Zahnstange und Zahnrad für Baustellenaufzüge: Verschleißgrenzen, Spielmaße und der Absturztest

Ein Baustellenaufzug gehört zu den wenigen Maschinen, bei denen ein Zahnbruch am Zahnrad Menschenleben kostet. Diese einzige Tatsache verändert, wie Zahnstange und Zahnrad spezifiziert, inspiziert und ausgetauscht werden müssen, und sie erklärt, warum die Wartungswerte in diesem Artikel als absolute Abmessungen angegeben sind – im Gegensatz zu den prozentualen Verschleißgrenzwerten, die andernorts in der Leistungsübertragung üblich sind.

Wir liefern Zahnstangen und Zahnräder für diesen Bereich, und die Fragen, die wir von Aufzugsherstellern und Baustellenwartungsteams erhalten, lauten stets dieselben drei: Wann ist eine Zahnstange verschlissen, welches Spiel ist korrekt, und wie teilen sich Sicherheitseinrichtung und Antriebszahnrad die Last? Hier sind die Antworten mit den tatsächlichen Zahlen.

Was EN 12159 regelt

EN 12159 ist die europäische Norm für Baustellenhubwerke zum Transport von Personen und Material mit vertikal geführten Käfigen. Sie gilt für dauerhaft und vorübergehend installierte Hubwerke, die definierte Ebenen bedienen, mit Fahrer oder automatischer Steuerung, und umfasst Hubwerke, die auf Baustellen zum Transport von Personen und Gütern eingesetzt werden.

Die Norm ist kommerziell relevant, weil ein Hubwerk, das in den Europäischen Wirtschaftsraum (EWR) verkauft wird, dieser entsprechen muss. Dies wirkt sich auf Zulieferer von Komponenten aus: Zahnstangenmaterial, Zahnqualität und Rückverfolgbarkeit werden alle Teil der Maschinendokumentation.

In Nordamerika lautet die entsprechende Norm ANSI/ASSE A10.4, „Personnel Hoists and Employee Elevators on Construction and Demolition Sites“. Es handelt sich um ein anderes Dokument mit anderer Struktur. Zu beachten ist, dass ISO 16368, die in diesem Zusammenhang gelegentlich zitiert wird, tatsächlich mobile Hubarbeitsbühnen – nicht Mastkletterhubwerke – regelt. Beide Normen sind nicht austauschbar.

Der Antrieb: Modul 8 und mehrere Treibräder

Standard-SC-Klasse-Hubwerke laufen modul 8 zahnräder. Dies entspricht durchgängig der Originalausrüster-Dokumentation, auf die wir uns stützen – sowohl für die Antriebszahnradstifte als auch für das Sicherheitsvorrichtungs-Zahnrad.

Die Auslösegeschwindigkeit der Sicherheitsvorrichtung liegt etwa 30 bis 40 Prozent über der angegebenen Hubgeschwindigkeit.

Ein typischer SC200/200-Antrieb besteht aus zwei oder drei Einheiten aus Motor, Kupplung, Getriebe und Zahnrad, die alle mit demselben Zahnstangenprofil eingreifen; die Sicherheitsvorrichtung besitzt ihr eigenes Zahnrad auf einer separaten Welle. Die Motornennleistung ist in den Originalausrüster-Tabellen in der Form „16,5 kW × 2“ oder „24 kW × 3“ angegeben – dies zeigt unmittelbar an, wie viele Antriebseinheiten verbaut sind. Das Zahnrad der Sicherheitsvorrichtung hat 15 Zähne bei der gängigen SAJ30/SAJ40-Ausführung, obwohl auch Varianten mit 12 Zähnen existieren.

Zahnstangen werden abschnittsweise an jedem Mastabschnitt befestigt, sodass ein 100-Meter-Mast aus einer Stapelung miteinander verbundener Zahnstangenabschnitte besteht. Die Qualität dieser Verbindungen bestimmt, ob das Zahnrad ruhig über die Übergänge läuft oder bei jedem Spleiß hämmert.

Spielspiel: keine Präferenz, sondern eine Spezifikation

Genau hier beginnen die meisten Baustellenprobleme.

