Logo
Metrikon
Wie die Konstruktion den Betrieb des Getriebes, die Lastenverteilung und die routinemäßige Wartung beeinflusst
Getriebe

Wie die Konstruktion den Betrieb des Getriebes, die Lastenverteilung und die routinemäßige Wartung beeinflusst

  • Katarina Knafelj Jakovac

    2. Februar 2024

Übertragungselemente sind mechanische Baugruppen, die Kraft und/oder Bewegung übertragen von der Antriebsmaschine auf die angetriebene Maschine und sind in allen Arten von Produktions- und Verarbeitungsindustrien vorhanden.

Die Baugruppe besteht aus Antriebs- und angetriebenen mechanischen Elementen, die sich drehen und die Übertragung entweder durch direkten Eingriff oder indirekt über Riemen, Riemen, Ketten und ähnliches realisieren.

reduktor.png

Bild: Beispiel für einen Zweiganggetriebehersteller von Wärtsilä (Quelle)

Die am weitesten verbreiteten Kraftübertragungselemente sind mechanische Übertragungen wie Getriebe, Multiplikatoren oder Getriebe, während Zahnrad- und Riemenübertragungen die verbreitetste Art der Übertragung sind.
Die richtige Konstruktion des Getriebes, ordnungsgemäße Funktion, rechtzeitige Erkennung und Behebung von Störungen sowie der Prozess der regelmäßigen Wartung sind die Hauptelemente, durch die während der gesamten Lebensdauer des Getriebes eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird.

Ein erfolgreicher Betrieb und die Zuverlässigkeit des Getriebes liegen in gleicher Verantwortung des Konstrukteurs, des Betreibers und des Wartungspersonals.

Grundkomponenten eines Getriebes

Der Getriebe ist ein mechanischer Übertragungselement, das die Drehzahl der Antriebswelle im Vergleich zur Drehzahl der angetriebenen Maschine reduziert, z. B. wird die Drehzahl des Elektromotors mithilfe eines Getriebes beim Übertragen der Umdrehungen auf einen Ventilator reduziert.

Die Maschine fällt in der Regel unter die Kategorie der Hilfseinrichtungen. Hilfsmaschinen werden oft als selbstverständlich betrachtet, wenn sie Teil eines größeren Systems sind, aber sie sind komplex und erfordern Wartung. Ein Querschnitt eines Getriebes und seine Teile sind auf dem Bild dargestellt.

T34-027.jpeg
Bild: Getriebe (Quelle)

Ein komplexerer Typ von Getriebe besteht aus folgenden Teilen:

No.HrvatskiEnglishDeutsch
1Donja polovica kućištaLower Housing HalfUnteres Gehäuse
2Ulazno vratiloInput ShaftEingangswelle
3LežajBearingLager
4Zupčanik 2. stupnjaGear 2nd StageZahnrad 2. Stufe
5Međustupanjska čahuraIntermediate SleeveZwischenhülse
6Zupčanik 1. stupnjaGear 1st StageZahnrad 1. Stufe
7Međustupanjska čahuraIntermediate SleeveZwischenhülse
8Konični ležajTapered BearingKegelrollenlager
9Poklopac koničnog ležajaTapered Bearing CoverAbdeckung Kegelrollenlager
10Zupčanik 3. i 4. stupnjaGear 3rd and 4th StageZahnrad 3. und 4. Stufe
11Poklopac kugličnog ležajaBall Bearing CoverAbdeckung Kugellager
12GraničnikLimiterBegrenzer
13MaticaNutMutter
14Kuglični ležajBall BearingKugellager
15Zupčanik 3. stupnjaGear 3rd StageZahnrad 3. Stufe
16Međustupanjska čahuraIntermediate SleeveZwischenhülse
17Zupčanik 4. stupnjaGear 4th StageZahnrad 4. Stufe
18Pogonjeni konusni zupčanikDriven Tapered GearGetriebenes Kegelrad
19Pokrov međustupanjskog vratilaIntermediate Shaft CoverAbdeckung der Zwischenwelle
20Međustupanjsko vratiloIntermediate ShaftZwischenwelle
21Zupčanik 1. i 2. stupnjaGear 1st and 2nd StageZahnrad 1. und 2. Stufe
22Pogonski konusni zupčanikDriving Tapered GearTreibendes Kegelrad
23Pokrov pogonskog vratilaDrive Shaft CoverAntriebswellenabdeckung
24MaticaNutMutter
25Zupčasta spojkaGear CouplingZahnkupplung
26ČepPlugStopfen
27NosačBracketHalterung

Der Einfluss der Konstruktion auf die Funktion des Getriebes

Norm API 613 legt Anforderungen an die Konstruktion von Kraftübertragungseinrichtungen fest, die für den Einsatz in der Erdöl-, Chemie-, Gas- und Petrochemieindustrie bestimmt sind.

