Zahnradnormen: Vergleich DIN – ISO

Neuerungen in ISO 6336 (2008) gegenüber DIN 3990

Teil 1: Allgemeine Einflussgrößen

  • Qualitätsstufen für Verzahnungsabweichungen werden nach ISO 1328 erwartet, nicht mehr nach DIN 3967. Diese Qualitätssysteme sind wegen unterschiedlicher Stufensprünge nicht identisch und ergeben bei gleicher Qualitätsstufe nur annähernd gleiche Abweichungen.
  • Einzelfedersteifigkeit c‘: bei sehr kleinen Lasten jetzt exponentiell extrapolierte Abnahme (DIN: linear auf 0 abfallend). Der Unterschied ist gravierend, wobei die ganze Rechnerei in diesem Bereich zweifelhaft ist.
  • Eingriffsfedersteifigkeit cγ wird für die Berechnung des Breitenfaktors K reduziert, dort gilt jetzt 0,85*cγ.
  • Dynamikfaktor Kv (Methode B): bei niedrigen Lasten neue Abgrenzung des Resonanz­bereichs
  • Dynamikfaktor Kv (Methode C): modifiziert, mit neuem Berechnungsfaktor K3, der allerdings bei großen Werten von (v·z1) auch zu Dynamikfaktoren Kv < 1 führen kann!
  • Breitenfaktor K: neue Systematik der Berechnungsmethoden
    • Methode A (unverändert): Vorgabe lt. Vereinbarung, dazu erforderlich sind umfassende Untersuchungen zur Breitenlastverteilung unter Betriebsbedingungen
    • Methode B: Bestimmung von K durch Computer-Simulation des gesamten elastischen Systems (Meth.B in DIN: Vorgabe von Fβx = wirksame Gesamtabweichung vor Einlauf)
    • Methode C: einfache Näherungsansätze auf der Basis linearer Verformung von Ritzel und Ritzelwelle; ähnlich DIN-Methode C2, aber mit neuer Bewertung von Flankenkorrekturen
    • Methode C1 für symmetrische Ritzelwellenlagerung und für Planetengetriebe entfällt.
    Anmerkung: Ob die neue K-Rechnung nach ISO-Methode C jetzt bessere Ergebnisse bringt, ist fraglich. Der Breitenfaktor ist immer noch die Einflussgröße, mit der man ein Ergebnis am meisten beeinflussen kann. Daher sind Tragbilduntersuchungen an ausgeführten Getrieben dringend anzuraten.
  • Stirnfaktor K: Methode C entfällt

Teil 2: Flankentragfähigkeit

  • Lebensdauerfaktor ZNT: Aus den amerikanischen AGMA-Regeln wurde übernommen, dass alle Schadenslinien der DIN unabhängig vom Werkstoff nach dem Dauerfestigkeitspunkt (ZNT=1,0) weitergeführt werden bis zu einem Wert von ZNT=0,85 bei 1010 Lastspielen. Der Wert 0,85 gilt für kritische Anwendungen und minimales Pitting. Für allgemeine Anwendungen kann ein Wert zwischen 0,85 und 1,0 gewählt werden. Der Wert 1,0 gilt nur bei optimalen Bedingungen hinsichtlich Schmierung, Werkstoff, Herstellung und Anwendungserfahrung.
  • Schrägenfaktor Zβ: Gegenüber einer Geradverzahnung erreicht eine Schrägverzahnung eine etwas höhere Tragfähigkeit, was nicht allein durch diesen Schrägenfaktor, sondern durch das Produkt (ZH×Zε×Zβ) ausgedrückt wird. Zusätzlich sollten die K-Faktoren durch einen Schrägungswinkel eher positiv beeinflusst werden. Gemäß dem ISO-Corrigendum von 2008 bewirkt jetzt eine neue Definition des Schrägungsfaktors Zβ eine geringere Steigerung der Grübchentragfähigkeit. Diese Auswirkung ist vor allem bei sehr großen Schrägungswinkeln zu beachten.
  • Rauheitsfaktor ZR: Bezugsgröße für die relative Rautiefe ist jetzt ein ρred = 10mm (Ersatzkrümmungsradius im Wälzpunkt) anstelle eines Achsabstands 100mm.
  • Werkstoffpaarungsfaktor ZW: jetzt abhängig von einer auf Ersatzkrümmungsradius ρred, Nennviskosität ν40 und Umfangsgeschwindigkeit v bezogenen Rauheit; der Faktor ZWst ist jetzt auch für den Bereich der statischen Festigkeit definiert (lt. DIN galt statisch immer der Wert 1,0)
  • Größeneinflussfaktor ZX: jetzt einheitlich immer 1,0 (in DIN modul- und werkstoffabhängig)!