Die OEM-Anweisung ist eindeutig hinsichtlich der Folgen einer fehlerhaften Einstellung:

Ist das Spiel zu klein oder zu groß, führt dies zu Eingriffsstörungen, ungewöhnlichen Vibrationen und Geräuschen und kann sogar die Sicherheitsvorrichtung beschädigen.

Zu eng – und die Zähne interferieren, erwärmen sich und laufen an. Zu locker – und das Ritzel stößt bei jedem Zahnflankeneingriff statt eines rollenden Eingriffs; genau das erzeugt das hämmernde Geräusch, das man bei schlecht gewarteten Hubwerken hört, und beschleunigt den Verschleiß der Zahnstange.

Die Eingriffsgeometrie wird durch die Führungswalzen festgelegt, nicht durch die Zahnstangenbolzen. Sind die Walzen abgenutzt, sitzt das Ritzel in falschem Achsabstand, und keinerlei Nachstellung der Zahnstange behebt diesen Fehler. Daher umfassen die nachfolgenden Verschleißgrenzwerte auch die Walzen.

Verschleißgrenzwerte: die Zahlen, die tatsächlich den Austausch auslösen

Einsatzteams fragen üblicherweise nach einem Prozentsatz. Die OEM-Wartungsdaten funktionieren jedoch anders: Sie geben für jedes Merkmal absolute Abmessungen sowie eine Messmethode an.

Verschleißgrenzwert des Antriebsritzels, gemessen als gemeinsame Normallänge über zwei Zähne.

Antriebskolben , gemessen über zwei Zähne mit einem Gemeinnormalmikrometer:

Das ist 1,3 mm zulässiger Verschleiß, etwa 3,5 % der Neumaßangabe. Der Prozentsatz ergibt sich arithmetisch aus den beiden veröffentlichten Werten; das Handbuch selbst nennt ausschließlich die Millimeterwerte, und genau diese Millimeterwerte dienen als Messreferenz.

Gestell : gemessen mit einem 18-mm-Durchmesser-Standard-Rundstab und einer verschiebbaren Bremsscheibe. Der Prüfstift liegt im Zahnlücke, und die Messung erfolgt bis zu einem Bezugspunkt. Beachten Sie, dass es sich hierbei um eine Go/No-Go-Prüfung gegen einen Wert aus der OEM-Zeichnung für Ihren spezifischen Hebezeug handelt; entnehmen Sie daher die Grenzwerte stets Ihrer eigenen Maschinendokumentation und gehen Sie nicht von einem generischen Wert aus.

Schnecke (im Antriebsgetriebe):

Führungsrollen, säulen mit 76-mm-Abschnitt:

Bei Hochgeschwindigkeits- und frequenzgesteuerten Hebezeugen beträgt die Abmessung A neu 80 mm mit einer Untergrenze von 75 mm; B beträgt neu 78,5 mm mit einer Untergrenze von 76 mm. Bei Säulen mit einem Querschnitt von 89 mm beträgt A neu 78 mm mit einer Untergrenze von 73 mm.

Radialspiel der Sicherheitsvorrichtungswelle verfügt über einen eigenen Auslösemechanismus und wird am häufigsten übersprungen, da hierfür eine Halterung erforderlich ist. Befestigen Sie eine Messunterstützung etwa 1,0 mm oberhalb des Zahnrads, messen Sie den Abstand zur Zahnspitze, heben Sie das Zahnrad mithilfe eines Hebels – ohne es zu drehen – an und messen Sie erneut. Die Differenz entspricht dem Radialspiel.

Falls das Spiel größer als 0,6 mm ist, ersetzen Sie die Absturzsicherung.

Nicht justierbar. Ersetzen.

Die Sicherheitsvorrichtung und ihre Auslöseggeschwindigkeit

Die progressive Sicherheitsvorrichtung SAJ ist das Bauteil, das eine fallende Kabine stoppt. Sie wurde vom Shanghai-Forschungsinstitut für Bauwissenschaften entwickelt und 1989 durch das Ministerium für Bauwesen zugelassen; ihr Konstruktionskonzept gilt seitdem als Branchenstandard.

