Kleinmodulige Stirnräder neu gedacht: Statt Sicherheitsfaktoren zu senken, ermöglichen aktuelle Forschungsergebnisse erstmals Größenfaktoren > 1,0 – für eine fundiertere und sicherere Auslegung.
Seit Jahrzehnten bilden die Berechnungsnormen DIN 3990 und ISO 6336 die Grundlage für den Tragfähigkeitsnachweis metallischer Zahnräder. Beide Normen wurden jedoch ursprünglich für Stirnräder mit einem Normalmodul mn ≥ 2 mm entwickelt. Entsprechend enthalten sie einen Größenfaktor < 1,0, um die mit zunehmender Bauteilgröße abnehmende Werkstofffestigkeit zu berücksichtigen.
In der Praxis führte dies in den vergangenen 30 Jahren zu einem typischen ingenieurmäßigen Vorgehen:
Bei der Auslegung von Stirnrädern mit kleinen Modulen (mn = 1,0 mm bis hinunter zu 0,5 mm) wurde häufig mit sehr niedrigen erforderlichen Mindestsicherheiten gearbeitet, teilweise sogar unterhalb von 1,0, um eine Überdimensionierung zu vermeiden.
Dieser Ansatz hat funktioniert. Methodisch wirklich zufriedenstellend war er jedoch nie.
Was hat sich geändert?
Neuere Forschungsarbeiten haben den Größeneffekt systematisch in Richtung kleinerer Abmessungen untersucht – insbesondere für einsatzgehärtete Stähle. Das Ergebnis:
Für mn ≤ 1,0 mm werden nun Größenfaktoren > 1,0 für einsatzgehärtete Stähle vorgeschlagen.
Wichtige Veröffentlichungen hierzu sind:
https://lnkd.in/dC6sDHVV
https://lnkd.in/dbVQzQRW
Diese Erkenntnisse bieten erstmals eine wissenschaftlich fundierte Alternative zum bisherigen „Workaround“, Sicherheitsfaktoren einfach abzusenken.
Die TBK-Software unterstützt diesen Ansatz inzwischen direkt. In den Modulen für:
- Stirnradpaare
- Planetenstufen
- 3er- und 4er-Räderketten
- Zahnstangen
können die Größenfaktoren in der Tragfähigkeitsberechnung nach:
- DIN 3990 Methode B
- ISO 6336 Methode B
nun individuell auch mit Werten > 1,0 definiert werden.
Gerade in Neuentwicklungen, bei denen Erfahrungswerte für reduzierte Sicherheitsfaktoren fehlen, schafft dieser Ansatz mehr Klarheit und erhöht die Auslegungssicherheit.