Elektromotoren
Teil von Getriebe berechnen: Übersetzung, Wirkungsgrad und Sicherheiten richtig ansetzen
Getriebeberechnung: Welche Normen und Sicherheiten gelten
Getriebeberechnung: DIN 3990, ISO 6336, DIN 743 und FKM-Richtlinie mit Anwendungsbereich, Sicherheitsbeiwerten und Abgrenzung von DIN-, EN- und ISO-Ebene.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Für Stirnräder gilt die Tragfähigkeitsberechnung nach DIN 3990, die durch DIN ISO 6336 ersetzt worden ist.
- ISO 6336 ist die internationale Referenz für Grübchen und Zahnfuß.
- DIN 743 deckt Wellen und Achsen ab, die FKM-Richtlinie allgemeine Bauteile aus Stahl, Eisenguss und Aluminium.
- Mindestwerte: 1,0 gegen Grübchen, 1,4 gegen Zahnfußbruch.
Welches Regelwerk für welches Bauteil gilt
Die Regelwerke überschneiden sich nicht, sie decken unterschiedliche Bauteile ab. Ein falscher Ansatz kostet den Nachweis vor dem Gutachter.
| Regelwerk | Anwendungsbereich | Ebene |
|---|---|---|
| DIN 3990 | Stirnräder, deutsche Altnorm | deutsche Normung |
| DIN ISO 6336 und ISO 6336 | Stirn- und Schrägverzahnungen | ISO-Ebene, in Deutschland übernommen |
| DIN 743 | Wellen und Achsen aus Stahl | deutsche Normung |
| FKM-Richtlinie | Stahl, Eisenguss, Aluminium | Regelwerk des FKM |
DIN 3990 stammt aus der deutschen Normung und ist zurückgezogen. An ihre Stelle tritt die Übernahme von ISO 6336 als DIN ISO 6336. Alte Lastenhefte nennen die deutsche Norm trotzdem weiter, weil laufende Nachweise nicht ohne Weiteres umgestellt werden.
Dann klärt der Prüfer, welche Ausgabe vertraglich geschuldet ist. DIN-Normen sind private Regelwerke; verbindlich werden sie erst durch Vertrag, Gesetz oder behördliche Anordnung, wie din.de zur Verbindlichkeit von DIN-Normen ausführt.
DIN 743 ist auf Wellen und Achsen zugeschnitten und setzt Stahl voraus. Die FKM-Richtlinie ist breiter angelegt: Sie deckt Bauteile aus Stahl, Eisenguss und Aluminium ab, auch ohne Rotation.
Herausgeber der FKM-Richtlinie ist das Forschungskuratorium Maschinenbau, nicht das DIN. Sie wird für Gestelle, Gehäuse und Kurbelwellen herangezogen, wenn DIN 743 nicht passt.
Grübchen, Zahnfuß und Dauerfestigkeit
Grübchen sind Ermüdungsrisse an der Zahnflanke, die sich zu Ausbrüchen vertiefen. Der Nachweis läuft über die Flankenpressung. Der Zahnfuß ist die gefährdete Stelle am Übergang zur Zahnlücke, dort entsteht der Dauerbruch. Der Nachweis läuft über die Zahnfußspannung. Beide Größen werden mit dem Nennspannungskonzept ermittelt und über Faktoren für Last, Geometrie und Werkstoff korrigiert.
Dauerfestigkeit bedeutet: Eine Spannung wird über eine sehr hohe Lastspielzahl schadensfrei ertragen. Die Werkstoffqualitäten ML, MQ und ME in ISO 6336-5 sind auf 3 Millionen Lastwechsel je Flanke bezogen. Für höhere Lastspielzahlen greifen die Lebensdauerfaktoren für Flanke und Zahnfuß. Unterhalb dieser Grenze wird der Nachweis zeitfest geführt, die zulässige Spannung sinkt.
