Was sind Radial- und Axiallasten bei Getrieben?

Was sind Radiallast und Axiallast bei Getrieben?

Radiallast und Axiallast bei Getrieben sind zwei Arten externer Kräfte, die direkt auf die Abtriebswelle wirken. Dies sind Parameter, die neben Motorleistung, Übersetzung und Drehmoment bei der Auswahl eines Getriebes überprüft werden müssen.

Ein Getriebe kann zwar das erforderliche Drehmoment liefern, aber dennoch vorzeitig ausfallen, wenn Kettenräder, Riemenscheiben, Trommeln oder Lastmechanismen Kräfte erzeugen, die die Belastbarkeit der Welle und der Lager überschreiten. Häufige Folgen sind überhitzte Lager, Vibrationen, erhöhtes Spiel, Ölleckagen oder Verformungen der Abtriebswelle.

Was ist eine Radiallast bei Getrieben?

Die Radiallast bei Getrieben ist eine Kraft, die senkrecht zur Mittellinie der Abtriebswelle wirkt. Das üblicherweise verwendete Symbol ist FR.

Äquivalente Fachbegriffe sind:

• Radial load

• Overhung load

• OHL

• Radial force

Radiallasten entstehen typischerweise, wenn an der Getriebewelle folgende Komponenten montiert sind:

• Kettenräder

• Riemenscheiben

• Zahnräder

• Trommeln

• Räder

• Antriebselemente, die versetzt zum Lager montiert sind

Wenn ein Getriebe beispielsweise ein Förderband über ein Kettenrad antreibt, erzeugt die Kettenspannung eine Querkraft auf die Welle. Wenn diese Kraft zu groß ist, kann sich die Welle verbiegen und die Abtriebslager werden überlastet.

Was ist eine Axiallast bei Getrieben?

Die Axiallast ist eine Kraft, die parallel zur Wellenachse wirkt. Das üblicherweise verwendete Symbol ist FA.

Äquivalente Fachbegriffe sind:

• Axial load

• Thrust load

• Axial force

Axiallasten können auftreten bei:

• Schneckenförderern

• Rührwerken mit Schubkraft

• Press- oder Schubmechanismen

• Schrägverzahnungen

• Kegelrädern

• Zug- oder Druckbelastungen der Welle

• Falsch ausgerichteten Kupplungen in axialer Richtung

Die Axialkraft wirkt direkt auf die Axiallager, die Welle und die internen Positionierungselemente im Getriebe.

Vergleich von Radiallast und Axiallast

Warum ist die Position von Kettenrädern und Riemenscheiben so wichtig?

Die Radiallast hängt nicht nur von der Größe der Kraft ab, sondern auch vom Abstand des Kraftangriffspunkts zum Abtriebslager.

Grundlegender Zusammenhang:

Biegemoment = Radiallast × Kraftangriffsabstand

Je weiter das Kettenrad oder die Riemenscheibe von der Wellenschulter entfernt montiert ist, desto größer ist das Biegemoment. Daher kann bei gleicher Last die Lebensdauer von Welle und Lager durch unterschiedliche Montagearten erheblich variieren.

Bei der Montage sollte beachtet werden:

• Montieren Sie das Kettenrad oder die Riemenscheibe so nah wie möglich an der Wellenschulter.

• Lassen Sie die Nabe nicht zu weit über das Wellenende hinausragen.

• Spannen Sie Riemen und Ketten korrekt.

• Führen Sie vor der Inbetriebnahme eine genaue Ausrichtung durch.

• Schlagen Sie Kettenräder oder Riemenscheiben nicht mit einem Hammer auf die Welle.

• Verwenden Sie bei langen Wellen oder hohen Lasten ein zusätzliches Außenlager.

Vorläufige Berechnung der Kraft auf Kettenräder oder Riemenscheiben

Die zur Drehmomentübertragung erforderliche Umfangskraft kann mit folgender Formel abgeschätzt werden:

Ft = 2T / d

Dabei gilt:

• Ft: Umfangskraft in N

• T: Drehmoment an der Welle in Nm

• d: Wirkdurchmesser in m

Wenn der Durchmesser in Millimetern eingegeben wird:

Ft = 2.000 × T / d

Beispiel für die Berechnung der Kraft auf ein Kettenrad

Ein Getriebe weist folgende Daten auf:

• Abtriebsdrehmoment: 200 Nm

• Wirkdurchmesser des Kettenrads: 200 mm

Umfangskraft:

Ft = 2.000 × 200 / 200 = 2.000 N

Der Wert von 2.000 N ist die zur Drehmomentübertragung erforderliche Umfangskraft. Dies entspricht nicht zwangsläufig der tatsächlichen Radiallast, die auf das Lager wirkt.

