Zwei Maschinen, eine Straße – Wie sich Radantriebe bei Planierraupen und Gradern unterscheiden
Straßenfräsen und Grader sind unterschiedliche Maschinen, die oft im selben Projekt eingesetzt werden – die Fräse zerkleinert die bestehende Straßenoberfläche, und der Grader formt das recycelte Material zum neuen Straßenprofil. Beide verwenden Planetengetriebe für Radantrieb, jedoch mit grundlegend anderen Anforderungen an Geschwindigkeit, Drehmoment und Präzision.
Selbstfahrende Maschine (20 bis 35 Tonnen) mit Schneidrotor zum Zerkleinern von Asphalt, Beton oder stabilisiertem Boden bis zu einer Tiefe von 150 bis 500 mm. Der Rotor benötigt 300 bis 600 PS (60 bis 801 TP3T) Motorleistung. Arbeitsgeschwindigkeit: 2 bis 8 km/h. Die Fahrgeschwindigkeit beeinflusst die Schnitttiefe und die Korngröße des Recyclingmaterials: Zu hohe Geschwindigkeit führt zu grobem, schlecht abgestuftem Material; zu niedrige Geschwindigkeit erzeugt zu viel Feinanteil, der die Tragschicht schwächt. Geschwindigkeitsgenauigkeit: ±3 bis 51 TP3T für gleichbleibende Recyclingqualität.
Sechsrädrige Knickgelenkmaschine (14 bis 25 Tonnen) mit einem 3,7 bis 7,3 Meter breiten Planierschild (Modellierplatte), das zwischen Vorder- und Hinterachse montiert ist. Das Planierschild formt, ebnet und glättet die Fahrbahnoberfläche. Arbeitsgeschwindigkeit: 3 bis 8 km/h für die Grobplanierung, 5 bis 12 km/h für die Feinplanierung. Die GPS- oder lasergesteuerte Planierschildpositionierung passt die Schildposition 10 bis 20 Mal pro Sekunde anhand des Echtzeit-Niveausignals an – die Effektivität dieser Anpassung hängt von einer konstanten und vorhersehbaren Fahrgeschwindigkeit ab. Geschwindigkeitsgenauigkeit: ±1 bis 21 TP3T für die GPS-gesteuerte Planierqualität.
Der Motorgrader verfügt über eine einzigartige Radantriebskonfiguration: Die Hinterachse ist als Tandemachse mit vier Rädern (zwei pro Seite) ausgeführt, die über ein Planetengetriebe pro Seite angetrieben werden. Die Vorderachse besitzt zwei lenkbare Räder, die optional angetrieben werden können. Die Tandem-Hinterachse verteilt das Maschinengewicht auf vier Aufstandsflächen – dies reduziert den Bodendruck auf die frisch planierte Oberfläche und sorgt für Traktion auf losem Material, wo ein Einzelradantrieb durchdrehen würde.
Der Radantrieb eines Mähdreschers steht vor einer ähnlichen Herausforderung wie der eines Feldhäckslers: Der Schneidrotor beansprucht den Großteil der Motorleistung, sodass nur noch wenig Kraft für den Antrieb zur Verfügung steht. Bei einem 500 PS starken Mähdrescher, der 300 mm harten Asphalt schneidet, kann der Rotor 400 PS verbrauchen – damit bleiben nur noch 100 PS für die Radantriebe übrig, um 30 Tonnen Material mit 3 km/h durch den Schneidwiderstand zu bewegen. Der Wirkungsgrad des Radantriebs (Verhältnis von Zugkraft an den Rädern zu Hydraulikleistung am Motor) entscheidet direkt darüber, ob die Maschine die Zielgeschwindigkeit hält oder an der Schneidkraft scheitert.
Die Tandem-Hinterachse des Motorgraders stellt eine für diesen Maschinentyp spezifische Herausforderung hinsichtlich der Drehmomentverteilung dar. Der Tandemantrieb überträgt das Drehmoment über ein Ketten- oder Zahnradgetriebe auf die vier Hinterräder. Dieses Getriebe verbindet die oberen und unteren Räder jeder Seite. Das Planetengetriebe treibt die Tandem-Eingangswelle an, und das Verteilergetriebe verteilt das Drehmoment annähernd gleichmäßig auf die oberen und unteren Räder. Längt sich die Kette des Verteilergetriebes oder verschleißt das Zahnrad, wird die Drehmomentverteilung ungleichmäßig: Das Rad mit dem höheren Drehmoment erzeugt mehr Schubkraft, während das Rad mit dem geringeren Drehmoment weniger Traktion bietet. Auf einer frisch planierten Fläche können ungleichmäßige Drehmomente unterschiedliche Reifenspuren der oberen und unteren Räder hinterlassen – sichtbar als parallele Schleifspuren in der Oberfläche, die der Grader eigentlich glätten sollte.
