sind, legt der Hersteller der Maschine oder des Drehkranzes fest. Eine höhere Klasse als vorgeschrieben ist kein automatischer Gewinn, denn das Anzugsmoment ist auf die vorgesehene Schraube abgestimmt.
| Merkmal | Klasse 10.9 | Klasse 12.9 |
|---|---|---|
| Nennzugfestigkeit | 1.000 MPa | 1.200 MPa |
| Streckgrenzenverhältnis | 0,9 (Nennstreckgrenze 900 MPa) | 0,9 (Nennstreckgrenze 1.080 MPa) |
| Kennzeichnung am Kopf | 10.9 | 12.9 |
| Passende Mutter | Festigkeitsklasse 10 | Festigkeitsklasse 12 |
| Empfindlichkeit gegen Wasserstoffversprödung | vorhanden | höher, besonders bei galvanischen Beschichtungen |
| Einsatz | nur wenn vom Hersteller vorgeschrieben | nur wenn vom Hersteller vorgeschrieben |
Zur Schraube gehören vergütete Unterlegscheiben, sofern der Hersteller sie vorsieht. Federringe, Zahnscheiben oder weiche Scheiben haben in einer Drehkranzverbindung nichts zu suchen, weil sie sich setzen und die Vorspannung abbauen.
Welche Schrauben mit wie viel Nm anziehen?
Einen allgemeingültigen Nm-Wert gibt es nicht. Bei gleichem Anzugsmoment hängt die erreichte Vorspannung stark von der Reibung im Gewinde und unter dem Kopf ab: Eine trockene, eine geölte und eine mit MoS2-Paste behandelte Schraube erreichen sehr unterschiedliche Vorspannkräfte. Das Datenblatt nennt deshalb immer das Anzugsmoment zusammen mit dem Schmierzustand und oft auch das Verfahren, etwa Drehmomentschlüssel oder hydraulisches Spannzylinderverfahren. Den verbindlichen Wert finden Sie im Servicehandbuch der Maschine oder im Datenblatt des Drehkranzes. Allgemeine Schraubentabellen aus dem Internet sollten Sie nicht übernehmen.
Anzugsreihenfolge: kreuzweise und im Stufenanzug
Werden die Schrauben der Reihe nach rundherum angezogen, zieht sich der Ring einseitig auf die Anschlussfläche. Das verspannt den Lagerring und verteilt die Vorspannung ungleichmäßig. Deshalb wird kreuzweise und in mehreren Stufen angezogen. Der grundsätzliche Ablauf:
- Sichern: Maschine auf festem, ebenem Untergrund abstellen, Arbeitsausrüstung ablegen, Motor abstellen, Hydraulik drucklos machen und gegen Wiedereinschalten sichern. Den Oberwagen mit geeignetem Hebezeug sichern.
- Vorbereiten: Auflageflächen sauber, trocken, frei von Farbe, Grat und Fett. Gewinde in der Anschlusskonstruktion prüfen. Schrauben im vorgeschriebenen Schmierzustand vorbereiten.
- Anlegen: Alle Schrauben von Hand eindrehen, bis Kopf und Scheibe anliegen.
- Erste Stufe: Mit einem Teil des Endmoments kreuzweise anziehen: zuerst zwei gegenüberliegende Schrauben, dann die beiden um 90 Grad versetzten, danach sternförmig die dazwischenliegenden.
- Weitere Stufen: In derselben Reihenfolge auf das nächsthöhere Moment und zuletzt auf das Endmoment anziehen. Anzahl und Höhe der Stufen nennt das Handbuch.
- Kontrollrunde: Abschließend alle Schrauben der Reihe nach mit dem Endmoment kontrollieren, mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel.
- Prüfen: Leichtgängigkeit des Drehkranzes über eine volle Umdrehung prüfen und das Zahnflankenspiel zum Ritzel kontrollieren.
Der Ablauf gilt für beide Schraubenkreise. Wie der Wechsel insgesamt abläuft, lesen Sie im Ratgeber Drehkranz beim Bagger wechseln.
Weicher Punkt der Laufbahn: Härtemarkierung beachten
Die Laufbahnen eines Drehkranzes werden meist induktiv gehärtet. Wo die Härtezone beginnt und endet, bleibt ein schmaler, nicht voll gehärteter Bereich: der sogenannte weiche Punkt oder Härteschlupf. Er ist am Ring markiert, häufig mit einem eingeschlagenen Buchstaben wie "S" oder durch die Lage des Füllstopfens.
