Verschiedene Arten von Kettenrädern erklärt

I. Überblick

Kettenräder können mit verschiedenen Methoden und Materialien hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren und der Werkstoff sollten auf der Grundlage der erforderlichen Zahnprofilgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit in Verbindung mit anderen Verfahren wie der Wärmebehandlung ausgewählt werden, um die erforderliche Tragfähigkeit, Betriebsgeschwindigkeit und Lebensdauer des Kettenrads zu erreichen.

Basierend auf dem Kontakt und der Funktion mit der Kette werden Kettenräder hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt - Präzision und Halbpräzision. Diese Kategorien können weiter nach Material und Herstellungsverfahren unterteilt werden. Weitere Klassifizierungsfaktoren sind die Kosteneffizienz und die Präzisionsanforderungen der Kettenräder für die Ketten, mit denen sie gepaart werden.

Rollenketten und Zahnkettenräder werden im Allgemeinen aus Stahl oder Gusseisen mit bearbeiteten Zähnen hergestellt, und die Arbeitsflächen der Zähne erfordern in der Regel eine sehr präzise Bearbeitung. Kettenräder aus Konstruktionsstahl werden in der Regel aus Stahl oder Gusseisen mit brenngeschnittenen oder gegossenen Zähnen hergestellt.

Kettenräder mit flacher Oberseite können aus Stahl, Gusseisen oder Kunststoff hergestellt werden. Kettenräder aus Stahl oder Gusseisen werden in der Regel maschinell bearbeitet, während Kettenräder aus Kunststoff häufig gegossen werden. Dies sind die allgemeinen Fälle. Ausnahmen sind keine Seltenheit, insbesondere bei Kettenrädern aus Konstruktionsstahl. Unabhängig davon, wie die Zähne verarbeitet werden, ist es jedoch am wichtigsten, dass die Ketten- und Kettenradkonstruktionen für die Zusammenarbeit geeignet sind.

Kettenräder mit gefrästen Zähnen laufen ruhiger und geräuschärmer und werden in der Regel für Getriebe mit mittleren bis hohen Geschwindigkeiten verwendet. Gegossene oder flammgeschnittene Kettenräder sind kostengünstig und haben eine ausreichende Lebensdauer für langsame Übertragungen und Transporte. Die Hersteller bieten die folgenden Arten von Kettenrädern an.

II. Rollenkette Kettenräder

1. Einreihige Präzisions-Rollenkettenzahnräder

Die Norm ASME B29.1 legt Standard-Rollenkettenradgrößen, -toleranzen und -zahnprofile fest, die in verwandten Konstruktionen besprochen werden.

In der Norm ASME B29.1 werden vier Arten von Kettenrädern unterschieden:

• Typ A ist ein Plattenkettenrad ohne Nabe.
• Kettenräder des Typs B haben nur auf einer Seite eine Nabe.
• Kettenräder des Typs C haben Naben auf beiden Seiten.
• Ritzel der Bauart D haben abnehmbare Naben.

Die Rollenkettenräder der Typen A, B und C sind in Abbildung 1 dargestellt; die Rollenkettenräder des Typs D sind in Abbildung 2 dargestellt.

Eine weitere Ausführung eines abnehmbaren Kettenrads mit Nabe ist in Abbildung 3 dargestellt. Es handelt sich um eine Kombination aus einem Kettenrad mit kegeliger Bohrung und einer geteilten Kegelbuchse. Diese Konstruktion ermöglicht die Verwendung eines fertigen Kettenrads mit einer Standardbohrung, das mit einer Klemmtrommel zusammenpasst. Kettenräder der Typen B und C können ebenfalls auf diese Weise hergestellt werden.