Sicherheitsbeiwerte: Zahlenwerte und Vereinbarung
Die Sicherheit ist das Verhältnis aus ertragbarer zu vorhandener Beanspruchung. Für Verzahnungen nennen die Normen Mindestwerte von 1,0 gegen Grübchen und 1,4 gegen Zahnfußbruch. Übliche Lastenhefte fordern 1,3 gegen Grübchen und 1,6 gegen Zahnfußbruch.
DIN 743 schreibt keinen festen Mindestbeiwert vor. Der Nachweis gilt als erbracht, wenn die vereinbarte Sicherheit erreicht ist; üblich sind 1,5 bis 2,0 gegen Dauerbruch und rund 1,2 gegen bleibende Verformung. Die FKM-Richtlinie arbeitet genauso: Der Beiwert wird vereinbart, bei hohem Schadensrisiko liegt er über 1,5.
Die Sicherheit ersetzt nicht die Prüfung der Eingangsgrößen. Der Anwendungsfaktor darf nur bei gleichförmiger Belastung 1,0 betragen; stoßartige Belastung durch Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine erhöht ihn. Anhaltswerte stehen in den Tabellen der Norm.
Die Rechenkerne gängiger Programme bilden diese Regelwerke ab. Verzahnungen rechnet etwa KISSsoft, Berechnungssoftware für Verzahnungen, Wellen und Achsen nach DIN 743 übernimmt MDESIGN für Wellen- und Achsberechnung. Maßgeblich bleibt die im Vertrag genannte Ausgabe, nicht die Voreinstellung der Software.
Deutsche, europäische und ISO-Ebene
DIN 3990 stammt aus der deutschen Normung. An ihre Stelle ist die deutsche Übernahme der ISO-Norm getreten: DIN ISO 6336 und ISO 6336 sind inhaltsgleich und tragen dieselbe Nummerierung.
Für die Tragfähigkeitsberechnung von Verzahnungen gibt es keine eigenständige europäische Norm. Auf europäischer Ebene werden ISO-Normen als EN ISO übernommen, in Deutschland erscheinen sie zusätzlich als DIN ISO. Die Nummerierung bleibt gleich.
Für die Maschinenrichtlinie zählte die Konformitätsvermutung harmonisierter Normen. Mit der EU-Maschinenverordnung 2023/1230 gilt diese Logik ab dem 20. Januar 2027 fort.
Für den Nachweis bedeutet das: Das Lastenheft muss Norm, Ausgabe und Sicherheiten nennen. Fehlt eine Angabe, ist sie vor der Berechnung schriftlich zu klären.
So läuft der Nachweis ab
- Bauteil und Regelwerk festlegen: Verzahnung nach DIN ISO 6336, Welle nach DIN 743.
- Beanspruchung und Lastkollektiv aus dem Lastenheft übernehmen, Anwendungsfaktor festlegen.
- Werkstoffkennwerte der vorgesehenen Qualität einsetzen, Lebensdauerfaktoren prüfen.
- Sicherheiten gegen die vereinbarten Mindestwerte vergleichen.
- Ergebnis mit Norm, Ausgabe und Beiwerten dokumentieren.
Häufige Fragen
Gilt DIN 3990 noch?
Für bestehende Verträge ja, für neue Nachweise nein. Die Norm ist nicht mehr gültig; maßgeblich ist die im Vertrag genannte Ausgabe.
Welche Sicherheit genügt für ein Getriebe?
Als Untergrenze gelten 1,0 gegen Grübchen und 1,4 gegen Zahnfußbruch. Höhere Werte fordert der Kunde im Lastenheft, häufig 1,3 und 1,6.
Wer legt die Sicherheitsbeiwerte fest?
Bei Verzahnungen die Norm als Mindestwert, im Übrigen der Auftraggeber. DIN 743 und die FKM-Richtlinie nennen keinen festen Beiwert.
Welche Rolle spielt die europäische Ebene?
Eine eigene EN-Norm zur Zahnradtragfähigkeit gibt es nicht. Europäisch relevant sind übernommene ISO-Normen und die Konformitätsvermutung harmonisierter Normen nach der EU-Maschinenverordnung 2023/1230.