Situationen, die die Belastung der Zahnflanken des Getriebes und die Lastverteilung beeinflussen, werden durch die Konstruktion und die in der Produktion erzielte Genauigkeit sowie durch die Verformung der Fundamente, gleichmäßige Belastung der Getriebezähne, Genauigkeit der Zentrierung in Bezug auf die antreibende und angetriebene Maschine sowie flexible Installation beeinflusst.

Die Übertragungseigenschaften umfassen das Übertragungsverhältnis (das Verhältnis der Drehzahl des Eingangs- (antreibenden) und Ausgangs- (angetriebenen) Elements des Getriebes) und die Lastverteilung auf den Wellen.

Ein wichtiger Faktor, der die Aufrechterhaltung der Zentriergenauigkeit bei zweistufigen Getrieben beeinflusst, ist der Unterschied in der Drehzahl der vorderen und hinteren Lager im Getriebe.

Die Lager werden auch durch die Kräfte beeinflusst, die durch Lasten und Drehmomente sowie durch die Gewichtskomponente der Zahnräder und des Gehäuses entstehen.

Bei bestimmten Arten von Getrieben, bei denen die statische Belastung, die auf die vorderen und hinteren Lager wirkt, in der Intensität variiert (im Gegensatz zu Lagern, die einer gleichmäßigen Belastung ausgesetzt sind), werden die resultierenden Kräfte nicht in dieselbe Richtung wirken.
Dies führt dazu, dass das vordere und hintere Lager in unterschiedlichen Positionen innerhalb ihrer Lufthülle arbeiten.

Die Getriebelager sind im Gehäuse über dem Ölbehälter für die Zahnrad-Schmierung platziert. Aus diesem Grund erwärmen sich ihre Fundamente während des Betriebs, was unbeabsichtigte Verschiebungen der Lager verursacht.

Gleichzeitig entsteht auch während des Betriebs der antreibenden und angetriebenen Maschinen, die eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur haben, eine geringe Menge an Wärme.

In diesem Fall beeinflusst ihre Arbeit ebenfalls die Getriebelager, wenn z. B. eine Pumpenanordnung vom kalten Stillstand auf die Betriebstemperatur übergeht.

U tom Fall ist es unvermeidlich, dass ihre Arbeit auch die Arbeit der Getriebelager beeinflusst, wenn beispielsweise die Pumpeneinheit vom kalten Ruhezustand auf die Betriebstemperatur übergeht.

Wenn die Betriebsbedingungen erreicht sind, wird das Lagergehäuse des Getriebes etwa 0,3 mm bis 0,7 mm über das Lagergehäuse der angetriebenen Maschine angehoben.

Die Erreichung einer Kompensation für thermische und elastische Verformungen der Zahnflanken ist ein entscheidender Faktor für den zuverlässigen Betrieb, da dies eine akzeptable Lastverteilung zwischen den Zahnrädern im Eingriff ermöglicht.

Die Zähne der Zahnräder in mehrstufigen Getrieben sind so konstruiert, dass sie unter dem Einfluss von Kräften arbeiten und seitliche kritische Geschwindigkeiten haben, die weit über den Arbeitsgeschwindigkeiten liegen.

Sie werden vibrationsfrei arbeiten, wenn sie gemäß einem geeigneten Verfahren ausgewuchtet sind. Wenn Dampf- oder Gasturbinen die Hauptantriebsmaschinen sind, ist die Auswuchtung besonders wichtig für das Zahnrad der ersten Reduktionsstufe, da es die gleiche Drehzahl wie die Turbine hat.

Das Zahnrad der ersten Reduktionsstufe muss daher den gleichen Grad an dynamischem Gleichgewicht haben wie die Turbine.

Generell werden die Zähne der Getriebe durch das Drehen hergestellt. In diesem Prozess ist das Schneidwerkzeug ein Drehmeißel, der mehrere drehende Schneiden an einem oder mehreren Führungselementen hat, wobei die Zähne so geformt sind, dass sie ein ausgewähltes Grundzahnrad bilden.

Während des Herstellungsprozesses schneiden die sich drehenden Schneiden die Zähne aus, und es entsteht die echte spiralförmige Form der seitlichen Zahnflanke und der Zwischenräume zwischen den Zähnen. Die Messer bestimmen auch die Zahnabmessungen in Bezug auf ihre Form.

Andere Parameter, die die Zahngeometrie, die Anzahl und der Winkel der Wendungen, werden durch die Auswahl des variablen Übersetzungsverhältnisses des Drehzahldrehmeißels bestimmt, ohne dass der Werkzeugtyp zum Einfräsen geändert werden muss.

