Was ist der Servicefaktor und warum gibt es ihn?
Der Servicefaktor (allgemein SF; in ISO 6336-Notation KA; in AGMA-Notation das Verhältnis CSF oder Ks) berücksichtigt die Tatsache, dass ein realer Stirnrad Das Antriebssystem überträgt Drehmomentspitzen, die das Nenndrehmoment überschreiten. Ein nominell 100 kW starker Motor, der ein Förderband antreibt, liefert keine konstanten 100 kW, sondern ein variables Drehmoment mit Spitzenwerten beim Anlauf (Anlaufdrehmoment 200–300 µT des Nenndrehmoments), bei Produktstaus (kurzzeitiges Blockierdrehmoment) und beim Anfahren mit einem voll beladenen Förderband. Jedes dieser transienten Ereignisse führt zu Materialermüdung, deren Rate proportional zur sechsten Potenz des Spitzendrehmoments (Kontaktermüdung) bzw. zur achten Potenz (Biegeermüdung) ist.
Für ein Stirnrad Bei einer Auslegung auf das exakte Nenndrehmoment (SF = 1,0) führt jede Drehmomentspitze über 100% zu einer schnelleren Ermüdungsschädigung als in der Auslegungsberechnung berücksichtigt. SF > 1,0 bietet die Sicherheitsmarge, die diese kurzzeitigen Spitzenwerte abdeckt. Die praktische Konsequenz: Gemäß ISO 6336 multipliziert KA die Nenntangentialkraft F_t auf die Stirnrad vor allen anderen Berechnungsschritten – ein Zahnrad mit KA = 1,5 muss also die 1,5-fache Tangentialkraft aufnehmen, was entweder einen größeren Modul, eine größere Zahnbreite, ein härteres Material oder eine Kombination davon erfordert.
AGMA-Lastklassifizierung – Der Branchenstandard
AGMA 2101 (und ihr Vorgänger AGMA 2001) klassifiziert Antriebssysteme in Kombinationen aus Antriebsquellencharakteristik und angetriebener Maschine. Für jede Kombination wird ein empfohlener Betriebsfaktor angegeben:
| Energiequellencharakter | Angetriebene Maschine: Gleichförmig | Angetriebene Maschine: Leichter Stoß | Angetriebene Maschine: Mittlerer Stoß | Angetriebene Maschine: Starker Stoß |
|---|---|---|---|---|
| Uniform (Elektromotor, Dampfturbine) | 1.00 | 1.25 | 1.50 | 1,75–2,00 |
| Leichter Stoßdämpfer (Mehrzylindermotor) | 1.25 | 1.50 | 1.75 | 2,00–2,25 |
| Mäßiger Stoß (Einzylindermotor) | 1.50 | 1.75 | 2.00 | 2,25–2,50 |
| Starker Stoß (Schlagpresse, Faustschlag) | 1.75+ | 2.00+ | 2.25+ | 2,50–3,00+ |
Antriebsmaschinenklassifizierung – Welche Kategorie?
| AGMA-Charakter | Anwendungsbeispiele | Schockcharakter |
|---|---|---|
| Uniform | Kreiselpumpen und Kompressoren; leichte Ventilatoren; Förderbänder mit konstanter Last; Generatoren | Last nahezu konstant; Start selten und unbelastet |
| Leichter Schock | Zentrifugalventilatoren und Gebläse; Förderbänder; Kranfahrwerke; allgemeine Werkzeugmaschinen; Druckmaschinen | Leichte Abweichungen; seltener Beginn mit geringer Last; keine gravierenden Auswirkungen |
| Mäßiger Schock | Kugelmühlen (leer); Werkzeugmaschinen zur Metallbearbeitung; Stirnrad Antriebe an Papierwalzen (unterbrochener Schnitt); Förderanlagen im Bergbau; Papierfabriken; große Ventilatoren | Mäßige Drehmomentschwankungen; periodische Be- und Entlastungszyklen; geringfügige Stöße beim Anfahren unter mäßiger Last |
| Starker Schock | Kugelmühlen (beladen); Brecherantriebe; große Stirnrad Offene Antriebsanlagen; Vorwalzgerüste; Baggerantriebe; schwere Stanzmaschinen; Zementöfen | Starke Drehmomentschwankungen; häufige schwere Anfahrvorgänge; Stoßbelastung; Möglichkeit kurzzeitiger Drehmomentumkehr |
ISO 6336 KA – Das Äquivalent im internationalen Standard
ISO 6336-1 definiert den Anwendungsfaktor KA als das Verhältnis der maximalen äußeren dynamischen Zahnradlast zur Nenntangentiallast am Teilkreis. Tabelle 1 der ISO 6336-1 enthält Richtwerte:
