Ein Produktionsingenieur in einer koreanischen Industriebäckerei spezifizierte einen Ersatz für ein defektes Antriebskette Sie untersuchte den Antrieb einer Teigknetmaschine. Sie nahm das Typenschild des Motors – 7,5 kW bei 1450 U/min –, wandte den ANSI-Betriebsfaktor von 1,3 für moderate Stoßbelastung an, wählte eine passende Kette in der Auswahltabelle aus und bestellte sie. Die Ersatzkette fiel nach 1100 Stunden an derselben Stelle aus, was fast exakt der Lebensdauer der Originalkette entsprach. Die Kettenauswahl war technisch korrekt für eine Standardanwendung mit moderater Stoßbelastung. Nicht berücksichtigt wurde jedoch, dass die Teigknetmaschine dreimal pro Schicht unter Volllast – mit kaltem, festem Teig – anläuft und jedes Anlaufmoment in den ersten 2–3 Sekunden etwa das Vierfache des Betriebsdrehmoments erreicht. Das ANSI-Betriebsfaktorsystem gilt für stationäre und moderate zyklische Lasten; es erfasst keine Anlauflasten. Eine Auslegung des Antriebs für das Anlaufdrehmoment anstelle des Betriebsdrehmoments hätte eine zwei Größen größere Kette oder eine vorgeschaltete Flüssigkeitskupplung zur Begrenzung des Anlaufdrehmoments erfordert. Beide Optionen wurden nicht in Betracht gezogen, da die Anlaufbedingungen in der Berechnung nicht berücksichtigt wurden.
Die richtige auswählen Antriebskette Es erfordert die Bearbeitung von vier verschiedenen technischen Fragestellungen nacheinander, wobei jede Frage für den tatsächlichen Betriebsbedingungen – nicht für die Nennbedingungen – beantwortet werden muss. Diese Anleitung beschreibt die Vorgehensweise für jeden Schritt.
Schritt 1 – Korrigierte Auslegungsleistung bestimmen
Das Auswahlverfahren nach ANSI B29.1 beginnt mit der korrigierten Auslegungsleistung. Diese ergibt sich aus der Nennleistung des Motors multipliziert mit einem Betriebsfaktor, der die Lastcharakteristik der angetriebenen Maschine berücksichtigt. Die veröffentlichten ANSI-Betriebsfaktoren sind:
| Lastart | Ladecharakter | ANSI-Servicefaktor | Typische Ausrüstungsbeispiele |
|---|---|---|---|
| Glatt | Gleichmäßiges Drehmoment, keine Pulsationen | 1.0 | Kreiselpumpen, Ventilatoren, Flüssigkeitsrührwerke |
| Mäßiger Schock | Zyklisch oder pulsierend, gelegentliche Spitzen | 1,3–1,5 | Förderbänder, Teigknetmaschinen, Werkzeugmaschinen |
| Starker Schock | Schwere, intermittierende Spitzen, Umkehrungen | 1,7–2,0 | Gesteinsbrecher, Pressen, Kompressoren (Hubkolbenkompressoren) |
Über den Standard-Servicefaktor hinaus gelten in bestimmten Fällen zwei weitere Multiplikatoren: a Mehrstrangfaktor (Beim Betrieb von Duplex- oder Triplexketten wird die Nennleistung mit 1,7 bzw. 2,5 multipliziert, anstatt sie einfach zu verdoppeln oder zu verdreifachen, da die Adern die Last nicht perfekt gleichmäßig verteilen); und ein Leerlaufritzelfaktor (Eine einfache Umlenkrolle auf der Leerlaufseite reduziert die Nennleistungskapazität aufgrund des zusätzlich eingeführten Biegeermüdungszyklus um etwa 10–15%).
Schritt 2 – Wählen Sie die Kettenteilung aus der Leistungstabelle.
Das Verhältnis zwischen Übersetzungsverhältnis, Wellendrehzahl und Drehmoment ist grundlegend für die korrekte Wahl der Kettenteilung.
