Der Bruch eines Ankerbolzens in einem Untersetzungsgetriebe (Getriebe) ist ein häufig auftretender Anlagenausfall in der Zementindustrie, im Bergbau und in anderen Branchen. In schweren Fällen kann dies zu einer Verschiebung des Untersetzungsgetriebes, zu Schäden an den Zahnrädern oder sogar zur Verschrottung der gesamten Anlage führen. Im Folgenden wird eine systematische Analyse der Ursachen und der entsprechenden Abhilfemaßnahmen vorgestellt.

I. Ursachenanalyse

(1) Fragen der Konzeption und Auswahl

1. Unzureichender Schraubendurchmesser oder unzureichende Anzahl von Schrauben: Bei der Konstruktion wurden die Drehmoment-, Schwingungs- und Stoßbelastungen während des Betriebs des Untersetzungsgetriebes nicht vollständig berücksichtigt, was dazu führte, dass einzelne Schrauben einer übermäßigen Belastung ausgesetzt waren, die ihre Tragfähigkeit überstieg.
2. Falsche Wahl des Schraubenwerkstoffs: Es wurden keine Schrauben mit ausreichender Festigkeitsklasse (z. B. Klasse 8.8 oder 10.9) ausgewählt, sondern stattdessen Schrauben mit geringerer Festigkeit (z. B. Klasse 4.8 oder 5.6) verwendet, die unter wechselnden Belastungen anfällig für Ermüdungsbrüche sind.
3. Unzureichende Verriegelungskonstruktion: Es wurden lediglich gewöhnliche Federscheiben verwendet, ohne wirksame Sicherungsmaßnahmen wie Doppelmuttern, Sicherungsscheiben, Anschlagscheiben oder anaerobe Klebstoffe, wodurch sich die Schrauben unter Vibration allmählich lockern und schließlich brechen konnten.

(2) Fragen zur Installation und zum Fundament

1. Unebene Fundamentoberfläche: Schlechter Kontakt zwischen der Befestigungsfläche des Reduzierstück-Sockels und der Fundamentoberfläche, mit lokalen Hohlräumen oder Unebenheiten. Nach dem Anziehen der Schrauben verformt sich der Sockel, wodurch die Schrauben einer zusätzlichen Biegebelastung ausgesetzt werden, was sie anfällig für Brüche an der Gewindewurzel oder am Übergang zwischen Kopf und Schaft macht.
2. Falsche Platzierung der Unterlegscheibe: Unzureichende Unterlegscheiben, eine falsche Ausrichtung oder eine nicht ordnungsgemäß vorgenommene Nivellierung der Anlage führen zu einer instabilen Aufstellung und zu Vibrationen während des Betriebs, wodurch Ermüdungsschäden an den Schrauben verstärkt werden.
3. Abweichung bei den Ankerbolzenlöchern: Eine Fehlausrichtung zwischen den vorgesichteten Bohrungen und den Befestigungsbohrungen des Geräts führt dazu, dass die Schrauben bei der Montage schräg sitzen oder überbeansprucht werden, wodurch zusätzliche Biegemomente entstehen.
4. Mangelhafte Nachverfugung: Eine geringe Festigkeit des Fugenmörtels, unzureichende Verdichtung oder übermäßiges Schwinden verringern die Tragfähigkeit des Fundaments, was dazu führt, dass die Schrauben im Betrieb ungleichmäßigen Zugkräften ausgesetzt sind.

(3) Probleme beim Betrieb und bei der Belastung

1. Übermäßige Vibrationen am Getriebe: Ungewöhnliche Schwingungen, die durch einen schlechten Zahneingriff, Lagerschäden, eine Fehlausrichtung der Kupplung oder eine dynamische Unwucht verursacht werden, gehören zu den wichtigsten Ursachen für das Lösen von Ankerbolzen und Ermüdungsbrüche.
2. Übermäßige Stoßbelastungen: Häufige An- und Auslaufvorgänge der Mühle, ungleichmäßiger Materialzufluss oder “Sättigungsmahlbedingungen” führen dazu, dass das Getriebe starken Stößen ausgesetzt ist, wobei die momentanen Spitzenbelastungen die Nennfestigkeit der Schrauben bei weitem übersteigen.
3. Ungleichmäßiges Abtriebsdrehmoment: Eine ungleichmäßige Verteilung der Mahlkörper oder eine Materialverlagerung im Inneren des Mühlengehäuses setzt das Getriebe periodisch wechselnden Drehmomenten aus, was unter Wechselbeanspruchung zu Ermüdungsbrüchen an den Schrauben führt.