Die tatsächliche Last hängt zudem ab von:

• Der Zugkraft im Last- und Leertrum der Kette

• Der Vorspannung des Riemens

• Dem Gewicht von Kettenrad, Riemenscheibe oder Trommel

• Dem Umschlingungswinkel

• Der Zähnezahl des Kettenrads

• Stoßbelastungen

• Dem Abstand des Kraftangriffspunkts zur Wellenschulter

Nach Ermittlung der tatsächlichen Last muss diese mit den zulässigen Lastgrenzen des jeweiligen Getriebemodells abgeglichen werden.

Können Radiallast und Axiallast gleichzeitig auftreten?

Ja. In vielen Mechanismen ist die Abtriebswelle gleichzeitig folgenden Belastungen ausgesetzt:

• Drehmoment

• Radiallast

• Axiallast

• Biegemoment

• Stoßbelastung

• Wechselbelastung

Wenn FR und FA gleichzeitig auftreten, kann die Tragfähigkeit des Lagers geringer sein als bei Vorliegen nur einer Kraftart.

Es sollte kein festes Verhältnis zwischen Radial- und Axiallast für alle Getriebe angewendet werden. Die Tragfähigkeit hängt ab von:

• Der Getriebegröße

• Dem Wellendurchmesser

• Art und Größe der Lager

• Dem Abstand zwischen den Lagern

• Der Position des Kraftangriffs

• Der Zug- oder Druckrichtung

• Der Einbaulage

• Der Abtriebsdrehzahl

• Der Betriebsdauer

• Dem Grad der Stoß- und Wechselbelastung

Anzeichen für eine Überschreitung der externen Lastgrenzen

Bei übermäßiger Radial- oder Axiallast können am Getriebe folgende Probleme auftreten:

• Ungewöhnliche Erwärmung der Lager

• Vibrationen am Wellenende

• Summ- oder Klopfgeräusche

• Durchbiegung der Abtriebswelle

• Erhöhtes Wellenspiel

• Exzentrischer Lauf des Wellendichtrings

• Ölleckage

• Ungleichmäßiger Verschleiß der Zahnräder

• Verkürzte Lebensdauer der Lager

• Verformung oder Bruch der Welle

Diese Phänomene werden leicht mit Ölmangel oder Getriebeschäden verwechselt. Die tatsächliche Ursache kann jedoch eine zu hohe externe Last oder eine zu weit vom Wellenabsatz entfernte Montage der Antriebskomponenten sein.

Wann ist ein externes Lager erforderlich?

Der Einsatz eines externen Lagers sollte in Betracht gezogen werden, wenn:

• Trommeln oder Riemenscheiben ein hohes Eigengewicht aufweisen

• Kettenräder weit vom Wellenabsatz entfernt montiert sind

• Die Lastwelle lang ist

• Der Riemen eine hohe Vorspannung erfordert

• Die Kette Stoßbelastungen ausgesetzt ist

• Die Maschine häufig die Drehrichtung wechselt

• Das Getriebe die gesamte Last direkt trägt

• Die Radiallast die Tragfähigkeit der Abtriebslager überschreitet

Ein externes Lager hilft dabei, die Kräfte auf die Maschinenstruktur zu übertragen und entlastet so die Welle und die Lager des Getriebes.

Das externe Lager muss konzentrisch zur Welle ausgerichtet sein. Bei exzentrischer Montage kann das Lager zusätzliche Lasten erzeugen, anstatt diese zu reduzieren.

Methoden zur Reduzierung der Radiallast am Getriebe

Folgende Maßnahmen können angewendet werden:

1. Vergrößerung des Durchmessers von Kettenrädern oder Riemenscheiben, sofern die Maschinenbedingungen dies zulassen.

2. Montage der Antriebskomponenten nahe am Wellenabsatz.

3. Korrektes Einstellen der Riemen- und Kettenspannung.

4. Verwendung von Direktkupplungen, wo dies geeignet ist.

5. Installation separater Lager für Trommeln, Riemenscheiben oder lange Wellen.

6. Reduzierung von Stoßbelastungen beim Anlauf.

7. Wahl eines Getriebes mit stärkerer Welle und größeren Lagern.

8. Überprüfung der Konzentrizität zwischen Getriebe und Maschinenwelle.