| Betriebszustand der Antriebsmaschine | Betriebszustand der angetriebenen Maschine | KA (ISO 6336) |
|---|---|---|
| Uniform | Uniform | 1.00 |
| Uniform | Mäßige Schocks | 1.25 |
| Uniform | Starke Stöße | 1.50 |
| Leichte Stromschläge | Uniform | 1.10 |
| Leichte Stromschläge | Mäßige Schocks | 1.35 |
| Leichte Stromschläge | Starke Stöße | 1.60 |
| Mäßige Schocks | Uniform | 1.25 |
| Mäßige Schocks | Mäßige Schocks | 1.50 |
| Mäßige Schocks | Starke Stöße | 1.75+ |
Sonderfälle, die einen höheren KA-Wert erfordern
Häufiges Anlaufen des Motors unter Last
Ein Standard-Drehstrom-Induktionsmotor erzeugt im Stillstand ein Anlaufdrehmoment von 150–300% des Nenndrehmoments – das volle Anlaufdrehmoment wird auf den Motor angewendet. Stirnrad Der Antriebsstrang wird bei jedem Motorstart beschädigt. Bei einem Antrieb, der 10–20 Mal täglich unter Volllast anläuft, können die Schäden durch die Motorstarts erheblich sein. Die Lösung: Dem Basis-KA-Wert wird je nach Anzahl der täglichen Starts und dem Anlaufdrehmoment-Multiplikator ein „Startfrequenzfaktor“ von 1,0–1,3 hinzugefügt. Korea Ever-Power fordert Informationen zur Startfrequenz für alle Antriebe an, die mehr als 5 Mal täglich anlaufen.
Umkehrantriebe
Wenn ein Stirnrad Bei einem Antrieb mit Drehrichtungsumkehr unter Last – Kranhebezeuge, Walzwerke im Rücklauf, Schiffsantrieb vorwärts/rückwärts – werden sowohl die Antriebs- als auch die Abtriebsflanke jedes Zahns abwechselnd auf Zug beansprucht. ISO 6336 reduziert die zulässige Biegespannung σ_F lim um den Faktor 0,7 für vollständig reversierende Biegebelastungen (YM = 0,7 in der Notation) im Vergleich zu unidirektionaler Belastung (YM = 1,0). Dies erfordert für einen reversierenden Antrieb im Vergleich zu einem unidirektionalen Antrieb mit gleichem Nenndrehmoment entweder einen größeren Modul, eine größere Zahnbreite oder ein härteres Material.
Notüberlastung – Beurteilung des maximalen Drehmoments
ISO 6336 verlangt außerdem, dass ein Stirnrad Die Zahnräder müssen eine festgelegte Notüberlastung (typischerweise 200–3001 TP3T des Nenndrehmoments für ein oder wenige Ereignisse) ohne Zahnbruch überstehen. Dies wird anhand der maximal zulässigen Biegespannung und nicht anhand der zulässigen Biegefestigkeit überprüft. Dabei wird ein statischer Sicherheitsfaktor S_F_stat ≥ 1,0 verwendet, der sich aus dem maximalen Überlastdrehmoment multipliziert mit dem statischen Überlastfaktor Y_S ergibt. Bei Zementmühlen mit Wiederanlaufereignissen bei eingefrorenem Schüttgut (Drehmoment bis zu 4001 TP3T des Nenndrehmoments) ist diese Überprüfung häufig ausschlaggebend für die Wahl des Zahnradmoduls und nicht die Überprüfung der Ermüdungsfestigkeit bei Nenndrehmoment.
Der häufigste Fehler bei der Wartung – Ignorieren des Anlaufdrehmoments des Motors
Der häufigste Fehler in Stirnrad Die Wahl des Betriebsfaktors behandelt einen Elektromotorantrieb als „gleichmäßig“, ohne die Anlaufdrehmomentcharakteristik des Motors zu berücksichtigen. Ein direkt anlaufender Käfigläufermotor (DOL) erzeugt beim Anlauf 250–350 TP3T des Nenndrehmoments. Läuft der Antrieb 3–5 Mal pro Tag an, bedeutet dies, dass das Getriebe täglich ca. 3–5 Drehmomentspitzen mit dem 2,5–3,5-Fachen des Nenndrehmoments erfährt – entsprechend einer AGMA-Klassifizierung „Mäßige Stoßbelastung“, nicht „gleichmäßig“. Die Wahl von KA = 1,0 für einen solchen Antrieb führt direkt zu vorzeitiger Zahnermüdung nach 30–50 TP3T der berechneten Lebensdauer.