(4) Fragen zur Wartung und Inspektion

1. Versäumnis, die Schrauben regelmäßig nachzuziehen: Nach der Inbetriebnahme der Anlagen lösen sich Schrauben häufig aufgrund von Vibrationen und Setzungen des Fundaments. Werden sie nicht wie erforderlich nachgezogen, lockern sie sich nach und nach weiter und brechen schließlich.
2. Wenn eine Lockerung nicht rechtzeitig erkannt wird: Bei Routineinspektionen wird der Zustand der Ankerbolzen vernachlässigt. Wenn sich einige Bolzen lösen, steigt die Belastung der benachbarten Bolzen stark an, was zu einer Kettenreaktion mit mehreren Bolzenbrüchen führt.
3. Nicht standardmäßiger Austausch: Es wird nur die gebrochene Schraube ausgetauscht, ohne auch andere Schrauben derselben Gruppe zu ersetzen, die möglicherweise bereits ermüdungsgeschädigt sind oder versteckte Mängel aufweisen. Die ungleichmäßige Spannungsverteilung führt dazu, dass die neu eingesetzte Schraube schon kurz darauf erneut bricht.

(5) Korrosion und Herstellungsfehler

1. Spannungskonzentration an der Gewindewurzel: Ein zu kleiner Verrundungsradius an der Gewindegrundfläche oder das Vorhandensein von Bearbeitungsspuren führt zur Entstehung von Spannungskonzentrationsstellen, die unter Wechselbeanspruchung leicht zu Ursachen für Ermüdungsrisse werden.
2. Wärmebehandlungsfehler: Unsachgemäße Abschreck- und Anlassverfahren führen entweder zu übermäßiger Härte (Sprödigkeit) oder unzureichender Festigkeit oder zum Auftreten einer entkohlten Schicht, wodurch die Ermüdungsfestigkeit verringert wird.
3. Korrosion: In feuchten Umgebungen oder in Umgebungen mit korrosiven Gasen kann der Gewindeabschnitt der Schraube rosten oder Spannungsrisskorrosion erleiden, was den Bruch beschleunigt.

II. Behandlungsmethoden

(1) Maßnahmen im Notfall

1. Halt zur Kontrolle: Sobald ein Bruch eines Ankerbolzens festgestellt wird, muss die Mühle sofort angehalten werden (falls ein Notstopp nicht möglich ist und ein kurzzeitiger Betrieb möglich ist, ist mit reduzierter Last bis zu einem geplanten Stillstand weiterzubetreiben). Die verbleibenden Bolzen und der Zustand des Reduzierstücks sind gründlich zu überprüfen.
2. Den abgebrochenen Bolzen herausdrehen:
   • Wenn das abgebrochene Ende über die Fundamentoberfläche hinausragt, entfernen Sie es mit einer Rohrzange oder einem speziellen Schraubenausdreher.
   • Wenn das abgebrochene Ende bündig mit der Fundamentoberfläche oder darunter liegt, verwenden Sie das Verfahren zur Rückgewinnung von Spänen mittels Umkehrbohrung: Bohren Sie zunächst mit einem Zentrierbohrer ein Zentrierloch, bohren Sie dann auf den entsprechenden Durchmesser auf und entfernen Sie schließlich den verbleibenden Schraubenschaft mit einem Gewindebohrer für Linksgewinde.
   • Sollte die abgebrochene Schraube stark verrostet sein und sich nicht entfernen lassen, bohren Sie in der Nähe ein neues Loch, schneiden Sie ein Gewinde hinein und setzen Sie eine neue Schraube ein.
3. Reinigen und reparieren: Entfernen Sie Öl, Rost und Fugenreste von der Fundamentoberfläche und der Unterseite des Reduzierstücks. Prüfen Sie die Ebenheit des Reduzierstücks und korrigieren Sie diese gegebenenfalls mit einem Winkelschleifer.
4. Durch neue Schrauben ersetzen:
   • Auswahlprinzip: Das Material und die Festigkeitsklasse der neuen Schrauben dürfen nicht unter den ursprünglichen Konstruktionsanforderungen liegen; im Allgemeinen werden hochfeste Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 oder 10.9 empfohlen.
   • Drehmomentsteuerung: Verwenden Sie ein Drehmomentschlüssel Zum Anziehen ist das vorgeschriebene Vorspannmoment schrittweise (in der Regel in 3–4 Schritten) und in symmetrischer Reihenfolge aufzubringen, um eine übermäßige oder ungleichmäßige Vorspannung durch Anziehen in einem einzigen Schritt zu vermeiden.
   • Sperrmaßnahmen: Verwenden Sie Doppelmuttern, Sicherungsmuttern mit Nyloneinsatz, Spiralock-Sicherungsgewinde oder anaerobe Klebstoffe (z. B. Loctite 243), um die Sicherung zu verbessern.

