Ein Kegelstirnradgetriebe ist ein Winkelgetriebe, das einen Kegelradsatz mit einer Schrägverzahnung kombiniert. Die Kegelstufe dreht den Antrieb um 90 Grad; Die Spiralstufe vervielfacht dann das Drehmoment mit hoher Effizienz und geringem Geräuschpegel. Wenn Sie Leistung um eine Ecke übertragen müssen – auf einem Förderbandantrieb, einer Kranfahreinheit, einem Rührwerk oder einer Mühle – ist dies normalerweise die gewünschte Gerätefamilie, vorausgesetzt, dass Drehmoment, Betriebsfaktor und Wärmeleistung mit dem tatsächlichen Arbeitszyklus übereinstimmen.
Die kurze Antwort auf die von Käufern am häufigsten gestellte Frage „Kegelrad- oder Schneckengetriebe?“ lautet, dass die Kegelstirnradeinheit hinsichtlich Effizienz, Belastbarkeit und Lebensdauer gewinnt, während die Schneckeneinheit hinsichtlich der Anschaffungskosten und des Selbsthemmungsverhaltens gewinnt. Im Folgenden geht es darum, wie dieser Kompromiss in realen Zahlen aussieht.
Was ist in einem Kegelstirnradgetriebe enthalten?
Ein Kegelstirnradgetriebe enthält zwei in Reihe geschaltete Untersetzungsstufen: ein Kegelritzel und ein Kegelrad auf der Eingangsseite, gefolgt von einer oder mehreren Stirnradgetriebestufen auf der Ausgangsseite. Aus diesem Grund wird die Einheit oft als Winkelstirnradgetriebe oder Kegelstirnradgetriebe bezeichnet.
Die Abschrägungsstufe
Die Abschrägungsstufe makes the 90-degree turn. In modern units the bevel gears are ground and lapped in pairs and carried on rigid, well-supported shafts. This stage decides how quiet and how durable the gearbox stays at high input speed.
Die Spiralstufe
Die Spiralstufe does the torque multiplication. Because helical teeth engage gradually instead of all at once, load is shared across several teeth at any moment, which cuts noise, shock loading and tooth stress. A well-made two- or three-stage unit typically reaches 94% to 97% efficiency per stage at rated load.
Aus diesem Entwurf ergeben sich drei praktische Konsequenzen:
- Höherer Wirkungsgrad als ein Schneckengetriebe mit ähnlichem Drehmoment, wodurch Motorgröße und Energiekosten reduziert werden.
- Höheres zulässiges Abtriebsdrehmoment bei gleicher Baugröße, da die Belastung auf mehr Zähne verteilt wird.
- Keine Selbsthemmung, daher kann bei Schrägförderern und Hebezeugen eine Bremse oder Rücklaufsperre erforderlich sein.
Kegelstirnrad vs. Schneckengetriebe vs. Planetengetriebe
Der gleichzeitige Vergleich von vier oder fünf Parametern ist weitaus nützlicher als der Vergleich von Katalogadjektiven. Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zusammen, die tatsächlich über eine Auswahl entscheiden.
| Parameter | Spiralförmige Abschrägung | Schneckengetriebe | Planetarisch |
|---|---|---|---|
| Effizienz bei Nennlast | 94–97 % pro Stufe | 60–90 %, bei hohem Verhältnis fallend | 94–97 % pro Stufe |
| Richtung der Abtriebswelle | 90 Grad zur Eingabe | 90 Grad zur Eingabe | Im Einklang mit der Eingabe |
| Verhältnis pro Stufe | Ungefähr 1:1 bis 1:6 | Ungefähr 1:5 bis 1:100 | Ungefähr 1:3 bis 1:10 |
| Selbsthemmend | Nein | Oftmals mit hohem Verhältnis | Nein |
| Beste Passform | Winkelantriebe mit hohem Drehmoment und langer Lebensdauer | Geringer Stromverbrauch, intermittierender Betrieb, knappes Budget | Kompakte Koaxialantriebe, die ein hohes Übersetzungsverhältnis erfordern |
Wenn die Anordnung einen rechtwinkligen Antrieb erfordert und der Betrieb kontinuierlich ist, ist die Schrägstirnradeinheit die Standardwahl. Wenn die Last sich selbst halten muss, wenn der Motor stoppt, kann ein Schneckengetriebe immer noch die günstigere Lösung sein.