Die Speichen zwischen Nabe und Felge gibt es je nach Größe in verschiedenen Formen: Kleine Kettenräder sind wegen ihres geringen Gewichts in der Regel bis auf das Mittelloch massiv; mittelgroße Kettenräder werden zur Gewichtsreduzierung in der Regel mit gelochten Speichenplatten zwischen Nabe und Felge gegossen (Abbildung 4); große Kettenräder werden in der Regel als Speichenräder gegossen (Abbildung 5), um das Gewicht so weit wie möglich zu reduzieren. Wenn das Kettenrad zwischen zwei Lagern montiert werden muss, können geteilte Kettenräder (Abbildungen 6 und 7) verwendet werden, bei deren Montage und Demontage die Welle nicht demontiert werden muss.

Einige Kettenräder vom Typ D bestehen aus einer massiven Nabe und einem abnehmbaren Kettenradkörper (Abbildung 2). Bei anderen sind sowohl die Nabe als auch der Kettenradkörper geteilt (Abbildung 7). Jedes abnehmbare Kettenrad muss sorgfältig hergestellt werden, um eine Abweichung der Steigung an der Verbindungsstelle zu verhindern. Das in Abbildung 7 gezeigte Kettenrad ist speziell für diesen Zweck mit Passstiften ausgestattet.

Ein Kettenrad, das mit einem Sicherheitsstift und einer Rutschkupplung ausgestattet ist, kann verhindern, dass Übertragungsvorrichtungen oder andere Geräte bei Überlast und Überdrehzahl beschädigt werden. Das Sicherheitsstift-Kettenrad besteht aus einer Nabe und einem Kettenradkörper, wobei die Nabe durch eine Passfeder mit der Welle verbunden ist. Wenn der Sicherheitsstift bricht (siehe Abbildung 8), kann sich das Kettenrad gegenüber der Welle und der Nabe frei drehen.

Der Sicherheitsstift wird aus einem Material mit bekannter Scherfestigkeit hergestellt, das einen bestimmten Scherwert gewährleistet, indem eine Nut mit einem berechneten Durchmesser in die Scherebene gefräst wird. Nach ScherenDurch Einsetzen eines neuen Sicherheitsstifts kann die Funktionsfähigkeit wiederhergestellt werden.

2. Mehrsträngige Rollenketten-Kettenräder

Mehrsträngige Rollenkettenräder sind einteilige Kettenräder mit einer bestimmten Teilung und ausgerichteten Zähnen. Ein typisches mehrsträngiges Rollenkettenrad ist in Abbildung 9 dargestellt.

3. Rollenkettenräder mit doppelter Teilung

Es gibt zwei Arten von Rollenkettenrädern mit doppelter Teilung: die eine ist einfach gezahnt (siehe Abbildung 10), die andere ist doppelt gezahnt (siehe Abbildung 11). Der Begriff "effektive Zähne" bezieht sich auf die Anzahl der Zähne, die bei einer Umdrehung des Kettenrads in die Kette eingreifen können.

Die effektive Zähnezahl eines einteiligen Kettenrads entspricht der tatsächlichen Zähnezahl, während die effektive Zähnezahl eines zweischneidigen Kettenrads der Hälfte der tatsächlichen Zähnezahl entspricht. Bei zweischneidigen Kettenrädern mit einer ungeraden Anzahl von Zähnen ist die effektive Anzahl der Zähne ein Bruchteil. Ein Kettenrad mit 25 tatsächlichen Zähnen hat zum Beispiel 12 (1/2) effektive Zähne.

Der Vorteil einer ungeraden Anzahl von Zähnen ist, dass jeder Zahn nur bei jeder zweiten Umdrehung in die Kette eingreift, wodurch sich die Lebensdauer des Kettenrads verdoppelt. Zweischneidige Kettenräder mit einer geraden Anzahl tatsächlicher Zähne können den gleichen Effekt erzielen, indem sie die Kette regelmäßig bis zum ersten Zahn auf dem Kettenrad vorschieben. Beachten Sie, dass Kettenräder mit Tragrollen (Anmerkung des Übersetzers: d.h. große Rollen) nicht ausreichend sind.