9. Vermeidung der vollständigen Lastaufnahme durch das Getriebe.

10. Neuberechnung bei Änderungen des Durchmessers von Kettenrädern oder Riemenscheiben.

Erforderliche Informationen für die Getriebeauswahl

Zur Überprüfung der Radial- und Axiallasten sind folgende Angaben erforderlich:

• Motorleistung und Drehzahl

• Übersetzungsverhältnis

• Abtriebsdrehzahl

• Lastmoment

• Lastart: gleichmäßig, stoßartig oder reversierend

• Auf der Welle montierte Komponenten

• Durchmesser von Kettenrädern, Riemenscheiben oder Zahnrädern

• Abstand vom Kraftangriffspunkt zum Wellenabsatz

• Riemen- oder Kettenspannung

• Gewicht der Riemenscheibe oder Trommel

• Axiallast in Zug- oder Druckrichtung

• Montageart: Fuß- oder Flanschmontage

• Tägliche Betriebsdauer

• Anzahl der Anläufe oder Drehrichtungsumkehrungen

Bei Getriebemotoren und Getrieben von DSK, Nara Samyang oder NK ist die Auswahl gemäß dem spezifischen Modell, den Wellenabmessungen und den tatsächlichen Einbaubedingungen zu treffen.

Häufig gestellte Fragen

Erzeugen Kettenräder eine Radiallast?

Ja. Die Kettenspannung wirkt auf das Kettenrad und erzeugt eine Kraft senkrecht zur Abtriebswelle des Getriebes.

Beeinflussen Riemenscheiben die Lager von Getrieben?

Ja. Eine zu hohe Riemenspannung oder eine zu weit vom Wellenabsatz entfernte Montage der Riemenscheibe erhöht die Radiallast und das Biegemoment, was zu einer schnellen Erwärmung oder zum Verschleiß der Lager führt.

Erzeugen Kupplungen eine Radiallast?

Korrekt ausgerichtete Kupplungen erzeugen in der Regel nur geringe externe Lasten. Versatz, Winkelfehler oder axiale Verspannungen der Wellen können jedoch die Belastung auf Welle und Lager erhöhen.

Hilft eine Vergrößerung des Kettenraddurchmessers bei der Lastreduzierung?

Bei gleichbleibendem Drehmoment reduziert eine Vergrößerung des Wirkdurchmessers des Kettenrads die erforderliche Umfangskraft. Dennoch müssen Kettengeschwindigkeit, Einbaumaße und die Gesamtlast des Mechanismus überprüft werden.

Wie hoch ist die zulässige Axiallast eines Getriebes?

Es gibt keinen universellen Wert für alle Getriebe. Die Belastbarkeit hängt vom Modell, der Wellenausführung, der Lagerkonstruktion, der Einbaulage, der Kraftrichtung und den Betriebsbedingungen ab.

Ist die Auswahl eines Getriebes nur nach Drehmoment ausreichend?

Nein. Neben dem Drehmoment müssen Radiallast, Axiallast, Lastfaktor, Drehzahl, Krafteinleitungspunkt und Betriebsdauer berücksichtigt werden.

MDriveTech Beratung zur Getriebeauswahl

MDriveTech unterstützt bei der Auswahl von Getriebemotoren sowie DSK-, Nara Samyang- und NK-Getrieben für:

• Förderbänder

• Schneckenförderer

• Rührwerke

• Verpackungsmaschinen

• Trommelwickler

• Hebezeuge

• Industrielle Antriebssysteme

Für eine präzise Überprüfung sollten Kunden Bilder der Maschine, das Motortypenschild, die Abtriebsdrehzahl, das Lastmoment, die Abmessungen von Kettenrad oder Riemenscheibe sowie Zeichnungen der Einbausituation bereitstellen.

Hotline: 0868 789 647
E-Mail: [email protected]

Fazit

Radiallasten wirken senkrecht zur Welle, während Axiallasten parallel zur Wellenmittellinie wirken. Beide beeinflussen direkt die Lager, die Welle, die Wellendichtringe und die Lebensdauer des Getriebes.

Bei der Getriebeauswahl sollten nicht nur Leistung, Übersetzung und Drehmoment geprüft werden. Es ist entscheidend, externe Lasten, die Position von Kettenrad oder Riemenscheibe, den Abstand zum Wellenabsatz und die tatsächlichen Betriebsbedingungen zu bestimmen, um das richtige Modell auszuwählen.