Wie ein Kompaktraupenlader lenkt – und warum der Raupenantrieb die gesamte Belastung aushält
Ein Radfahrzeug lenkt durch Drehen der Vorderräder. Ein Kompaktraupenlader (CTL) lenkt, indem seine beiden Raupenketten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten – oder in entgegengesetzte Richtungen – laufen. Es gibt keine Lenkachse, keine Spurstange, keine Ackermann-Geometrie. Planetengetriebe mit Kettenantrieb Auf jeder Seite befindet sich der Lenkmechanismus. Diese Konstruktion macht den CTL außerordentlich wendig – er kann sich innerhalb seiner eigenen Kettenlänge um 360 Grad drehen – führt aber auch dazu, dass der Kettenantrieb zum am stärksten beanspruchten Bauteil der gesamten Maschine wird.
Drei Lenkmodi definieren den Arbeitszyklus des CTL-Kettenantriebs. Allmähliche Wendung: Eine Kette läuft mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 1001 TP3T, die andere mit 30 bis 601 TP3T – wodurch ein großer Kurvenradius entsteht. Der Geschwindigkeitsunterschied erzeugt über den Fahrwerksrahmen eine Torsionsbelastung zwischen den beiden Kettenantrieben. Pivot-Drehung: Eine Kette fährt vorwärts, die andere steht still – die Maschine dreht sich um die stehende Kette. Der stillstehende Antrieb muss der Rückwärtsbewegung durch die Bodenreaktionskraft entgegenwirken. Gegenrotation (Drehung mit Radius Null): Beide Ketten laufen mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen – die Maschine dreht sich auf der Stelle. Beide Antriebe arbeiten gleichzeitig mit vollem Drehmoment, genau wie bei einem gegenläufigen Drehgelenk eines Baggers, jedoch 5- bis 10-mal so häufig wie üblich.
CTL vs. Radlader – Warum der Kettenantrieb den Radantrieb ersetzte
Der Kompaktraupenlader entwickelte sich aus dem Radlader mit Kompaktlenkung. Beide Maschinen nutzen Differenziallenkung (Geschwindigkeitsunterschied zwischen linker und rechter Seite). Die grundlegende Änderung liegt im Bodenkontakt: Gummireifen wurden durch Gummiketten ersetzt. Diese Änderung veränderte die Anforderungen an den Endantrieb von einem Planetengetriebe mit Radantrieb zu einem Planetengetriebe mit Kettenantrieb – und die technischen Konsequenzen reichen weit über den Austausch der Ausgangsschnittstelle hinaus.
| Parameter | Radlader | Kompaktraupenlader (CTL) |
|---|---|---|
| Bodenkontaktfläche | 4 Reifen, insgesamt ca. 0,12 m² | 2 Gleise, insgesamt ca. 0,8 – 1,2 m² |
| Bodendruck | 140 – 220 kPa | 25 – 45 kPa (5 – 8x niedriger) |
| Traktion auf Schlamm/Rasen | Schlecht – die Reifen graben sich ein. | Ausgezeichnet – schwimmt auf der Oberfläche |
| Lenkkraft am Antrieb | Reifenabrieb (mittel) | Scherreibung der Schiene (2 – 3x höher) |
| Drehmoment im Endantrieb | 5.000 – 12.000 Nm | 10.000 – 25.000 Nm (2x) |
| Laufwerkstyp | Planetengetriebe für Radantrieb | Planetengetriebe |
| Höchstgeschwindigkeit | 12 – 18 km/h | 10 – 12 km/h |
| Oberflächenschäden | Schwere Reifenspuren, Zerstörung des Rasens | Minimal — verteilt das Gewicht |
Der technische Kompromiss beim Kettenantrieb: Die CTL-Gummikette verteilt das Gewicht auf die 6- bis 10-fache Aufstandsfläche von vier Reifen – wodurch der Bodendruck deutlich reduziert und der Einsatz auf weichem Untergrund, gestalteten Landschaften und in Innenräumen ermöglicht wird. Die größere Aufstandsfläche bedeutet jedoch auch einen höheren Lenkwiderstand: Um eine Gummikette über den Boden zu drehen, muss der Kettenantrieb die Scherreibung der gesamten Kettenaufstandsfläche überwinden. Diese Lenkreibung ist 2- bis 3-mal höher als die Reifenreibung eines Radladers – daher ist ein Kettenantrieb mit der doppelten Drehmomentkapazität des entsprechenden Radantriebs erforderlich.