Der optionale Vorderradantrieb des Graders verbessert die Traktion auf losem Untergrund, indem er die Vorderachse durch Material zieht, das die hintere Tandemachse allein nicht bewältigen kann. Im aktivierten Zustand erhöht der Vorderradantrieb die Traktion um 30 bis 501 TP3T, steigert aber auch den Lenkwiderstand (da die angetriebenen Vorderräder dem Lenken entgegenwirken) und verändert das Fahrverhalten der Maschine. Der Fahrer muss seine Fahrtechnik anpassen, sobald der Vorderradantrieb aktiviert ist. Der Antrieb muss zudem ein gleichmäßiges, progressives Drehmoment bereitstellen, ohne dass es zu plötzlichen Traktionsspitzen kommt, die das Schild aus der GPS-gesteuerten Position reißen könnten.
GPS-Präzision – Wie die Geschwindigkeitsstabilität des Radantriebs die Straßenoberflächenqualität bestimmt
Moderne Motorgrader nutzen eine GPS- oder lasergestützte Schildsteuerung, die Schildhöhe und Querneigung 10 bis 20 Mal pro Sekunde anpasst. Das Steuerungssystem berechnet die erforderliche Schildposition anhand des Oberflächenmodells und der aktuellen Maschinenposition und steuert die Hydraulikzylinder des Schildes entsprechend an. Die Schildverstellgeschwindigkeit (wie schnell sich das Schild in die korrekte Position bewegen kann) ist begrenzt: typischerweise 10 bis 50 mm pro Sekunde für Feinplanierarbeiten. Fährt die Maschine schneller, als sich das Schild verstellen kann, verschlechtert sich die Oberflächengüte – das Schild kann dem Sollprofil nicht präzise folgen, da es ständig den durch die Fahrgeschwindigkeit bedingten Positionsänderungen hinterherhinkt.
Der Planetengetriebe mit Radantrieb Um die Verstellbarkeit des Schildes zu gewährleisten, muss eine konstante Geschwindigkeit sichergestellt werden. Bei einer Abweichung der Fahrgeschwindigkeit von ±5% (z. B. durch Getriebeüberhitzung, Traktionsänderungen oder Hydraulikdruckschwankungen) erhält das Schildsteuerungssystem eine sich ständig ändernde Geschwindigkeitsvorgabe und muss die Schildposition anpassen, um neben den Änderungen der Oberflächenbeschaffenheit auch die Geschwindigkeitsabweichung zu kompensieren. Diese Geschwindigkeitskompensation beansprucht die für die Oberflächengenauigkeitskorrektur vorgesehene Verstellbandbreite des Schildes und reduziert so die erreichbare Oberflächentoleranz von ±3 mm (bei konstanter Geschwindigkeit) auf ±8 bis 12 mm (bei einer Geschwindigkeitsabweichung von ±5%).
Der wirtschaftliche Wert dieser Präzision ist beträchtlich. Eine Fahrbahnoberfläche mit einer Toleranz von ±3 mm erfüllt die Anforderungen des International Roughness Index (IRI) für Straßenbeläge ohne Nachbearbeitung. Eine Oberfläche mit einer Toleranz von ±10 mm erfordert Abfräsen und eine Deckschicht – was zusätzliche Kosten von 2 bis 5 US-Dollar pro Quadratmeter verursacht. Auf einer 1 km x 7 m großen Fahrspur (7.000 m²) beträgt der Kostenunterschied zwischen einer Oberflächentoleranz von ±3 mm und ±10 mm 14.000 bis 35.000 US-Dollar – direkt bedingt durch die Stabilität der Radantriebsgeschwindigkeit, von der die Steuerung des Graderschilds abhängt.