Group 16 (2).png
Quelle: Geometrie und Markierungen von Zahnrädern mit geraden Zähnen (Quelle: Eugen Oberšmit: Verzahnungen und Zahnräder)

Durch Einstellen des Zahnwinkel basierend auf dem Zahnprofil in der Rotationsfläche ist es möglich, das ausgewählte Werkzeug zu verwenden. Dadurch entsteht das Zahnprofil in der Zahnflächen-Rotationsfläche mit einer bestimmten Anzahl von Zähnen. Daher werden standardisierte und begrenzte Anzahl von Drehwerkzeugen für die Herstellung von Zahnrädern verwendet.

Ein weiterer Bearbeitungsprozess, der für die Herstellung großer Zahnräder verwendet wird, ist das Formen durch Einstechen.

Bei diesem Prozess hat das Formwerkzeug entweder die Form einer Zahnradschiene oder ähnelt einem kleinen Zahnrad mit Schneidkanten, die das Material während der Drehung schneiden, um die erforderliche Zahnform zu gestalten.

Group 17.png
Bild: Drehwerkzeug CoroMill® 172 des Herstellers Sandvik Coromant für die Herstellung von Zahnrädern.

Bearbeitungsprozesse nach dem Schneiden werden angewendet, um die Genauigkeit und Gleichmäßigkeit der Zahnflächen von Zahnrädern zu verbessern.

Schleifen ist ein Prozess, bei dem Werkzeuge mit Wolframkarbid-Spitzen verwendet werden, um Unebenheiten an den verhärteten Elementen des Getriebes zu entfernen.

Der hohe Genauigkeitsanspruch an die Getriebebauweise verhindert jedoch oft den Einsatz von Schleifen für die Endbearbeitung von Zahnrädern.

Das rotierende Honwerkzeug für das Honen von Getriebezahnrädern ist eine Methode zur Verbesserung des Endbearbeitungsprozesses von Zahnrädern. Beim Honen handelt es sich um einen Prozess, der dem Fräsen entlang der Achse ähnelt, jedoch ein abrasives Werkzeug ohne Verzahnung verwendet.

Ein spezielles Honwerkzeug ist erforderlich, um die Genauigkeit des Zahnprofils aufrechtzuerhalten. Während des Schleifprozesses werden die Seitenflächen der Zahnräder geschliffen, wobei gleichzeitig die erforderliche Form der Zähne und der Winkel der Biegung erreicht wird.
Der Schleifprozess ermöglicht oft Modifikationen an der Zahnprofilform, am Winkel der Biegung und an den Endvertiefungen.

Änderungen am Zahnprofil ermöglichen eine optimale Lastverteilung entlang der Zähne und reduzieren das Geräusch, wenn die Zahnräder im Eingriff sind.

Durch axiales Schaben wird ein Zahnrad mit mehreren Zahnreihen bearbeitet, um die Oberfläche der Zähne mit der sich im Eingriff befindlichen Zahnoberfläche zu schaben.

Die Oberfläche des Werkzeugs hat rechteckige Vertiefungen und einen Biegungswinkel, der sich um einige Grad von der Biegung der Zähne auf dem zu bearbeitenden Zahnrad unterscheidet.

Der entstandene Unterschied in den Winkeln ermöglicht eine präzise Bewegung entlang der Kante für präzises Schneiden und Fräsen.

Angesichts der hohen Drehgeschwindigkeit der Zahnräder während der Bearbeitung und des langsameren Fräsens der Oberfläche ermöglicht das präzise Schneiden der seitlichen Zahnfläche eine präzisere Oberfläche der Zähne und eine genauere Form des spiraligen Bogens im Vergleich zu einem Zahnrad, das durch Drehen hergestellt wurde.

Der Fräsprozess ermöglicht auch die Korrektur von Unregelmäßigkeiten im Winkel der Zahnneigung durch selektive Auswahl der zu bearbeitenden Fläche durch Fräsen, die mit den Zahnrädern im Eingriff steht.

359.png
Bild: Herstellung von Zahnrädern auf einer Fräsmaschine, a) horizontales Einfräsen der Zähne b) vertikales Einfräsen der Zähne (Quelle)

Die Überprüfung der Berührung der Zahnräder und die gleichmäßige Lastverteilung über die Breite der Zahnfläche sind entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb und die Reduzierung des Risikos beschleunigten Zahnverschleißes.

Die Überprüfung der Berührung der Zähne mit Hilfe einer Bremse dient als Indikator für den gegenseitigen Kontakt der Zähne. Die Überprüfung kann auch durch Auftragen von Kupferschichten oder Auftragen von blauer Farbe durchgeführt werden.

Der Abdruck, den die blaue Farbe oder das Kupfer auf der Zahnfläche hinterlässt, dient als Indikator für die Berührung.