So dimensionieren Sie ein Kegelstirnradgetriebe
Bei der Größenbestimmung handelt es sich um eine Berechnung in fünf Schritten, und die Reihenfolge ist wichtig: Ermitteln Sie zuerst den richtigen Arbeitszyklus, denn jede spätere Zahl hängt davon ab.
- Ermitteln Sie das tatsächliche Lastdrehmoment an der Abtriebswelle in Nm, einschließlich Anlaufdrehmoment und etwaiger Blockierzustände.
- Bestimmen Sie die erforderliche Abtriebsgeschwindigkeit und das resultierende Übersetzungsverhältnis und wählen Sie dann das nächstgelegene Standardverhältnis und nicht ein spezielles.
- Wenden Sie einen Betriebsfaktor für die angetriebene Maschine an: typischerweise 1,25 bis 1,5 für gleichmäßige Lasten wie Förderbänder und 1,75 bis 2,0 oder mehr für Brecher, Mischer und reversierende Mühlenantriebe.
- Überprüfen Sie die thermische Kapazität, nicht nur das mechanische Drehmoment. Ein mechanisch einwandfreies Gerät kann bei langsamem, stark belastetem und schlecht belüftetem Betrieb dennoch überhitzen.
- Überprüfen Sie die mechanische Schnittstelle: Wellendurchmesser und Keilnut, Montageposition, Ölstandsschrauben, Entlüftungsposition und verfügbare Kühlung.
Zwei Zahlen werden regelmäßig unterschätzt. Das erste ist das Anlaufdrehmoment – ein direkt am Netz geschalteter Induktionsmotor kann kurzzeitig das Zwei- bis Dreifache des Nenndrehmoments liefern, und dieser Spitzenwert geht direkt durch das Getriebe. Die zweite ist die Radiallast auf die Abtriebswelle, die durch das darauf montierte Kettenrad, die Riemenscheibe oder das Ritzel und nicht durch das Getriebe selbst erzeugt wird.
Spezifikationsprüfungen vor der Bestellung
Bestätigen Sie diese sechs Punkte auf dem Datenblatt, bevor die Bestellung freigegeben wird. Bei einem mit einer anderen Abtriebsgeschwindigkeit angegebenen Gerät handelt es sich praktisch um ein anderes Getriebe, daher müssen Toleranz und Geschwindigkeit schriftlich vereinbart werden.
| Parameter | Was zu bestätigen ist | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Nennausgangsdrehmoment | Nm bei der erforderlichen Abtriebsdrehzahl | Drehmoment und Geschwindigkeit hängen zusammen; Eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses ändert die Einschaltdauer |
| Servicefaktor | 1,25–1,5 gleichmäßige Belastung, 1,75–2,0 oder höher bei Stoß | Legt den Spielraum gegen Ermüdung und Lagerverschleiß fest |
| Wärmekapazität | kW bei Umgebungstemperatur am Standort | Langsame, stark belastete Geräte können auch bei mechanisch ausreichender Leistung überhitzen |
| Verhältnis und Spiel | Neinminal ratio, backlash in arc-minutes | Fördert Positionierungsgenauigkeit, Lärm und Lastverteilung |
| Montageposition | M1 bis M6 oder gleichwertig | Bestimmt den Ölstand und wie gut die Lager geschmiert sind |
| Eingabeschnittstelle | IEC- oder NEMA-Motorflansch oder massive Eingangswelle | Bestimmt, ob ein vorhandener Motor wiederverwendet werden kann |
Wenn das erforderliche Ausgangsdrehmoment über einer Standard-Kataloggröße liegt, ermöglicht ein modulares Hochleistungsgetriebe die Neuanordnung der Stufenkombination und des Gehäuses, anstatt ein kompromittiertes Übersetzungsverhältnis in eine Standardeinheit zu zwingen.