Diesen Bereich sollten Sie beim Einbau so positionieren, wie es der Hersteller vorgibt, in der Regel in einer Zone geringer Belastung, oft etwa 90 Grad versetzt zur Hauptlastrichtung des Auslegers. Liegt der weiche Punkt in der Hauptlastzone, verschleißt die Laufbahn dort schneller. Manche Hersteller markieren zusätzlich die Stelle des größten Rundlaufs an der Verzahnung, an der das Zahnflankenspiel zum Ritzel eingestellt wird. Markieren Sie sich die Lage am alten Drehkranz vor dem Ausbau.
Neue Schrauben oder wiederverwenden?
Drehkranzschrauben werden bis nahe an die Streckgrenze vorgespannt. Viele Drehkranz- und Maschinenhersteller schreiben deshalb vor, beim Ausbau neue Schrauben, Muttern und Scheiben zu verwenden. Eine bereits gedehnte Schraube erreicht beim erneuten Anziehen nicht mehr zuverlässig die nötige Vorspannung, auch wenn der Drehmomentschlüssel auslöst. Maßgeblich ist die Vorgabe im Handbuch.
In jedem Fall gehören Schrauben ausgetauscht, wenn:
- eine oder mehrere Schrauben gebrochen oder lose waren, dann den gesamten Schraubenkreis, nicht nur die betroffene Schraube
- Gewinde beschädigt, angerostet oder verformt ist
- die Schraube sichtbar gelängt ist oder sich die Mutter schwergängig dreht
- die Festigkeitsklasse nicht mehr lesbar ist
- die Schrauben mit unbekanntem Moment oder Schmiermittel angezogen wurden
Eine gebrochene Schraube ist meist ein Hinweis, dass die Nachbarschrauben ebenfalls überlastet waren. Klären Sie zusätzlich die Ursache, etwa unzureichende Vorspannung, unebene Auflageflächen oder falsche Schrauben.
Nachziehen nach den ersten Betriebsstunden
Nach dem Einbau setzen sich die Oberflächen unter Kopf, Scheibe und Ring geringfügig. Diese Setzverluste reduzieren die Vorspannung. Viele Hersteller schreiben deshalb eine Kontrolle nach den ersten Betriebsstunden vor und danach in regelmäßigen Abständen. Das Intervall und das Prüfmoment stehen im Servicehandbuch.
Geprüft wird mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel in der vorgeschriebenen Reihenfolge, bei abgestellter, gesicherter Maschine. Lässt sich eine Schraube deutlich weiterdrehen, war sie nicht ausreichend vorgespannt. Dann genügt einfaches Nachziehen nicht: Die Ursache muss geklärt werden, und je nach Vorgabe werden die Schrauben erneuert. Halten Sie Datum, Betriebsstunden und Befund schriftlich fest.
Checkliste für den Einbau des Drehkranzes
- Maschine gesichert, Hydraulik drucklos, Oberwagen mit Hebezeug gesichert
- Servicehandbuch oder Drehkranz-Datenblatt mit Anzugsmoment, Schmierzustand und Reihenfolge liegt vor
- Auflageflächen sauber, eben und auf Planabweichung geprüft
- neue Schrauben, Muttern und Scheiben in vorgeschriebener Klasse und Länge
- weicher Punkt und Verzahnungsmarkierung nach Vorgabe ausgerichtet
- Drehmomentschlüssel kalibriert und für den Momentbereich geeignet
- kreuzweise im Stufenanzug angezogen, Kontrollrunde durchgeführt
- Leichtgängigkeit und Zahnflankenspiel geprüft, Drehkranz abgeschmiert
- Termin zum Nachziehen nach den ersten Betriebsstunden eingetragen
Für den Einbau empfehlen wir eine Fachwerkstatt mit passendem Hebezeug und Werkzeug.
Den passenden Drehkranz und die richtigen Schrauben finden
Drehkränze unterscheiden sich in Durchmesser, Lochbild, Bohrungsdurchmesser und Verzahnung, oft schon innerhalb einer Baureihe. Damit wir den passenden Drehkranz zuordnen können, schicken Sie uns:
- Hersteller und Modell der Maschine
- Seriennummer der Maschine
- Teilenummer des Drehkranzes, falls vorhanden
- ein Foto des Typenschilds der Maschine
- Fotos des alten Drehkranzes, gern mit Maßen
Wo Teile- und Seriennummer zu finden sind, zeigt der Ratgeber Teilenummer finden. Geben Sie in Ihrer Anfrage an, ob Sie auch Schrauben benötigen, dann klären wir, was wir dazu anbieten können. Am schnellsten geht es über Teil anfragen.
Mehr dazu: Drehkränze