Mechanisch handelt es sich um ein Ritzel, das einen Fliehkraftmechanismus antreibt: exzentrische Massen, eine Schmetterlingsfeder, einen äußeren Kegel und eine innere konische Trommel. Oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl bewegen sich die Massen nach außen, der Kegel rückt vor, und die Vorrichtung bremst den Käfig gegen die Zahnstange ab, mit der dieser bereits im Eingriff steht.

Nennbremslasten nach Modell:

Die nützliche ingenieurtechnische Beziehung besteht zwischen der Nennhubgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit, bei der die Vorrichtung tatsächlich auslöst. Aus den OEM-Hubgerätespezifikationstabellen:

Daher liegt der Auslösepunkt etwa 30 bis 40 % über der Nenndrehzahl. Eine unabhängige Branchenquelle nennt als allgemeinen Bereich 1,2 bis 1,4 mal die Nenndrehzahl, was damit übereinstimmt.

Erfassungsstrecke, also die Strecke vom Zeitpunkt der Reaktion der Vorrichtung bis zum Stillstand der Kabine, ist angegeben als 0,15 bis 1,0 m in der OEM-Bedienungsanleitung. Ein Anbieter von Sicherheitsvorrichtungen nennt 0,3 bis 1,2 m – ohne freien Fall. In jedem Fall verhält sich eine Kabine, die innerhalb eines Meters zum Stillstand kommt, korrekt.

Zwillingsgeräte müssen paarweise abgestimmt werden. Wenn zwei Sicherheitsvorrichtungen eingebaut sind, verlangt der OEM, dass die Differenz der Auslösegeschwindigkeit maximal 0,05 m/s sowohl beim Zurücksetzen als auch beim Austausch beträgt. Ersetzen Sie sie stets paarweise.

Der Falltest: alle drei Monate

Dies ist die gesetzliche Verpflichtung, die vor Ort am häufigsten vernachlässigt wird.

Jeder Hublift, der erstmals in Betrieb genommen oder nach einem Standortwechsel neu aufgebaut wird, muss vor dem regulären Einsatz einen Falltest mit Nennlast durchlaufen. Nach Beginn des regulären Betriebs ist dieser Test alle drei Monate durchzuführen, um die Sicherheit des Hublifts zu gewährleisten.

Drei unabhängige Quellen stimmen das Intervall von drei Monaten überein; eine Quelle ergänzt: „oder alle 1.000 Betriebsstunden, je nachdem, was früher eintritt.“

Der Test wird durchgeführt mit Nennlast , wobei sich sämtliches Personal außerhalb des Käfigs befindet und eine spezielle Tropftest-Tastenbox verwendet wird, die in eine Steckdose am unteren Rand des Käfigsteuerkastens eingesteckt wird. Zwei praktische Einschränkungen, die man kennen sollte:

· Keine zwei Tropftests innerhalb 15 Minuten . Das Gerät überhitzt.

· Die Sicherheitsvorrichtung weist eine 5-jährige wirksame Nutzungsdauer und erfordert jährliche Inspektion unabhängig von der Nutzung auf. Die Wartungspläne des OEM sehen je nach Zustand mindestens einen Austausch alle 3 Jahre vor.

Schmierung erfolgt alle 120 Betriebsstunden mit Lithiumseifenfett der Klasse 2.

Montage: Schraubenklasse und Anzugsmoment

Die Verbindungselemente für Zahnstange und Mast sind eigenschaftsklasse 8.8 serienmäßig. Die Drehmomentwerte sind pro Gelenk im Hebezeug-Handbuch angegeben und variieren je nach Schraubengröße sowie davon, ob die Oberfläche verzinkt und trocken ist. Verwenden Sie keine allgemeine Drehmomenttabelle; insbesondere die Drehmomente für Mastgelenke sind spezifisch für das jeweilige Profil-Design.

Wichtiger als der absolute Wert ist die Nachprüfung. Mastschrauben lockern sich während der ersten Betriebswochen, da sich die Konstruktion einstellt; eine lose Zahnstangenverbindung zeigt sich als Teilungsfehler am Gelenk, den das Ritzel dann „ausklopft“.