Gegenrotationsfrequenz – Warum CTL-Kettenantriebe mehr bidirektionale Lastzyklen aufweisen als jede andere Maschine
Ein Bagger führt pro Schicht 150 bis 300 gegenläufige Drehungen aus. Ein Kompaktraupenlader schafft 500 bis 1.500 gegenläufige Drehungen pro Schicht – und zusätzlich 1.500 bis 3.000 Lenkvorgänge mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, bei denen ein Kettenantrieb schneller arbeitet als der andere. Die Gesamtzahl der bidirektionalen oder differenziellen Ladevorgänge pro Schicht liegt bei 2.000 bis 4.500 – der höchste Wert aller Kettenmaschinen.
CTLs arbeiten auf engstem Raum – bei Gartenarbeiten, Abbrucharbeiten in Gebäuden, landwirtschaftlichen Gebäuden und Lagerhallen. Die Maschine manövriert ständig um Hindernisse herum, fährt rückwärts in Ecken, wendet in engen Bereichen und positioniert sich zwischen den einzelnen Arbeitsschritten neu. Jeder Richtungswechsel erfordert einen Kettenantrieb. Ein Bagger positioniert sich alle 5 bis 10 Minuten neu; ein CTL hingegen alle 15 bis 30 Sekunden während Lade- und Planierarbeiten.
Bei 3.000 Lenkvorgängen pro Schicht, 250 Schichten pro Jahr und einer angestrebten Maschinenlebensdauer von 5.000 Stunden überstehen die Planetenräder des Kettenantriebs ca. 3,75 Millionen Lastwechsel. Die Planetenbolzenlager überstehen die gleiche Anzahl an teilweisen oder vollständigen Radiallastwechseln. Dies übertrifft die Anforderungen an die Dauerfestigkeit des Kettenantriebs von Baggern um das 2,5- bis 3-Fache – obwohl der CTL nur ein Zehntel des Gewichts des Baggers hat. Die Dauerfestigkeit, nicht die Drehmomentfestigkeit, ist der maßgebliche Auslegungsfaktor für CTL-Kettenantriebe.
Gummikette vs. Stahlkette – Wie der Kettentyp die Antriebstechnik beeinflusst
Die meisten Kettenfahrzeuge fahren auf Gummiketten mit eingebetteten Stahlseilen – nicht auf den Stahlketten mit Kettengliedern, die bei Baggern, Bulldozern und Raupenkranen verwendet werden. Die Gummikette verändert die Eingriffsmechanik zwischen Kettenrad und Kette, die Spannungsregelung und das Vibrationsprofil des Planetengetriebes.
Gummiketten nutzen innenliegende Antriebsstollen (geformte Gummizähne), die in die Kettenradzähne eingreifen. Dieser Eingriff ist sanfter als bei der Stahl-auf-Stahl-Verbindung von Kettenketten – was zu geringeren Aufprallgeräuschen und Vibrationen führt. Allerdings verschleißen die Gummiantriebsstollen schneller als Stahlplatten, insbesondere auf harten Oberflächen (Beton, Asphalt). Abgenutzte Stollen verringern die effektive Eingriffstiefe der Kettenräder und erhöhen so das Risiko eines Kettenabspringens bei starker Gegenrotation auf hartem Untergrund.
Gummiketten werden durch eine hydraulische oder federbelastete Spannrolle gespannt, wodurch eine konstante Vorspannung gegen das Kettenrad aufrechterhalten wird. Diese Vorspannung erzeugt eine kontinuierliche Radialkraft auf die Kettenradlager (und somit auch auf die Abtriebslager der Kette), selbst wenn die Maschine stillsteht. Stahlketten stehen ebenfalls unter Spannung, aber die Nachgiebigkeit der Gummikette ermöglicht dynamischere Spannungsänderungen bei Richtungswechseln – was zu schwankenden Radialkräften auf die Abtriebslager der Kette führt.
CTLs (Kompaktlader) werden in lärmempfindlichen Umgebungen eingesetzt – Wohngebieten, Gewerbeimmobilien und Innenräumen. Die Gummiketten reduzieren den vom Boden übertragenen Lärm, jedoch wird das Planetengetriebe des Kettenantriebs bei Betriebsgeschwindigkeit zur dominanten Geräuschquelle. CTL-Kettenantriebe erfordern engere Zahntoleranzen und ein geringeres Zahnflankenspiel als Baggerkettenantriebe, um den Komfort des Bedieners und die Lärmschutzbestimmungen für die Nachbarschaft zu erfüllen. Das Getriebegeräusch bei 10 km/h, das bei einem Bagger unhörbar wäre, ist in der vergleichsweise leisen CTL-Kabine deutlich wahrnehmbar.