(2) Grundlegende Korrekturmethoden

1. Neu ausrichten und zentrieren:
   • Überprüfen und justieren Sie die Ausrichtung der Kupplung zwischen Motor und Getriebe sowie zwischen Getriebe und Mühle. Im Allgemeinen sollte die radiale Abweichung ≤ 0,05 mm und die axiale Abweichung ≤ 0,03 mm pro 100 mm betragen.
   • Überprüfen und korrigieren Sie außerdem die Rundlaufgenauigkeit zwischen der Hohlwelle und der Abtriebswelle des Getriebes.
2. Grundlegende Probleme angehen:
   • Sollte der Untergrund stark uneben sein, heben Sie den Übergangsstück an, ordnen Sie die Unterlegscheiben neu an (höchstens 3 Unterlegscheiben pro Gruppe, die punktgeschweißt sein müssen) und richten Sie das Übergangsstück mit einer Wasserwaage aus, um sicherzustellen, dass die Auflagefläche die Anforderungen an die Ebenheit erfüllt.
   • Verwenden Sie für die Nachinjektion schrumpffreier, hochfester Vergussmörtel (z. B. Epoxidmörtel oder hochfester Mörtel auf Zementbasis). Die Mörtelschicht sollte in der Regel 40–80 mm dick sein, und die Schrauben sollten erst angezogen werden, nachdem der Mörtel seine vorgesehene Festigkeit erreicht hat.
3. Vibrationsquellen beseitigen:
   • Überprüfen Sie den Zahneingriff im Getriebe und passen Sie das Spiel sowie das Kontaktmuster an (die Kontaktfläche sollte entlang der Zahnlänge ≥60% und entlang der Zahnhöhe ≥45% betragen).
   • Den Lagerverschleiß prüfen und beschädigte Lager gegebenenfalls austauschen.
   • Prüfen Sie, ob der Mühlenkörper ausgewuchtet ist und ob die Verteilung der Mahlkörper gleichmäßig ist.
4. Passstifte (Passschrauben) anbringen:
   • Installieren Passschrauben (Passstifte) an diagonalen Stellen am Reduzierstückfuß, um horizontale Scherkräfte aufzunehmen, sodass die Ankerbolzen nur einer axialen Zugkraft ausgesetzt sind, wodurch das Risiko eines Bolzenbruchs erheblich verringert wird.
   • Diese Maßnahme wird in der Regel zusammen mit einer Fundamentanpassung durchgeführt und liefert die zuverlässigsten Ergebnisse.
5. Die Steifigkeit des Fundaments verstärken:
   • Bei Betonfundamenten mit unzureichender Steifigkeit sollten zusätzliche Bewehrungsstäbe rund um das Fundament angebracht und die Dicke der Vergussschicht erhöht werden. Alternativ kann eine Übergangsplatte aus Stahl am Sockel angebracht werden, um die Lasten zu verteilen und die Gesamtsteifigkeit zu verbessern.

(3) Vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen

1. Einen regelmäßigen Zeitplan für Nachzieharbeiten festlegen:
   • Bei neu eingebauten oder überholten Getrieben müssen die Befestigungsschrauben nach 24 Stunden, 72 Stunden und eine Woche des Betriebs.
   • Im Normalbetrieb sollten Sie die Teile mindestens einmal im Monat überprüfen und nachziehen sowie entsprechende Aufzeichnungen führen.
2. Regelmäßige Schwingungsüberwachung:
   • Verwenden Sie ein einfaches Schwingungsmessgerät oder ein Online-Schwingungsüberwachungssystem, um die Schwingungsgeschwindigkeit des Getriebes regelmäßig zu messen (diese muss in der Regel ≤ 4,5 mm/s betragen). Sollte ein deutlicher Anstieg festgestellt werden, ermitteln Sie unverzüglich die Ursache.
   • Verwenden Sie ein Infrarot-Thermometer, um die Lagertemperaturen zu überprüfen und so zusätzliche Informationen für die Zustandsbeurteilung zu erhalten.
3. Erfassung und Frühwarnung:
   • Führen Sie ein Anlagenprotokoll, in dem Sie die jeweiligen Nachziehdrehmomente, den Austauschverlauf der Schrauben, Schwingungsdaten usw. festhalten. Eine Trendanalyse kann dabei helfen, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen.

III. Zusammenfassung

Ein Bruch eines Ankerbolzens ist selten ein isoliertes Problem; seine Ursachen hängen oft eng mit dem Zustand des Fundaments, der Ausrichtungsgenauigkeit und der Schwingungsbelastung zusammen. Daher sollte die Behebung des Problems nicht lediglich darin bestehen, “die Symptome zu bekämpfen”, indem man Schrauben austauscht; vielmehr sollte ein systematischer Ansatz verfolgt werden, der die Montagequalität, die Betriebsbedingungen und die Festigkeit des Fundaments berücksichtigt, um das Problem grundlegend zu lösen.