Modulares Hochleistungsgetriebe für industrielle Antriebssysteme Ein modularer Getriebekern mit austauschbaren Eingangs-, Untersetzungs- und Ausgangsmodulen, der anstelle einer kompromittierten Standardeinheit für Aufgaben mit hohem Drehmoment umgestaltet wurde. Produkt anzeigen → Wo schrägverzahnte Kegelradgetriebe zum Einsatz kommen
Überall dort, wo Drehmomente um 90 Grad gedreht und dann über Jahre hinweg ohne große Aufmerksamkeit getragen werden müssen, kommen rechtwinklige Kegelstirnradgetriebe zum Einsatz.
- Schüttguthandhabung: Band- und Kettenförderer, Becherwerke, Stapler- und Reclaimer-Fahr- und Schwenkantriebe.
- Metallurgie: Hilfseinrichtungen für Walzwerke, Drehung von Pfannenrevolvern, Spannrichtmaschinen und Rohrlochwalzwerke.
- Krane und Hebezeuge: Hebe-, Katz- und Brückenfahrantriebe, Toraufzüge und Winden.
- Verarbeitung: Mischer und Rührwerke, Extruder, Ofen- und Mühlenhilfsmittel.
- Strom und Wasser: Kühlturmventilatoren, Schaber und Klärbeckenantriebe.
Integrierter Stirnradgetriebemotor mit Flansch Ein integriertes Spiralantriebspaket, das Motor und Getriebe kombiniert und sich eignet, wenn die Verantwortung für Ausrichtung, Abdichtung und Garantie bei einem einzigen Lieferanten liegen sollte. Produkt anzeigen → Wenn der Antrieb in einem Paket geliefert wird, sorgt ein Stirnradgetriebemotor mit integriertem Flansch dafür, dass Ausrichtung, Abdichtung und Gewährleistung an einem einzigen Ort erfolgen und nicht zwischen zwei Lieferanten aufgeteilt werden müssen.
Anpassen der Einheit an die angetriebene Maschine
Den Betriebsfaktor bestimmt die angetriebene Maschine, nicht der Getriebekatalog. Das deutlichste Beispiel hierfür ist der Kran- und Hebezeugbetrieb, da sowohl der Reversierbetrieb als auch der Lastwechsel die gleichen Zahnflanken aus zwei Richtungen beanspruchen.
- Kranfahrten und Hubantriebe: Häufige Starts, hohe Massenträgheit und reversierende Last drücken den Betriebsfaktor meist auf über 1,75.
- Förderer und Aufzüge: Gleichmäßige Belastung, aber der Kaltstart mit belastetem Band ist der Auslegungsfall.
- Mischer und Mühlen: Stoßbelastung plus hohe Radialbelastung der Abtriebswelle.
Gehärtetes Untersetzungsgetriebe zum Heben und Fahren von Kränen Ein Kran-Untersetzungsgetriebe mit gehärteten Zahnrädern und robuster Struktur, entwickelt für häufige Starts, Stoßbelastungen und präzise Positionierung in Hebemechanismen. Produkt anzeigen → Eine Einheit mit gehärteten Zähnen, die speziell für den Kraneinsatz gebaut wurde, ist über einen Zeitraum von zehn Jahren in der Regel günstiger als ein Allzweckgetriebe, das am Limit läuft, einfach weil die Austauschintervalle für Lager und Dichtungen länger sind.
Beschaffungsrisiken, die es wert sind, eingepreist zu werden
Bei den meisten Feldausfällen handelt es sich nicht um Herstellungsfehler; es handelt sich um Abweichungen zwischen der angegebenen und der installierten Leistung. Diese Abweichungen sind vorhersehbar und können vor der Auftragserteilung eingepreist werden.
- Auswahl allein nach Drehmoment mit einem Betriebsfaktor von 1,0, sodass kein Spielraum für den ersten Kaltstart eines beladenen Förderers bleibt.
