DIN 3990-4:1987-12

1 Anwendungsbereich und Zweck
  1.1 Allgemeines
  1.2 Fressschäden und Sicherheitsfaktor
2 Zeichen, Benennungen und Einheiten
3 Integraltemperatur-Verfahren
  3.1 Grundgleichung der Integraltemperatur vertikaler
       theta[int]
  3.2 Blitztemperatur im Kopfeingriffspunkt E
       des Ritzels vertikaler theta[fla E]
  3.3 Massentemperatur vertikaler theta[M]
  3.4 Massgebende Umfangskraft
       je Einheit Zahnbreite omega[Bt]
  3.5 Mittlere örtliche Reibungszahl mu[my], mu[mc]
  3.6 Blitzfaktor X[M]
  3.7 Geometriefaktor für den Ritzelzahnkopf X[BE]
  3.8 Winkelfaktor X[alpha beta]
  3.9 Eingriffsfaktor X[Q]
  3.10 Kopfrücknahmefaktor X[Ca]
  3.11 Überdeckungsfaktor X[epsilon]
  3.12 Zulässige Integraltemperatur vertikaler theta[int P]
  3.13 Rechnerische Fresssicherheit
       für die Integraltemperatur S[int S]
  3.14 Fress-Integraltemperatur vertikaler theta[int S]
  3.15 Relativer Gefügefaktor X[W rel T]
  3.16 Näherungswerte der Massen- und
       Blitztemperatur aus Testergebnissen
4 Blitztemperatur-Verfahren
  4.1 Grundgleichung der Kontakttemperatur vertikaler
       theta[B]
  4.2 Grundgleichung der Blitztemperatur Vertikaler
       theta[fla]
  4.3 Massentemperatur Vertikaler theta[M]
  4.4 Massgebende Umfangskraft
       je Einheit Zahnbreite omega[Bt]
  4.5 Parameter T auf der Eingriffslinie
  4.6 Mittlere örtliche Reibungszahl mu[my]
  4.7 Blitzfaktor X[M]
  4.8 Geometriefaktor X[B]
  4.9 Winkelfaktor X[alpha beta]
  4.10 Kraftaufteilungsfaktor X[T]
  4.11 Maximalwert der Kontakttemperatur vertikaler
       theta[B max]
  4.12 Zulässige Kontakttemperatur vertikaler theta[BP]
  4.13 Rechnerischer Sicherheitsfaktor
       für die Kontakttemperatur S[B]
  4.14 Fresstemperatur vertikaler theta[S]
  4.15 Relativer Gefügefaktor X[w rel T]
  4.16 Näherungswerte der Massen- und
       Blitztemperatur aus Testergebnissen

Diese Norm enthält Grundgleichungen für die Berechnung der Fresstragfähigkeit (Warmfressen) von ölgeschmierten Gerad-, Schräg- und Doppelschräg-Stirnrädern mit Evolventenflanken. Bei pfeilverzahnten Stirnrädern wird davon ausgegangen, dass die Umfangskraft gleichmässig auf beide Schrägungswinkel aufgeteilt wird. Anderenfalls, zum Beispiel bei Angriff äusserer Axialkräfte, muss dies in der Berechnung berücksichtigt werden. Die beiden Schrägungswinkel sind dann wie zwei nebeneinander liegende Schrägstirnräder zu behandeln. Diese Norm beinhaltet die quantitative Abschätzung von Einflussgrössen auf die Fresstragfähigkeit. Die Gleichungen gelten für Stirnräder mit Aussen- und Innenverzahnung mit Bezugsprofil nach ISO 53 - 1974. Sie können näherungsweise auch auf Verzahnungen mit anderen Bezugsprofilen bis zu einer Profilüberdeckung epsilon[alpha n] = 2,5 angewendet werden. Die Berechnungsverfahren stützen sich auf Ergebnisse aus Versuchen in Zahnradlaufprüfständen mit Umfangsgeschwindigkeiten unter 80 m/s. Wenn die Gleichungen für höhere Geschwindigkeitsbereiche angewendet werden, muss mit einer zunehmenden Unsicherheit gerechnet werden. Diese Unsicherheit resultiert aus der Berechnung der Massentemperatur, die über der Zahnbreite nicht konstant ist, sondern einen sehr komplizierten Verlauf aufweist. Hier müssen die speziellen Erfahrungen der verschiedenen Zahnradhersteller einbezogen werden. Diese angegebenen Gleichungen dürfen nicht für die Bestimmung anderer Arten von Zahnschäden, wie zum Beispiel Kaltfressen, plastische Verformung, Adhäsionsverschleiss usw. (vergleiche DIN 3979), benutzt werden. Weitere Einschränkungen siehe Abschnitte 3 und 4. Das mit vorliegender Norm erfasste 'Warmfressen' mit charakteristischen Verschleiss- und Fressriefen (Bild 1.1a) tritt überwiegend bei hohen Geschwindigkeiten und grossen Drehmomenten auf. Das 'Kaltfressen' (Bild 1.1b) wird vornehmlich bei niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten - unter Äquivalent zu 4 m/s - bei vergüteten Zahnrädern geringer Qualität beobachtet und kann nicht mit einem der beschriebenen Verfahren erfasst werden. Ein einmal eingeleiteter Fressschaden führt zu starken Flankenbeschädigungen, einem Ansteigen der Temperatur, der Verlustleistung, der dynamischen Zahnkräfte, des Geräusches und des Verschleisses. Das kann zum Zahnbruch führen, wenn die Betriebsbedingungen nicht geändert werden. Wenn ein Fressschaden durch eine kurzzeitige Überlastung verursacht wird, der eine sofortige Lastverringerung folgt, so kann sich die Flanke in gewissem Mass wieder glätten - der Schaden ausheilen. Die verbleibenden Flankenschäden bewirken jedoch ebenfalls einen Anstieg der Verlustleistung, der dynamischen Zahnkräfte und des Geräusches. In den meisten Fällen kann die Fresstragfähigkeit durch die Verwendung von höherlegiertem EP-Öl gesteigert werden. Jedoch sollen einige Nachteile der EP-Öle - Kupferkorrosion, Versprödung von Dichtungen, keine weltweite Verfügbarkeit usw. - beachtet werden, um eine optimale Schmierstoffauswahl zu treffen, das heisst so wenig Additiv, wie möglich, so viel Additiv, wie nötig. Aufgrund der stetigen Änderung verschiedener Parameter, der Komplexität der chemischen Eigenschaften und der thermo-hydroelastischen Vorgänge im instationären Kontakt muss mit Streuungen der Ergebnisse gerechnet werden. Im Gegensatz zur Grübchenbildung und zum Dauerbruch, die ein ausgeprägtes Zeitfestigkeitsgebiet aufweisen, kann bereits eine einzige, kurze Überlastung zum Fressschaden und somit zum Ausfall der Zahnräder führen. Diese Überlegungen sind bei der Wahl eines angemessenen Sicherheitsfaktors für das betreffende Zahnrad zu berücksichtigen. Allgemeine Gesichtspunkte, die bei der Wahl des Sicherheitsfaktors zu beachten sind, siehe DIN 3990 Teil 1, Ausgabe 12.87, Abschnitt 1.2.