Im Vergleich zu Kettenrädern mit einfacher Teilung haben Rollenkettenräder mit doppelter Teilung einen größeren Teilungsdurchmesser und Fußdurchmesser. Wenn die Anzahl der Kettenradzähne 35 übersteigt, kann dieser Unterschied jedoch vernachlässigt werden.

4. Bearbeitung von Rollenkettenrädern

Kleinere Kettenräder werden in der Regel aus Stahlstangenmaterial gefertigt und sind vollständig präzisionsbearbeitet. Die Größe der aus Stangenmaterial gefertigten Kettenräder ist durch den maximalen Durchmesser der Stangenmaterialcharge begrenzt. Kettenräder aus Stahl können wärmebehandelt werden, um die Schlagfestigkeit und die Verschleißfestigkeit der Zahnoberfläche zu verbessern. Für hochkorrosive Bedingungen können Materialien wie Edelstahl oder Bronze sowie Bakelit, Nylon und verschiedene Kunststoffe verwendet werden.

Manchmal werden Kettenräder aus geschmiedetem Stahl oder geschmiedetem Stabmaterial hergestellt. Die Bearbeitungsgenauigkeit hängt von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Viele Kettenräder werden durch Aufschweißen von Stahlnaben auf Blechräder hergestellt, und solche integrierten Kettenräder können nur wärmebehandelt werden, wenn die Größenverhältnisse den Anforderungen entsprechen.

Große Rollenkettenräder werden in der Regel aus Gusseisen hergestellt, und diese Gusskettenräder werden bearbeitet, um die Zähne zu schneiden, und der Rand, die Nabe, die Außenfläche und die Löcher werden ebenfalls bearbeitet. Gusseisen wird häufig zur Herstellung großer Kettenräder mit einem relativ großen Übersetzungsverhältnis verwendet, da die großen Kettenradzähne über einen bestimmten Zeitraum weniger häufig in die Kette eingreifen. Bei rauen Bedingungen ist es besser, Kettenräder aus Stahlguss oder Stahlblech zu verwenden.

III. Kettenräder für Zahnketten

Die Norm ASME B29.2 legt das Zahnprofil für Kettenräder für Zahnketten fest. Das Bearbeitungsverfahren, die Werkstoffe und die Naben für Zahnkettenräder sind die gleichen wie für Rollenketten, aber die Zahnprofile unterscheiden sich erheblich, wie in Abbildung 12 dargestellt.

Die Zähne der Kettenräder für Zahnketten ähneln den Zähnen von Zahnrädern. Obwohl sie wie Zahnräder aussehen, werden die Kettenräder für Zahnketten mit speziellen Werkzeugen bearbeitet, die sich von den Werkzeugen für die Bearbeitung von Zahnrädern unterscheiden. Außerdem unterscheiden sich das Zahnprofil des Kettenrads und die Kettenteilung zwischen den verschiedenen Zahnkettentypen.

Standard-Zahnketten verwenden Kettenräder, die in der Norm ASME B29.2 festgelegt sind. Es gibt jedoch auch einige nicht genormte Zahnketten, wie z. B. Hochleistungsketten, mehrsträngige Ketten und Zahnketten mit beidseitigem Eingriff. Diese nicht genormten Ketten erfordern oft speziell bearbeitete Kettenräder.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Kette und das Kettenrad perfekt aufeinander abgestimmt sind. Daher ist es am besten, den Kettenhersteller nach den spezifischen technischen Anforderungen an das Kettenrad zu fragen. Ein typisches mehrsträngiges Zahnkettenrad ist in Abbildung 13 dargestellt, ein typisches zweiseitig eingreifendes Zahnkettenrad in Abbildung 14.

IV. Technische Stahlkettenräder

Kettenräder für Maschinenbaustahlketten können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Metallesind in verschiedenen Ausführungen erhältlich und haben viele Formen, um den spezifischen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Für die meisten Anwendungen können Standard-Kettenräder verwendet werden.