- Abgesehen von den Umgebungsbedingungen: über etwa 40 °C oder in staubigen Gehäusen ist die Wärmekapazität die Bindungsgrenze, nicht die Zahnfestigkeit.
- Mit Blick auf das Rückwärtsfahren. Eine Schrägstirnradeinheit wird durch eine geneigte Last rückwärts angetrieben, daher muss eine Bremse oder Rücklaufsperre angegeben werden.
- Kauf zum Kilogrammpreis. Zwei Einheiten gleicher Masse können sich in der Lagerlebensdauer und in der Getriebegenauigkeit, die Geräusche kontrolliert, erheblich unterscheiden.
- Vergessen Sie den Ersatzteilweg: Wellendichtringe, Lager und Ersatzzahnräder müssen für die tatsächlich verbauten Rahmengrößen verfügbar sein.
Hier zeigt sich die Fertigungstiefe in der Praxis. Eine Anlage, die ihre eigenen großen Zahnräder auf Geräten wie 3-m-Zahnradschleifmaschinen und 3,2-m-Wälzfräsmaschinen bearbeitet, kann die Genauigkeit bei großen Einheiten mit geringem Volumen beibehalten und schneller reagieren, wenn ein nicht standardmäßiges Übersetzungsverhältnis erforderlich ist – was bei Retrofit-Projekten üblich ist. Hintergrundinformationen zum Vergleich der verschiedenen Reduziererfamilien vor dem Commit finden Sie in dieser exemplarischen Vorgehensweise von wie industrielle Untersetzungsgetriebe funktionieren ist ein nützlicher Ausgangspunkt.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen einem spiralförmigen Kegelrad und einem spiralförmigen Inline-Reduzierstück?
Lediglich die Eingabeanordnung unterscheidet sich. Bei einer spiralförmigen Inline-Einheit liegen die Eingangs- und Ausgangswellen auf derselben Achse. Eine Kegelstirneinheit dreht den Antrieb zunächst um 90 Grad und untersetzt ihn dann. Drehmomentkapazität und Wirkungsgrad sind vergleichbar, wenn beide auf den gleichen Betriebsfaktor ausgelegt sind.
Kann ein Kegelstirnradgetriebe in jeder Position montiert werden?
Nein. Die Einbaulage bestimmt den Ölstand und welche Lager im Ölbad sitzen. Die Positionen sind normalerweise mit M1 bis M6 gekennzeichnet. Die Einheit wird befüllt und für eine davon wird der Entlüfter angebracht. Eine Änderung der Position nach der Lieferung bedeutet in der Regel eine Änderung des Ölfüllstands.
Ist ein Kegelstirnradgetriebe selbsthemmend?
Im Allgemeinen nicht. Da er durch die Last rückwärts angetrieben werden kann, benötigen Schrägförderer, Hebezeuge und alle Anwendungen, bei denen die Last ihre Position halten muss, eine Bremse, eine Rücklaufsperre oder eine Haltevorrichtung.
Wie lange sollte ein Kegelstirnradgetriebe halten?
Bei richtiger Auswahl, sauberem Öl und Wartung in den empfohlenen Intervallen sind 10 bis 20 Jahre im Dauerbetrieb im Industriebereich realistisch. Die dominierenden Variablen sind thermische Belastung, Schmierstoffzustand und die Genauigkeit der Ausrichtung der Arbeitsmaschine zur Abtriebswelle.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Wählen Sie ein Untersetzungsgetriebe mit Kegelstirnradgetriebe, wenn der Antrieb um 90 Grad gedreht und ständig ein hohes Drehmoment übertragen muss. Bemessen Sie es anhand des tatsächlichen Lastdrehmoments, eines ehrlichen Betriebsfaktors und der thermischen Kapazität und nicht nur anhand des Nenndrehmoments. und bestätigen Sie Verhältnis, Einbaulage und Eingangsschnittstelle vor der Auftragsfreigabe schriftlich. Wenn Sie diese drei Punkte berücksichtigen, wird das Getriebe zum uninteressantesten – und kostengünstigsten – Teil des Antriebsstrangs.