Die Lösung: Entweder wird eine Anlaufdrehmomentkorrektur auf den Betriebsfaktor angewendet oder ein Sanftanlaufgerät oder ein Frequenzumrichter (VFD) spezifiziert, der das Anlaufdrehmoment des Motors auf 100–120% des Nenndrehmoments begrenzt – wodurch der tatsächliche Antrieb in eine echte „gleichförmige“ Quelle umgewandelt wird, die KA = 1,0–1,25 rechtfertigt.
Referenz für anwendungsspezifische Servicefaktoren
| Anwendung | Typischer KA | Hauptfahrer |
|---|---|---|
| Kreiselpumpe (konstanter Durchfluss, VFD-Start) | 1,00–1,10 | Uniform Stirnrad Antrieb + gleichmäßige Last; Frequenzumrichter eliminiert Anlaufschock |
| Industrielüfter, Radialgebläse (Direktstart) | 1,25–1,50 | DOL-Motorstart bei 250% Drehmoment; Lüfterträgheit verlängert die Anlaufphase |
| Allgemeines Förderband, gurtgetrieben (Start unter Last) | 1,25–1,50 | Anlauf unter Last; Produktstaus; Bandschlupfereignisse |
| CNC-Werkzeugmaschine, Druckpresse | 1.25 | Servogesteuert mit Drehmomentbegrenzung; stoßarm |
| Förderkorb für Gruben | 1,50–2,00 | Häufige Starts unter Volllast; Seilreißereignisse |
| Kugelmühle, SAG-Mühle | 2,00–2,50 | Kugelladungsausfall; Wiederanlauf der eingefrorenen Ladung; periodische Überlastung |
| Backenbrecher, Prallbrecher | 2.00–3.00 | Direkte Stoßbelastung am Felseintritt; Ereignisse mit Fremdkörpern |
| Vorwalzgerüst | 1,75–2,25 | Stoß beim Einführen des Rohlings; Geschwindigkeitsanpassungsfehler |
| Hauptantrieb für Schiffe (zwei Motoren) | 1,50–2,00 | Unregelmäßigkeiten des Motordrehmoments; Notstopps; Rangierlasten |
| Windturbinengetriebe (gemäß AGMA 6006) | Spektrumbasiert (nicht einzelne KA) | AGMA 6006 erfordert eine vollständige Lastspektrumanalyse – eine einzelne kA-Messung ist unzureichend. |
Korea Ever-Power – Dokumentation zum Servicefaktor bei jeder Bestellung
Richtige Auswahl des Servicefaktors für diese schwere Industrieanlage Stirnrad Für den Antrieb sind die Eigenschaften der Energiequelle (Elektromotor mit Direktanlauf oder Sanftanlauf), die Eigenschaften der angetriebenen Maschine (Stoßfestigkeit) und etwaige Sonderereignisse (häufiges Anlaufen, Drehrichtungsumkehr, Notüberlastung) zu kennen. Alle vier Faktoren müssen angegeben werden, bevor die Getriebespezifikation bestätigt wird.
Korea Ever-Power erfragt von seinen Kunden die folgenden Informationen für alle schrägverzahntes Zahnrad Bei Anwendungen, die das Anlaufen unter Last, Stoßbelastung oder Umkehrung beinhalten, sind folgende Angaben erforderlich: Art der Energiequelle (Motortyp, Anlaufverfahren), Art der angetriebenen Maschine und Stoßklassifizierung, tägliche Anlaufhäufigkeit, Vorhandensein von Umkehrlasten und bekannte Spitzenlastereignisse. Diese Informationen dienen zur Bestimmung des KA-Wertes für die Berechnung der Getriebebelastbarkeit. Dieser Wert legt direkt den minimal erforderlichen Modul und die Werkstoffgüte für die angegebene Lebensdauer fest. Hersteller von StirnrädernKorea Ever-Power gibt den angewendeten KA-Wert in der Dokumentation der Getriebebestellung an, sodass die vollständige technische Grundlage für die Getriebespezifikation transparent und nachvollziehbar ist. Durchsuchen Sie die Produktpalette an Stirnradgetrieben für Standard- und kundenspezifische Industriegetriebe.