Die ANSI B29.1-Leistungsdiagramme ordnen jeder Kombination aus korrigierter Auslegungsleistung (kW) und Drehzahl des kleinen Kettenrads (U/min) eine empfohlene Kettenteilung zu. Das Diagramm ist in Bereiche unterteilt – jeder Bereich ist durch eine minimale und maximale Drehzahl bei der Nennleistung der Kette für jede Teilung begrenzt. Die korrekte Teilung ist diejenige, deren Bereich den Auslegungspunkt (Schnittpunkt von Leistung und Drehzahl) enthält.
Zwei Auswahlregeln, die das Diagramm allein nicht vermittelt: Erstens, wenn der Auslegungspunkt nahe der Grenze zwischen zwei Teilungsbereichen liegt, wählen Sie immer die kleinere Teilung und prüfen Sie, ob Doppelstrangbetrieb bei der kleineren Teilung dem Einzelstrangbetrieb bei der größeren vorzuziehen ist. Zweitens, bei niedrigen Drehzahlen (unter ca. 100 U/min am kleinen Kettenrad) sind die im Diagramm angegebenen Leistungswerte konservativ, da die Schmierfilmbildung grenzwertig wird. Bei sehr niedrigen Drehzahlen ist es daher unabhängig von der Diagrammgrenze ratsam, die nächstgrößere Größe als im Diagramm angegeben zu wählen und eine kontinuierliche Schmierung vorzusehen.
| Kettenteilung | Praktischer Drehzahlbereich (U/min) | Nennleistung bei 500 U/min (kW, 17T) | Nennleistung bei 1450 U/min (kW, 17T) | Empfohlene Maximaldrehzahl (U/min, 17T) |
|---|---|---|---|---|
| #35 (9,525 mm) | 400–3.000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40 (12,70 mm) | 200–2.500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50 (15,875 mm) | 150–2.000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60 (19,05 mm) | 100–1.800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80 (25,40 mm) | 60–1.200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100 (31,75 mm) | 40–900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120 (38,10 mm) | 30–700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
Alle Leistungsangaben in dieser Tabelle gelten für einsträngige Ketten mit 17 Zähnen und Tropfschmierung Typ 2. Die tatsächliche Nennleistung steigt mit der Zähnezahl (17T → 21T erhöht die Tragfähigkeit um ca. 181 TP3T) und sinkt bei unzureichender Schmierung (manuelle Schmierung bei Nenndrehzahl reduziert die effektive Tragfähigkeit um 30–40 TP3T gegenüber dem Wert für Typ 2). Die Tabelle dient als Ausgangspunkt für die Kettenauswahl, nicht als endgültige Richtlinie – vergleichen Sie die Angaben immer mit der vom Hersteller veröffentlichten Auswahltabelle für die jeweilige Kettensorte.
Schritt 3 – Anzahl der Kettenradzähne auswählen und Übersetzungsverhältnis bestätigen
Sobald die Kettenteilung feststeht, wird die Zähnezahl des Kettenrads so gewählt, dass das erforderliche Übersetzungsverhältnis erreicht wird. Die Formel für das Übersetzungsverhältnis ist bei Kettenantrieben aufgrund des formschlüssigen Eingriffs exakt.
Drei Regeln zur Zähnezahl, die die Antriebsqualität über das Übersetzungsverhältnis hinaus beeinflussen:
ANSI B29.1 gibt 17 Zähne als praktisches Minimum für einen ruhigen und leisen Betrieb an. Bei weniger als 17 Zähnen überschreitet die durch den Polygoneffekt bedingte Drehzahlabweichung ±1,7%, was zu hörbaren Geräuschen und messbaren Drehzahlschwankungen führt. Bei weniger als 13 Zähnen sinkt der Umschlingungswinkel des kleinen Kettenrads unter 120°, wodurch sich die Anzahl der im Eingriff befindlichen Zähne verringert und die angegebenen Nennleistungen reduziert werden müssen. Verwenden Sie mindestens 17 Zähne am Antrieb; 21 Zähne oder mehr für Präzisions-Indexier- und servogekoppelte Antriebe.