Es gibt viele Ketten aus Baustahl, die nicht den ASME-Normen entsprechen, und dementsprechend gibt es auch viele solcher Kettenräder. Die meisten von ihnen sind den Standard-Kettenrädern sehr ähnlich, und wenn Standard-Kettenräder den Anforderungen nicht genügen, können viele dieser Kettenräder mit Standard-Ketten verwendet werden.

Die in diesem Kapitel aufgeführten Kettenräder werden hauptsächlich mit Standardketten oder leicht modifizierten Standardketten verwendet, während die Spezialkettenräder im Produktkatalog des Herstellers sicherlich zahlreicher sind.

V. Werkstoffe für Ritzel

Die folgenden Werkstoffe werden üblicherweise zur Herstellung von Kettenrädern für Baustahlketten verwendet:

• Gusseisen: Wird in der Regel in milderen Umgebungen verwendet und ist das wirtschaftlichste Material.
• Schalenhartguss: Bei dieser Art von Kettenrädern werden die Zähne aus Hartguss gegossen. Die Zähne aus Hartguss werden durch schnelles Abkühlen der Zahnoberfläche nach dem Gießen geformt, was zu glatten und harten Zähnen mit einer verschleißfesten Hartschicht führt, die je nach Kettenradgröße 1/16 bis 3/8 Zoll dick ist.
• Gusseisen oder Baustahl: Kettenräder aus Gusseisen haben gegossene Zähne, während Kettenräder aus Baustahl brenngeschnittene Zähne haben. Beide werden für hohe Drehmomente und hohe Stoßbelastungen eingesetzt. Beim Einsatz in stark abrasiven Umgebungen müssen die Zähne flamm- oder induktionsgehärtet sein.
• Rostfreier Stahl: Wird in korrosiven Umgebungen verwendet.

Weitere Materialien wie Ferrolegierungen, legierte Stähle, Bronze und Aluminium können für besondere Anforderungen verwendet werden.

1. Arten von Kettenrädern aus Gusseisen

Das Gießen von Kettenrädern mit speichenähnlichen Naben (Abbildung 15) kann Gewicht und Kosten reduzieren. Außerdem lassen sie sich so leichter von Hand handhaben. Kettenräder aus Baustahl erfüllen den gleichen Zweck, indem Löcher in den Steg gebrannt werden, wie in Abbildung 16 dargestellt.

Wenn der Speichenabstand zu klein ist, wird ein massives Kettenrad hergestellt (Abbildung 17). Außerdem werden massive Kettenräder hergestellt, wenn die Kettenspannung hoch ist und Bedenken hinsichtlich der Festigkeit des Speichenrads bestehen, oder wenn der Nabendurchmesser sehr groß ist.

Wenn das Kettenrad zwischen zwei Lagern eingebaut werden muss, wird manchmal ein geteiltes Kettenrad hergestellt (Abbildung 18). Diese Art von Kettenrad kann ohne Beeinträchtigung der Welle und anderer Maschinenteile ein- und ausgebaut werden.

Der abnehmbare Zahnkranz (Abbildung 19) ist angeschraubt und kann dank dieser Konstruktion montiert und demontiert werden, ohne dass Kette, Nabe, Lager oder Welle demontiert werden müssen.

2. Friktionsantriebsrad

Wenn das System häufig auf Hindernisse stößt oder stark überlastet ist, kann am Kopfschacht eines einsträngigen Kettenbecherwerks ein Reibrad (Abbildung 20) verwendet werden. Bei der Verwendung von Reibrädern ist jedoch immer Vorsicht geboten. Die Reibung zwischen der Kette und dem Treibrad muss ausreichen, um die für das Arbeitssystem erforderliche Antriebskraft bei normaler Belastung zu übertragen. Wenden Sie sich bei der Verwendung von Treibrädern an den Hersteller der Baustahlkette.

Reibräder können beim Rutschen Hitze und Funken erzeugen und dürfen daher nicht an Orten eingesetzt werden, an denen Funken zu Explosionen führen können.