Die Anforderung an eine gleichbleibende Geschwindigkeit betrifft auch den Recycling-Schüttgutaufbereiter – allerdings aus anderen Gründen. Bei einem solchen Aufbereiter bestimmt die Fahrgeschwindigkeit die Anzahl der Rotorschläge pro laufendem Meter Fahrbahnoberfläche. Bei 3 km/h, einer Rotordrehzahl von 150 U/min und 20 Schneidwerkzeugen erfährt die Oberfläche etwa 600 Schläge pro Meter. Bei 4 km/h (331 TP3T schneller) sinkt die Schlagdichte auf etwa 450 pro Meter – was zu einem gröberen und ungleichmäßigeren Ergebnis führt. Die Druckfestigkeit des recycelten Tragschichtmaterials hängt von der Korngrößenverteilung ab, welche wiederum von der Schlagdichte abhängt. Ein Recycling-Schüttgutaufbereiter, der seine Geschwindigkeit über die Fahrbahnbreite um ±101 TP3T variiert, erzeugt eine Tragschicht mit variabler Festigkeit – was zu unterschiedlichen Setzungsmustern führt, die sich innerhalb von 2 bis 5 Jahren als Risse und Spurrillen im fertigen Straßenbelag zeigen.
Betrieb bei Asphalttemperatur — Radantriebe auf heißem Recyclingmaterial
Straßenrecyclingmaschinen, die das Heißrecycling vor Ort durchführen (Erhitzen des vorhandenen Asphalts vor dem Abfräsen), produzieren Recyclingmaterial mit einer Temperatur von 100 bis 160 °C. Die Räder der Maschine fahren durch dieses heiße Material – Reifen und Radantrieb sind dabei Oberflächentemperaturen ausgesetzt, die weit über den üblichen Bedingungen in der Landwirtschaft oder auf Baustellen liegen. Die Temperatur des Radantriebsgehäuses kann durch Strahlungs- und Wärmeleitung vom heißen Recyclingmaterial 70 bis 90 °C erreichen – wodurch die Öltemperatur im Inneren selbst bei gemäßigten Umgebungsbedingungen auf 100 bis 120 °C ansteigt.
Das Dichtungsmaterial muss dieser erhöhten Temperatur während des gesamten Recyclingprozesses – typischerweise 2 bis 4 Stunden pro Fahrstreifenkilometer – standhalten. Standardmäßige NBR-Dichtungen (bis 100 °C) sind hierfür grenzwertig; FKM-Dichtungen (bis 200 °C) bieten ausreichende Sicherheit. Auch die Reifenmischung muss dem Kontakt mit dem heißen Material standhalten – Standardreifen werden bei Temperaturen über 80 °C weicher und verschleißen schneller. Einige Heißrecyclinganlagen verwenden daher hitzebeständige Reifenmischungen oder Stahlfelgen für die Hinterachse, die direkt durch das erhitzte Material fährt.
Kaltrecycling-Anlagen (die dem pulverisierten Material Zement, Kalk oder Bitumenemulsion ohne Erhitzen zusetzen) arbeiten bei Umgebungstemperatur – die chemischen Zusätze stellen jedoch eigene Herausforderungen für den Radantrieb dar. Zementschlamm (pH-Wert 12 bis 13) spritzt auf das Radantriebsgehäuse und greift Dichtungen und Lack an. Bitumenemulsion bildet eine klebrige, wärmespeichernde Schicht auf dem Gehäuse, die die konvektive Kühlung beeinträchtigt und die Öltemperatur um 10 bis 15 °C über den Wert des sauberen Gehäuses erhöht. Beide Chemikalienarten erfordern eine tägliche Hochdruckreinigung der Radantriebsflächen, um Ablagerungen zu vermeiden.
Die Reifenwahl bei Recyclingmaschinen beeinflusst auch die Radantriebsspezifikation. Beim Heißrecycling vor Ort durchlaufen die Hinterreifen das Material mit 100 bis 160 °C – Standardgummimischungen werden bei diesen Temperaturen weich, verformen sich und verschleißen schnell. Einige Heißrecyclingmaschinen verwenden für den Schneidvorgang Stahlräder an der Hinterachse und wechseln für den Straßentransport auf Gummireifen. Die Stahlradkonfiguration verändert den Abrollradius im Vergleich zum Gummireifen um 5 bis 151 TP3T – und die Radantriebsübersetzung muss diese Änderung berücksichtigen, um die korrekte Schnittgeschwindigkeit zu gewährleisten. Ein Zweiganggetriebe oder ein Verstellmotor bietet die Flexibilität, die Geschwindigkeit sowohl für den Schneidvorgang mit Stahlrädern als auch für den Transport mit Gummireifen zu optimieren.