Häufig gestellte Fragen
Ja – vorausgesetzt, der Frequenzumrichter ist so programmiert, dass er das Anlaufdrehmoment beim Anfahren und Anhalten auf 100–1201 TP3T des Nenndrehmoments begrenzt und die angetriebene Maschine eine gleichmäßige Lastcharakteristik aufweist. Ein Frequenzumrichter eliminiert den Anlaufdrehmomentstoß des Direktantriebsmotors und sorgt so aus Sicht der AGMA-Energiequelle für einen wirklich „gleichmäßigen“ Antrieb. Verursacht die angetriebene Maschine jedoch selbst Stöße (z. B. Brecher, Mühle), ist der KA-Beitrag der angetriebenen Maschine unabhängig von der Energiequelle relevant. Ein Frequenzumrichter, der eine Kugelmühle antreibt, stellt die Kombination aus gleichmäßiger Energiequelle und stoßbelastender Maschine dar, die gemäß AGMA weiterhin einen KA-Wert von ca. 1,75 erfordert.
KA wirkt sich direkt aus Stirnrad Bei der Berechnung der Dauerfestigkeit spielen Größe und Werkstoffgüte eine entscheidende Rolle, nicht die DIN-Genauigkeitsklasse. Die DIN-Genauigkeitsklasse wird durch die Drehzahl- und Geräuschanforderungen bestimmt. Allerdings lassen sich Zahnräder mit größerem Modul (erforderlich für höhere KA-Werte) in einer bestimmten DIN-Klasse mitunter leichter realisieren, da die absoluten Toleranzwerte mit dem Modul skalieren. Stirnrad Das Zahnrad M10 DIN Klasse 6 weist größere absolute Profil- und Steigungstoleranzen auf als ein Zahnrad M5 DIN Klasse 6 – wodurch die Fertigung des M10-Zahnrads in der geforderten Klasse etwas einfacher wird. Dies ist jedoch ein Nebeneffekt und rechtfertigt keine Änderung der DIN-Klassenspezifikation.
KA berücksichtigt externe Lastschwankungen von der Stirnrad Antriebssystem – Lasten, die durch die Energiequelle oder die Eigenschaften der angetriebenen Maschine (Stoß, Anlauf, Umkehr) entstehen. Der KV-Wert berücksichtigt innere dynamische Lasten – die zusätzlichen Zahnkräfte, die durch den Übertragungsfehler des Zahnradpaares und die Masse-Feder-Dynamik des Getriebesystems bei Betriebsdrehzahl entstehen. Beide multiplizieren die Nenntangentialkraft bei der Berechnung der Tragfähigkeit. Bei niedriger Umfangsgeschwindigkeit ( 20 m/s) kann der KV-Wert für ein Zahnrad der DIN-Klasse 8 1,4–1,8 erreichen. Stirnrad Bei der Bewertung werden KA × KV × KH × KF als kombinierte Faktoren verwendet – nicht nur KA allein.
Ja – wenn die Stirnrad Da die Ausfallursache Lochfraß oder Zahnfußbiegeermüdung bei weniger als 50% der berechneten Lebensdauer war, war der Auslegungswert für die Drehmomentfestigkeit (KA) wahrscheinlich zu niedrig für die tatsächlichen Betriebslasten. Der Ausfallanalysedienst von Korea Ever-Power (siehe Artikel zur Ausfallanalyse) ermittelt die Ausfallursache und vergleicht die erforderliche Drehmomentfestigkeit (KA) bei der beobachteten Ausfalllebensdauer mit der ursprünglich spezifizierten KA. Sind die tatsächlichen Drehmomentspitzen bekannt, kann der Austausch Stirnrad Die korrekte KA-Zahl wird ab der ersten Bestellung festgelegt. Sind die tatsächlichen Belastungen unbekannt, wird eine instrumentierte Drehmomentmessung über zwei Wochen im Normalbetrieb empfohlen, bevor das Ersatzteil spezifiziert wird – andernfalls kann das neue Zahnrad im gleichen Zeitraum ausfallen.
Bestätigen Sie den korrekten Servicefaktor für Ihre Stirnradanwendung.
Geben Sie bitte Ihre Energiequellenart, die Eigenschaften der angetriebenen Maschine, die tägliche Anlaufhäufigkeit und etwaige Spitzenlastereignisse an. Korea Ever-Power ermittelt den korrekten KA-Wert, zeigt die daraus resultierenden Modul- und Materialanforderungen an und dokumentiert die Grundlage in der Auftragsbeschreibung – für vollständige Nachvollziehbarkeit der Berechnung der Ermüdungslebensdauer.
AGMA 2101-Klassifizierung · ISO 6336 KA · Anlauffrequenzkorrektur · Umkehrlastfaktor · KA in jeder Bestellung dokumentiert
Herausgeber: Cxm