3. Kettenräder aus Konstruktionsstahl für spezielle Anwendungen

Abbildung 21 zeigt einen Satz spezieller Kettenräder für bestimmte Anwendungen, die in der Regel aus Gusseisen hergestellt werden, wobei die Zähne häufig eine gehärtete, verschleißfeste Oberfläche haben.

a) Ritzel mit Sicherungsstift
b) Zylindrisches Flanschkettenrad
c) Ritzel mit Schulterflansch

Das in Abbildung 21a gezeigte Kettenrad aus Gusseisen mit einem Sicherungsstift in der Nabe ähnelt dem in Abbildung 8 gezeigten Rollenkettenrad. Sie werden üblicherweise in Förderanlagen verwendet.

Die beiden in Abbildung 21b dargestellten Kettenräder werden für stahlgeschweißte Zugketten in Zugförderern verwendet; beide sind Antriebskettenräder. Der Zweck der sich in breite Kanten oder zylindrische Formen erstreckenden Kettenradflansche besteht darin, zu verhindern, dass beim Entladen von oberhalb der Antriebswelle des Förderers Material an den Seiten herunterfällt.

Der Schulterflansch an dem in Abbildung 21c gezeigten Kettenrad stützt die Kettenlaschen am Fallpunkt und verlängert so die Lebensdauer von Kette und Kettenrad. Sie werden in der Regel auf sauberen Förderanlagen eingesetzt. Diese Kettenräder aus gehärtetem Gusseisen sind oft so konstruiert, dass sie "zahnwechselbar" sind und wie die zweischneidigen Zahnkettenräder von Rollenketten funktionieren (Abbildung 11).

Bei der Konstruktion solcher Kettenräder ist die Ritzelteilung etwas größer als die halbe Kettenteilung, und die Kettenräder werden mit einer ungeraden Anzahl von Zähnen gegossen. Nach einer weiteren Umdrehung des Kettenglieds werden die Zähne in Eingriff gebracht. Das bedeutet, dass jeder Zahn des Kettenrads bei jeder zweiten Umdrehung in die Kette eingreift, wodurch sich die Lebensdauer des Kettenrads effektiv verdoppelt (dieses Konzept wurde erstmals bei hölzernen Zahnradgetrieben im frühen 19. Jahrhundert verwendet).

4. Antriebskettenräder aus gebogenem Stahl

Antriebskettenräder aus gebogenen Stahlplatten werden in der Regel aus Gusseisen hergestellt oder aus Stahlplatten brenngeschnitten. Andere Teile wie Naben sind in der Regel zusammengesetzte Komponenten. Die Norm ASME B29.10 legt die Standardzahnform von Kettenrädern fest.

Das Kettenrad in Abbildung 22 ist mit einer zweireihigen Kette gepaart, die der Norm ASME B29.10 mit einer Teilung von 6 Zoll für zweireihige Antriebsketten entspricht. Diese Kettenräder verwenden das amerikanische Standardzahnprofil. Bearbeitete Zahnprofile gewährleisten die Ausrichtung von zweireihigen Hochleistungsketten. Diese Kettenräder sind aus legiertem Stahl gefertigt und wärmebehandelt.

Gebogene Laschenkettenräder verwenden nicht immer bearbeitete Zähne; viele gebogene Laschenantriebskettenräder verwenden gegossene oder brenngeschnittene Zähne. Es gibt viele Arten von Zahnformen. Für nicht bearbeitete Zähne, die nicht der Norm ASME B29.10 entsprechen, wenden Sie sich bitte an den Kettenhersteller.

5. Andere Arten von Kettenrädern aus Baustahl

Aus der obigen Diskussion wissen wir, dass es viele Arten von Kettenrädern für verschiedene Baustahlketten gibt. Es scheint, dass diese Ketten auf verschiedenen Kettenrädern laufen können, solange die Zahnform und -größe geeignet sind, aber das ist nicht der Fall.