Dimensionierung des CTL-Kettenantriebs – Wo das Lenkmoment und nicht das Antriebsmoment die Spezifikation bestimmt
Bei einem Bagger oder Bulldozer ist der Kettenantrieb auf das Antriebsmoment ausgelegt – die Kraft, die benötigt wird, um die Maschine gegen Steigung und Rollwiderstand vorwärts zu bewegen. Bei einem Kettenfahrzeug ist die kritische Auslegungsbedingung anders: Das Lenkmoment bei Gegenrotation auf einer Oberfläche mit hoher Reibung übersteigt das Antriebsmoment bei geradliniger Fahrt um das 1,5- bis 2,5-Fache.
Das Verhältnis von 14:1 zwischen Lenk- und Antriebsmoment Das entscheidende Merkmal für die Dimensionierung von CTL-Kettenantrieben ist das Drehmoment in geradliniger Fahrt (in diesem Beispiel 155 Nm). Ein Ingenieur, der den Kettenantrieb anhand des Drehmoments in gerader Fahrtrichtung (155 Nm in diesem Beispiel) dimensioniert und selbst einen großzügigen Betriebsfaktor von 3,0 ansetzt, würde eine Einheit mit 465 Nm spezifizieren – die beim ersten Gegendrehversuch auf Beton versagen würde. Das Lenkmoment auf Oberflächen mit hoher Reibung ist der maßgebliche Lastfall und muss die Grundlage für die Spezifizierung bilden.
Drei Ausfallarten, die die Entscheidungen zum Austausch des CTL-Kettenantriebs beeinflussen
Der häufigste Ausfall von Kettenantrieben bei CTL-Maschinen. Bei über 3.000 Lenkvorgängen pro Schicht akkumulieren die Planetenbolzenlager dreimal schneller Ermüdungszyklen als bei einem Bagger. Die Lagernadeln weisen bereits nach 2.000 bis 4.000 Betriebsstunden Oberflächenkorrosion auf – früher als bei anderen Kettenantrieben mit gleichem Drehmoment. Symptome: zunehmende Fahrgeräusche bei niedriger Geschwindigkeit, hörbares Klicken bei Gegenrotation, metallische Partikel im Öl.
Mit zunehmendem Verschleiß der Gummiantriebsstollen an der Kette verringert sich die Eingriffstiefe zwischen den Stollen und den Kettenradzähnen. Die verbleibende Kontaktfläche trägt die gesamte Antriebs- und Lenkkraft – die Belastung konzentriert sich somit auf eine kleinere Kettenradzahnfläche. Dies führt zu beschleunigtem Kettenradverschleiß, und die verschlissene Verbindung zwischen Kettenrad und Stollen ermöglicht es der Kette, bei starker Gegenrotation zu überspringen. Eine überspringende Kette an einem Kompaktlader mit beladener Schaufel birgt unmittelbare Kippgefahr.
CTL-Kettenfahrzeuge mit Hydraulikmotoren verfügen üblicherweise über eine Gehäuseablaufleitung, die austretendes Öl in den Tank zurückführt. Bei CTLs, die unter staubigen, schlammigen oder frostigen Bedingungen arbeiten, kann diese Gehäuseablaufleitung verstopfen oder verstopfen. Der Druck im Motor- und Getriebegehäuse steigt so weit an, bis er die Dichtkraft der Dichtung übersteigt – die Doppelkegeldichtung oder die Motorwellendichtung wird herausgedrückt, und Hydrauliköl tritt aus. Die Maschine verliert daraufhin sofort den Fahrantrieb auf dieser Seite.
Planetengetriebe für Kompaktraupenlader – Häufig gestellte Fragen
Die Planetengetriebe für den Kettenantrieb von Korea Ever-Power CTL sind für die extrem hohen Lenkzyklen ausgelegt, die Kompaktraupenlader erfordern. Sie decken einen Drehmomentbereich von 3.000 bis 25.000 Nm ab und sind als 2- und 3-stufige Getriebe erhältlich. OEM-Querverweise für alle gängigen CTL-Marken sind verfügbar. Für eine Spezifikationsempfehlung geben Sie bitte Ihr Maschinenmodell an.
Herausgeber: Cxm