Auswahl eines Zahnstangenlieferanten für diesen Sektor

Drei Punkte unterscheiden eine funktionierende Zahnstange von einer störanfälligen:

1. Konsistente Verbindungsgeometrie. Jede Verbindung stellt ein potenzielles Teilungsfehler-Risiko dar. Zahnstangen, die als abgestimmtes Set geschnitten und fertigbearbeitet wurden, verhalten sich besser als Zahnstangen, die aus zufälligem Lagerbestand entnommen wurden.

2. Konsistente Härte über die gesamte Länge. Weiche Stellen verschleißen früh und lokal; lokaler Verschleiß führt dazu, dass eine Zahnstange die Toleranzgrenze überschreitet, während der Rest des Stabes noch einwandfrei ist.

3. Dokumentierte Werkstoff- und Wärmebehandlungsangaben. Für eine Maschine gemäß EN 12159 gehört dies in die technische Unterlage; ein Lieferant, der dies nicht vorlegen kann, verursacht für den Hubwerkbauer ein Konformitätsproblem.

Wir fertigen Modul-8-Zahnstangen für diese Anwendung in unserem eigenen Werk – zugeschnitten und wärmebehandelt vor Ort – was es uns ermöglicht, die Spleißgeometrie innerhalb einer Charge konstant zu halten.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich nur die abgenutzten Zahnstangenabschnitte austauschen?

Ja, das ist durchaus üblich, vorausgesetzt, der Ersatz entspricht der vorhandenen Zahnstange hinsichtlich Modul, Zahnqualität und Montagegeometrie. Die Ursache für Teilungsfehler an den Fugen liegt darin, Zahnstangen verschiedener Herkunft an einem Mast zu mischen.

Das Ritzel misst 36,2 mm über zwei Zähne. Ist es aussortiert?

Nein. Der Grenzwert beträgt 35,8 mm; 36,2 mm ist daher noch betriebsfähig, liegt aber bereits 0,4 mm vor dem Austausch. Planen Sie den Austausch proaktiv statt auf die nächste Inspektion zu warten.

Warum besitzt die Sicherheitseinrichtung ihr eigenes Ritzel statt des Antriebsritzels zu nutzen?

Weil sie auch bei Ausfall des Antriebs funktionieren muss – etwa wenn ein Antriebsritzel bricht oder ein Getriebe ausfällt. Unabhängigkeit ist hier das Ziel.

Ist das Intervall von 3 Monaten für den Sturztest verhandelbar, falls der Hebezeug nur geringfügig genutzt wird?

Der Hersteller gibt 3 Monate nach Beginn der normalen Nutzung an. Einige branchenübliche Richtlinien ergänzen dies durch eine Alternative von 1.000 Betriebsstunden – jeweils das Erste zählt. Lokale Vorschriften können strenger sein. Behandeln Sie 3 Monate als Standard und prüfen Sie die geltenden Regelungen in Ihrem Rechtsgebiet.

Wie viel Spiel soll ich einstellen?

Entnehmen Sie dies der Bedienungsanleitung Ihres Hebezeugs für das jeweilige Modell. Die allgemeine Regel lautet, dass das Spiel weder so eng sein darf, dass es die Funktion beeinträchtigt, noch so weit, dass es Stöße zulässt. Wenn Sie unter Last ein Hämmern hören, ist das Spiel zu groß oder die Führungswalzen sind verschlissen.

Kann ein abgenutztes Zahnstangenprofil die Sicherheitsvorrichtung beschädigen?

Ja, das kann passieren. Das Ritzel der Sicherheitsvorrichtung greift in dieselbe Zahnstange ein. Ein übermäßiges Spiel infolge einer abgenutzten Zahnstange bedeutet, dass auch das Ritzel der Sicherheitsvorrichtung mit unzureichendem Eingriff läuft; der Hersteller weist ausdrücklich darauf hin, dass falsches Spiel die Vorrichtung beschädigen kann.

Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. fertigt seit 2008 Zahnstangen, Ritzel und Getriebekomponenten. Wir liefern Modul-8-Zahnstangen und passende Ritzel für Baustellenaufzüge; diese werden in unserem eigenen Werk zerspanend bearbeitet und wärmebehandelt, sodass die Spleißgeometrie innerhalb einer Charge konstant bleibt. Senden Sie uns Ihre Mastabschnittszeichnung sowie die Nennlast – wir unterbreiten Ihnen gerne ein Angebot für ein passendes Komplettset.