Drei Ausfallarten für Radantriebe von Straßenfräsen und Gradern
Der Schneidrotor eines Straßenrückgewinnungsfahrzeugs erzeugt am Radantriebspunkt Vibrationen von 3 bis 15 g – vergleichbar mit einem Steinbrecher. Jedes Hartmetallwerkzeug, das auf die Asphaltoberfläche trifft, erzeugt einen Stoß, der sich über den Maschinenrahmen auf den Radantrieb ausbreitet. Die Vibrationen verursachen die gleichen Schäden durch falsches Brinelling an den Lagern und den Zahnradverschleiß wie bei Steinbrechern (WD-07) – jedoch mit einer etwas geringeren Amplitude, da der Rahmen des Rückgewinnungsfahrzeugs schwerer und steifer ist als der eines Steinbrechers und somit eine bessere Vibrationsdämpfung bietet. Der Radantrieb muss dennoch mit erhöhter Lagervorspannung und mit Schraubensicherung versehenen Befestigungselementen ausgestattet sein – Standard-Getriebespezifikationen für den Straßenbau sind nicht ausreichend.
Bei einem GPS-gesteuerten Motorgrader führt eine Drehzahlpulsation des Radantriebs von ±3 bis 51 TP3T zu einer Verringerung des Verstellbereichs des Schildes und einer Verschlechterung der erreichbaren Oberflächentoleranz von ±3 mm auf ±8 bis 12 mm. Die Pulsation kann drei Ursachen haben: Rastmoment im Zahneingriff (periodisch, mit der Zahneingriffsfrequenz), Pulsation der Hydraulikpumpe (periodisch, mit der Kolbenfrequenz der Pumpe) und Traktionsschwankungen (zufällig, durch wechselnde Bodenhaftung). Das Rastmoment im Zahneingriff ist dabei am problematischsten, da es kontinuierlich auftritt und nicht vom Schildsteuerungssystem kompensiert werden kann. Das System interpretiert es als tatsächliche Drehzahländerung und passt das Schild entsprechend an, wodurch eine periodische Oberflächenunebenheit mit der Wellenlänge des Rastmoments entsteht. Bei einem Grader, der mit 6 km/h fährt und über ein 40:1-Getriebe sowie ein 30-Zahn-Abtriebsrad verfügt, beträgt die Wellenlänge der Riffelung etwa 55 mm. Sie ist als feine Wellenbildung in der bearbeiteten Oberfläche sichtbar, die mit einem Lineal messbar ist, aber die IRI-Messung möglicherweise nicht besteht. Mit der Zeit trägt die Verkehrsbelastung bevorzugt die Spitzen dieser Wellen ab, wodurch eine zunehmend rauere Oberfläche entsteht, die schließlich den IRI-Grenzwert überschreitet und kostspieliges Nachschleifen erfordert.
Bei Heißrecycling-Verfahren nimmt das Radantriebsgehäuse Strahlungs- und Leitungswärme des recycelten Materials mit 100 bis 160 °C auf. Die Gehäuseoberflächentemperatur kann 70 bis 90 °C erreichen – wodurch die Öltemperatur im Inneren so stark ansteigt, dass herkömmliches Mineralöl und NBR-Dichtungen ihre thermischen Belastungsgrenzen erreichen oder überschreiten. Ein vierstündiger Heißrecycling-Durchgang an einem Sommertag (35 °C Umgebungstemperatur) kann zu anhaltenden Öltemperaturen von 115 bis 130 °C führen – Bedingungen, die Mineralöl innerhalb von 100 bis 200 Stunden zersetzen und NBR-Dichtungen innerhalb einer Saison aushärten lassen. Die thermischen Schäden akkumulieren sich mit jedem Heißrecycling-Vorgang und lassen sich nicht allein durch Ölwechsel beheben – das Dichtungsmaterial muss nach dem Aushärten ausgetauscht werden.
Häufig gestellte Fragen
Korea Ever-Power bietet Radantriebe für den Straßenbau von 5.000 bis 40.000 Nm für Rückgewinnungsfahrzeuge, Stabilisatoren und Motorgrader mit GPS-genauer Geschwindigkeitsregelung und Hitzeschutz für das Heißrecycling.
Herausgeber: Cxm