Die Verwendung einer ungeraden Zähnezahl an einem Kettenrad und einer geraden an dem anderen stellt sicher, dass jede Rolle jeden Zahn ihres Kettenrads berührt, anstatt wiederholt denselben Zahn zu berühren. Dadurch verteilt sich der Verschleiß über den gesamten Kettenradumfang, anstatt sich auf den Teil der Zähne zu konzentrieren, der von denselben Rollen wiederholt berührt würde. Dieser Effekt ist am deutlichsten, wenn die Kettenlänge ein Vielfaches der Teilung ist – die Vermeidung dieses „Zahn-Jagd“-Verhaltens durch die Verwendung von Zähnezahlen mit einem gemeinsamen Faktor von 1 führt zu einer messbar gleichmäßigeren Verschleißverteilung.
ANSI B29.1 empfiehlt ein maximales Übersetzungsverhältnis von 7:1 für einstufige Antriebe. Oberhalb dieses Verhältnisses sinkt der Umschlingungswinkel des kleinen Kettenrads so weit ab, dass die Kettenspannung ohne Kettenspanner nicht mehr zuverlässig aufrechterhalten werden kann. Praktischerweise lassen sich Übersetzungen über 5:1 in einer einstufigen Übersetzung in der Regel besser mit einem zweistufigen Kettenantrieb oder einer kombinierten Ketten-Getriebe-Anordnung realisieren – das für ein Übersetzungsverhältnis von 7:1 bei üblichen Wellendrehzahlen erforderliche große Antriebskettenrad ist bei mittleren und großen Kettenteilungen physikalisch nicht praktikabel.
Schritt 4 – Mittenabstand, Kettenlänge und Durchhangseinstellung
Der empfohlene Achsabstand für Standard-Horizontalkettenantriebe beträgt das 30- bis 50-fache der Kettenteilung. Für eine ANSI #60-Kette mit einer Teilung von 19,05 mm ergibt sich daraus ein empfohlener Bereich von 571–952 mm. Ein Achsabstand von weniger als 30 Teilungen verringert den Umschlingungswinkel am kleinen Kettenrad; ein Abstand von mehr als 50 Teilungen führt zu einer großen freien Spannweite auf der losen Seite, die in bestimmten Drehzahlbereichen Resonanzschwingungen verursacht. In beiden Extremfällen sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich – ein Kettenspanner bei geringen Achsabständen, eine Kettenführung oder ein Schwingungsdämpfer bei großen Spannweiten.
Die Kettenlänge in Teilungen (Gliedern) berechnet sich wie folgt:
Runden Sie das Ergebnis auf die nächste gerade Zahl, um ein standardmäßiges durchgehendes Verbindungsglied zu ermöglichen (halbe oder versetzte Glieder sind schwächer und sollten außer bei leichten Anwendungen vermieden werden). Der Achsabstand wird dann leicht angepasst, um die durchgehende Kette aufzunehmen – verringern Sie den Achsabstand beim Abrunden und erhöhen Sie ihn beim Aufrunden.
Bei einem horizontalen Antrieb sollte der Kettendurchhang auf der losen Seite etwa 21 TP3T der Achsabstände betragen. Bei einem Antrieb mit 600 mm Achsabstand beträgt der korrekte Durchhang – gemessen in der Mitte des unteren Kettenlaufs bei stillstehendem Antrieb – etwa 12 mm. Eine zu straffe Kette erhöht die Lagerbelastung und führt zu höherer Wärmeentwicklung; eine zu geringe Spannung lässt die lose Seite flattern und erhöht die Aufprallgeschwindigkeit der Rollen am Antriebsritzel. Bei Antrieben mit vertikalem oder geneigtem Kettenlauf reduziert sich der erforderliche Kettendurchhang auf 0–11 TP3T der Achsabstände, da die Schwerkraft die Kettenspannung im unteren Bereich unterstützt.
Schritt 5 – Auswahl des Schmiersystems passend zur Nennleistung
Die ANSI-Leistungstabellen sind für bestimmte Schmierstoffarten veröffentlicht. Die Verwendung eines Schmierstoffs mit geringerer Güte als der empfohlenen reduziert die effektive Leistung gegenüber dem Tabellenwert. Dies ist der am häufigsten vernachlässigte Aspekt bei der Auswahl von Kettenantrieben, da die Entscheidung über den Schmierstoff oft unabhängig von der Kettendimensionierung – von der Instandhaltungstechnik nach Abschluss der mechanischen Konstruktion – getroffen wird.