Bei einigen Anwendungen können bestimmte Arten von Kettenrädern nicht mit bestimmten Kettentypen verwendet werden. Zum Beispiel können bei Rollenketten keine Antriebsräder verwendet werden. Im Allgemeinen wird ein bestimmter Ritzeltyp immer mit bestimmten Ketten verwendet. Alle anderen Arten von Kettenrädern werden ebenfalls nur unter bestimmten Bedingungen verwendet.

In Tabelle 1 sind die gebräuchlichsten Kettenradtypen für die in diesem Buch beschriebenen Baustahlketten aufgeführt. Diese Tabelle ist kein Leitfaden für die Verwendung der Kettenräder, sondern zeigt die allgemeine Verwendung.

Tabelle 1 Übliche Kettenradtypen für Standardketten

Anmerkung: ● - häufig verwendet; ○ - häufig verwendet; □ - gelegentlich verwendet; Bindestrich (-) - sollte nicht verwendet werden.

Sowohl das kreisförmige als auch das quadratische Symbol zeigen die Verwendbarkeit an, aber es gibt Unterschiede zwischen den beiden Symbolen. Das Kreissymbol bedeutet, dass dieser Ritzeltyp für die aufgeführten Ketten völlig normal ist und diese Standardkettenräder oft im Produktkatalog des Herstellers aufgeführt sind. Bei den Begriffen "häufig verwendet" und "häufig eingesetzt" geht es oft um Gründe, die mit dem Preis und der Qualität zusammenhängen.

Das quadratische Symbol bedeutet, dass das Kettenrad nur gelegentlich oder nicht für die aufgeführten Ketten geeignet ist. Der Hauptgrund für "gelegentlich verwendet" sind im Allgemeinen die Kosten, der Hauptgrund für "sollte nicht verwendet werden" sind in der Regel technische Faktoren. Jede Kombination von Ketten und Kettenrädern, die mit einem quadratischen Symbol versehen ist, sollte nur nach Rücksprache mit dem jeweiligen Kettenhersteller eingebaut werden.

VI. Kettenräder mit flacher Oberseite

Das Zahnprofil von Kettenrädern mit flacher Oberseite ist in der Norm ASME B29.17 festgelegt und wird später im Konstruktionsabschnitt dieses Kapitels behandelt. Dieser Abschnitt bezieht sich nur auf die in diesem Buch beschriebenen Standardkettenräder mit flacher Oberseite. Da die einzige in diesem Buch erwähnte Scharnierbandkette eine Teilung von 1 (1/2) Zoll hat, sind die hier behandelten Kettenradtypen recht begrenzt.

Abbildung 23 zeigt drei Arten von Kettenrädern, die häufig für Scharnierbandketten verwendet werden. Abbildung 23a ist ein integriertes Kettenrad, das in der Regel weniger Zähne hat (13-21 Zähne) und aus Gusseisen, Stahl oder Edelstahl gefertigt sein kann, im Allgemeinen mit bearbeiteten Zähnen.

a) Integriertes Ritzel
b) Speichenrad aus Gusseisen
c) Thermoplastisch geteiltes Ritzel

Abbildung 23b zeigt ein Speichenrad aus Gusseisen, das im Allgemeinen mehr Zähne hat (19-41 Zähne) und in der Regel auch bearbeitet ist.

Abbildung 23c zeigt ein thermoplastisches geteiltes Kettenrad, das in der Regel eine mittlere Anzahl von Zähnen (21-29 Zähne) und standardmäßig geformte Zähne aufweist. Der Vorteil dieses Ritzeltyps ist, dass er demontiert werden kann, ohne dass die Welle und die Lager bewegt werden müssen. Geformte thermoplastische Kettenräder können in geteilter oder integrierter Ausführung hergestellt werden und werden hauptsächlich in nassen oder mäßig korrosiven Umgebungen eingesetzt.