Teil 3: Zahnfußfähigkeit

  • Lebensdauerfaktor Y_NT: Aus den amerikanischen AGMA-Regeln wurde übernommen, dass alle Schadenslinien der DIN unabhängig vom Werkstoff nach dem Dauerfestigkeitspunkt (Y_NT=1,0 bei 3×10^6) weitergeführt werden bis zu einem Wert von Y_NT=0,85 bei 10^10 Lastspielen. Der Wert 0,85 gilt für kritische Anwendungen. Für allgemeine Anwendungen kann ein Wert zwischen 0,85 und 1,0 gewählt werden. Der Wert 1,0 gilt nur bei optimalen Bedingungen hinsichtlich Werkstoff, Herstellung und Anwendungserfahrung.
    Unsere Meinung: Diese Neuerung mag sinnvoll sein bei Kontaktproblemen, bei denen auch nach langer Lebensdauer jedes einzelne Lastspiel eine irreversible Oberflächenveränderung hervorrufen kann. Für den Zahnfuß ist eine solche harte Betrachtungsweise nicht angemessen, solange der Ermüdungsbruch von der Oberfläche ausgeht (trifft in den allermeisten Fällen zu). Aber die ISO erlaubt ja bei großzügiger Interpretation auch einen Faktor im Bereich 0,85…1,0.
  • Bei Innenverzahnungen werden die Faktoren Y_F und Y_S jetzt nicht mehr von einem Zahnstangenprofil abgeleitet, sondern anhand der angeblich tatsächlichen Zahnform am Berührpunkt der 60°-Tangente an die Fußrundung ermittelt.
  • neu: Zahnkranzdickenfaktor Y_B für Außen- und Innenverzahnungen auf dünnen Zahnkränzen.
  • neu: Hochverzahnungsfaktor Y_DT (engl.: deep tooth factor)
  • neu: Wechsellastfaktor Y_M (meist kleiner als 0,7) mit Berücksichtigung einer von Werkstoff und Kerbschärfe abhängigen Mittelspannungsempfindlichkeit M, obwohl in ISO 6336 (Teil 5) immer noch von einem pauschalen Faktor 0,7 die Rede ist.

Teil 4: Fresstragfähigkeit

Es sieht nicht danach aus, dass der geplante Teil 4 der ISO 6336 in absehbarer Zeit noch erscheinen wird. Im Jahre 2000 gab es einen Entwurf ISO/TR 13989 zur Fresstragfähigkeit, der aber wieder zurückgezogen wurde (noch nachzulesen z.B. im Fachbuch „Linke: Stirnradverzahnungen“, auch „Det Norske Veritas“ hat in seinen Classification Notes No.41-2 diesen Entwurf weitgehend übernommen). Der Teil 4 der alten DIN 3990 ist wie die anderen Teile formal noch unverändert gültig. Sachlich gibt es jedoch einige Argumente gegen eine Fresstragfähigkeitsrechnung streng nach dieser Norm, siehe die Auflistung von →Fehlern in den Normen.

In GeoStirn liegt der Schwerpunkt auf einer einfach zu bedienenden Verzahnungsauslegung, daher wurde dort auf eine Berechnung der Sicherheit gegen Fressen verzichtet. Durch Wahl eines geeigneten Schmieröls ist Fressen bei ausgeglichenen Gleitgeschwindigkeiten auch leichter beherrschbar als Grübchen oder Zahnbruch. Das hier ebenfalls angebotene Programm AZP ermöglicht bei Eingabe der erforderlichen Daten eine Fresstragfähigkeitsrechnung, rechnet aus den genannten Gründen in der Grundkonfiguration aber nach einem modifizierten Verfahren in Anlehnung an DIN3990.

Neuerungen in ISO 21771 (2007) gegenüber DIN 3960 (1987)

  • Bei Innenverzahnungen sind jetzt der Achsabstand und alle Durchmesser positiv, nur die Zähnezahl z2 ist negativ! Die schöne Systematik der einheitlichen Gleichungen für Außen- und Innenverzahnungen wurde damit aufgegeben, was in ISO 21771 zu unzähligen Absolut-Funktionen und reichlich Verwirrung führt. Aus alter Gewohnheit haben wird das bisher ignoriert, in unseren Programmen sind also der Achsabstand und alle Durchmesser bei Innenverzahnungen negativ.
    ACHTUNG: Im Gegensatz zu ISO 21771 sind in ISO 6336-3 Durchmesser von Hohlrädern negativ. Die ISO-Normen sind in diesem Punkt untereinander nicht konsistent!
  • In der Formel für das Umfangsflankenspiel wird jetzt eindeutig auf den Betriebswälzkreis Bezug genommen.
  • Gleichung (A.1) zur Bestimmung der Zähnezahl für die Zahnweitenmessung wurde geändert.
Für den schnellen Kontakt!

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