Bei Antriebskettensystemen, die in kontrollierten industriellen Umgebungen eingesetzt werden, ist die Auswahl des Schmiersystems ebenso wichtig wie die Auswahl der Kettengröße.
| Schmierstoffart | Verfahren | Anwendbare Drehzahl (U/min, kleines Ritzel) | Leistungskapazität vs. Nennleistung |
|---|---|---|---|
| Typ 1 — Manuell | Regelmäßiges Bürsten oder Ausdrücken der Flasche zur Lockerung der schlaffen Seite | Unter 200 U/min | 60–70% der Nennleistung |
| Typ 2 — Tropf | Dosiertes Öl tropft vom Reservoir zur Kette im Inneren | 200–1000 U/min | 100% mit Nennwert (Chartbasis) |
| Typ 3 — Badewanne / Schleuder | Die Kette taucht in die Ölwanne ein oder die Scheibe schleudert Öl auf die Kette. | Bis zu 2.000 U/min | 130–150% der Nennleistung |
| Typ 4 – Zwangsströmung | Ölpumpe fördert kontinuierlichen Ölstrom; Filter + Kühler | Alle Geschwindigkeiten, einschließlich über 2000 U/min | 150–175% der Nennleistung |
Die Ergebnisse dieser Tabelle sind für die Antriebskonstruktion von großer Bedeutung. Eine Kette, die an der Grenze ihrer Nennlast unter Tropfschmierung Typ 2 ausgewählt und anschließend nur manuell geschmiert wird, läuft effektiv mit 140–1671 TP3T ihrer Tragfähigkeit – ein Zustand, der unabhängig von der Kettenqualität vor Erreichen der geplanten Lebensdauer zu Materialermüdung führt. Umgekehrt kann die Umrüstung eines bestehenden Antriebs von Tropf- auf Ölbadschmierung die Tragfähigkeit effektiv um 30–501 TP3T erhöhen und unter Umständen eine Kettenvergrößerung sogar vollständig überflüssig machen.
Sechs Fehler bei der Auswahl der Antriebskette, die für die meisten vorzeitigen Ausfälle verantwortlich sind
Die auf dem Typenschild angegebene Motorleistung ist die maximale Dauerleistung, nicht die durchschnittliche Betriebsleistung. Ein 7,5-kW-Motor, der ein halb ausgelastetes Förderband mit einer effektiven Last von 3,8 kW antreibt, sollte anhand der effektiven Last und nicht anhand der Nennleistung ausgewählt werden. Dieser Fehler kann zu einer Überdimensionierung der Kette um 50–1001 TP3T führen, was zwar Kosten verursacht, aber unproblematisch ist. Problematisch ist es hingegen, den Betriebsfaktor auf die Nennleistung anzuwenden, wenn der Antrieb beim Anlauf oder in transienten Betriebszuständen regelmäßig Spitzenwerte über der Nennleistung erreicht.
Direktstartmotoren (DOL) erzeugen für 0,5–2 Sekunden das 5- bis 7-fache Nenndrehmoment. Bei einem direkt mit dem Motor gekoppelten Kettenantrieb (ohne Riemen oder Flüssigkeitskupplung zur Dämpfung des Anlaufdrehmoments) wird dieses Spitzendrehmoment vollständig über die Kette übertragen. Bei 6-fachem Nenndrehmoment erreicht eine für den stationären Zustand korrekt dimensionierte Kette mit einem Sicherheitsfaktor von 7:1 kurzzeitig einen Sicherheitsfaktor von 1,2:1 – unterhalb der Schwelle für Materialermüdung.
Die Auswahl der Kette und des Schmiermittels muss gleichzeitig erfolgen. Eine Kette, die an der oberen Grenze ihrer Typ-2-Tropfschmierleistung ausgewählt und dann ohne Tropfschmierung – also mit monatlicher manueller Schmierung – installiert wird, arbeitet unter den gegebenen Schmierbedingungen mit einer Tragfähigkeit von 40–50% über ihrer tatsächlichen Kapazität.
Die Verwendung von 13 oder 15 Zähnen zur Platzersparnis führt zu dem oben beschriebenen Polygon-Effekt der Geschwindigkeitswelligkeit. Dies ist ein Kompromiss in der Konstruktion, keine Optimierung. Wenn der Platz für ein 17-Zahn-Ritzel im erforderlichen Achsabstand tatsächlich nicht ausreicht, sollte die Kettenteilung angepasst werden, nicht die minimale Zähnezahl.
Ein versetztes Verbindungsglied (Halbglied) reduziert die lokale Dauerfestigkeit an dieser Stelle um 20–351 TP3T im Vergleich zu einem Presspassungs-Verbindungsglied. Bei normalen, leichten Anwendungen ist dies akzeptabel. Bei schweren oder stoßbelasteten Antrieben empfiehlt es sich jedoch, den Achsabstand so anzupassen, dass eine gerade Anzahl von Verbindungsgliedern möglich ist, und ein genietetes Presspassungs-Verbindungsglied zu verwenden.
Ein Kettenrad, das an einer verlängerten Kette gelaufen ist, weist eine veränderte Zahngeometrie auf, die der verlängerten Teilung entspricht. Die Montage einer neuen Kette auf einer solchen Kette führt zu einer beschleunigten Längung – die neue Kette erreicht ihre Verschleißgrenze bereits nach einem Bruchteil ihrer normalen Lebensdauer. Kette und Kettenräder sollten bei Erreichen der Verschleißgrenze ausgetauscht werden.
Anwendungsbereiche, in denen die korrekte Auswahl der Antriebskette die größten Konsequenzen hat
Servogesteuerte Indexiersysteme. Servomotoren in Präzisionspositionierungsanwendungen tolerieren nur geringe Drehzahlschwankungen im Kettenantrieb. Der Polygon-Effekt bei geringer Zähnezahl äußert sich als sinusförmiger Positionsfehler an der Abtriebswelle – ein 17-Zahn-Antriebszahnrad erzeugt eine Drehzahlschwankung von ±1,71 TP3T, was einem Positionsfehler von ca. ±0,3 mm bei einem Teilkreisradius von 100 mm entspricht. Für hochpräzise Indexierarbeiten bietet ein Antriebszahnrad mit mindestens 21 Zähnen, festem Achsabstand (ohne einstellbaren Kettenspanner) und Ölbadschmierung die beste Kombination aus Positioniergenauigkeit und Lebensdauer. Sehen Sie sich unser Sortiment an. Fertiggebohrte Kettenräder für Präzisionsantriebe für kompatible Konfigurationen.
Antriebe für landwirtschaftliche Maschinen. Die Antriebe von Einzugskanal, Dreschwerk und Elevator eines Mähdreschers arbeiten unter stark schwankenden Lasten in abrasiven Umgebungen. Das Auswahlprinzip besteht darin, die Antriebskette für den ungünstigsten Lastfall – nicht für den Durchschnittswert – zu dimensionieren und für kritische Antriebe mit eingeschränkter Schmierung O-Ring-gedichtete Ketten zu verwenden. Eine nach ANSI #80 oder #100 abgedichtete Kette im Einzugskanal eines Mähdreschers hält unter koreanischen Feldbedingungen 4- bis 6-mal länger als eine offene Kette mit vergleichbarer Nennleistung. Rollenkettenvarianten für landwirtschaftliche Anwendungen sind in den Teilungsgrößen #60 bis #120 erhältlich.
Die Industrie treibt kontinuierliche Prozesse voran. Papierfabriken, Zementwerke und Stahlwerkstätten betreiben Kettenantriebe oft wochenlang im Dauerbetrieb zwischen den planmäßigen Wartungsintervallen. Für diese Anwendungen sollte die Kettenauswahl auf einer Mindestlebensdauer von 10.000 Stunden basieren. Dies erfordert eine Betriebslast der Kette von maximal 8–10¹³ Tonnen der minimalen Bruchlast bei kontinuierlicher Ölumlaufschmierung. Diese Vorgabe erscheint sehr konservativ – und ist es auch –, da ungeplante Stillstandszeiten in der kontinuierlichen Prozessindustrie typischerweise das 10- bis 30-Fache der Kettenkosten pro Vorfall verursachen.
Häufig gestellte Fragen
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Herausgeber: Cxm