Durch den Einsatz fortschrittlicher Messmethoden wie Schwingungsmessung und modulierter Frequenzen kann der Zustand der Zähne bei allen Betriebsarten und verschiedenen Umgebungsbedingungen überwacht werden. Dabei werden die Auswirkungen aller externen und internen Einflussfaktoren erfasst, die die Haltbarkeit der Zähne während des Betriebs des Getriebes beeinflussen können.

Ein Abdruck, der blaue Farbe hinterlässt oder ein Abdruck, der auf der Kupferschicht bleibt, dient als Indikator für das Einwirken.

Durch den Einsatz fortschrittlicher Methoden zur Messung von Vibrationen und modulierten Frequenzen kann der Zustand der Zähne in allen Betriebsarten und verschiedenen Umgebungsbedingungen überwacht werden. Es ermöglicht auch die Aufzeichnung des Einflusses aller externen und internen Faktoren, die die Haltbarkeit der Zähne während des Betriebs des Getriebes beeinflussen.

Bei frühen Getriebebauarten waren Unregelmäßigkeiten in den Zahnrädern, die während der Produktion entstanden, manchmal die Ursache für Vibrationen. Die Präzision, mit der heutige Zahnräder hergestellt werden, hat jedoch diese Vibrationsquelle beseitigt.

Bei Getrieben, die Teil von Dampf- oder Gasturbinensystemen sind, unterscheiden wir 3 Arten von Torsionsschwingungen.

Bei der ersten Art von Torsionsschwingungen sind die Winkelvibrationen am größten, während das Drehmoment am Getriebe am größten ist. Dies tritt hauptsächlich in Systemen mit langen Kupplungen auf und kann bei Systemen mit kürzeren Kupplungen gefährlich sein.

Durch den Einsatz fortschrittlicher Methoden zur Messung von Vibrationen und modulierten Frequenzen kann der Zustand der Zähne in allen Betriebsarten und verschiedenen Umgebungsbedingungen überwacht werden. Es ermöglicht auch die Aufzeichnung des Einflusses aller externen und internen Faktoren, die die Haltbarkeit der Zähne während des Betriebs des Getriebes beeinflussen.

Die erste Art von Torsionsschwingungen muss sorgfältig bewertet werden, um sicherzustellen, dass das Drehmoment, das dem Moment hinzugefügt wird, das unter stabilen Betriebsbedingungen übertragen wird, den Betrieb des Getriebes nicht gefährdet. Trägheit und Elastizitätsfaktoren der Turbine und des Getriebes haben keinen signifikanten Einfluss auf die erste kritische Geschwindigkeit.

Die zweite Art von Torsionsschwingungen tritt auf, wenn zwei benachbarte Antriebsmaschinen, z. B. Turbinen, in entgegengesetzte Richtungen vibrieren, was während des Betriebs auftreten kann.

In diesem Fall muss das Torsionsmoment auf die gleiche Weise bewertet werden wie bei der ersten kritischen Geschwindigkeit. Durch die Anwendung eines starren Antriebssystems wird die Anregung der zweiten Art von Schwingungen verhindert. Bei einem solchen Antrieb sind die beiden Turbinen durch Anpassung der Abmessungen der Welle so synchronisiert, dass sie die gleiche Arbeitsfrequenz wie das Getriebe haben.

Als Ergebnis werden alle Bewegungen der Wellen beider Turbinen und der angetriebenen Maschine keine Anregung der zweiten Art von Schwingungen verursachen, basierend auf der Festigkeit der Struktur der Antriebsmaschine.

Die dritte Art der Schwingung tritt auf, wenn das Getriebe anfällig für Biegung ist, da es keine feste Konstruktion hat. Normalerweise tritt dies weit außerhalb des normalen Betriebs auf, kann jedoch die Leistung beeinträchtigen.

Zum Beispiel erfordert das Hauptantriebssystem auf Schiffen, das einen Dieselmotor als Primärantrieb verwendet, umfangreiche Analysen der Torsionsschwingungen, um einen zufriedenstellenden Betrieb zu gewährleisten. Dieselmotoren haben unterschiedliche Erregungsniveaus.

Viertaktmotoren haben Erregungen der Reihenfolge von ½, 1, 1 ½, 2, 2 1/2. Zweitaktmotoren haben Erregungen der Reihenfolge 1, 2, 3,...

Normalerweise werden Anregungen bis zur 12. Reihenfolge analysiert. Die meisten Dieselantriebssysteme auf Frachtschiffen erfordern eine flexible Torsionskupplung zur Dämpfung der Steifigkeit der Wellenführung, die auch Dämpfungseigenschaften aufweist, um Torsionsschwingungen in den Getrieben zu reduzieren.

Die Funktion des Getriebegehäuses besteht darin, die angemessene Unterstützung der Lager und den Öltank zur Zwangsschmierung der Zahnräder sicherzustellen.

Die Zahnräder sind in Öl bis zu einer genau festgelegten Tiefe eingetaucht. Die Tiefe muss auf konstanter Ebene gehalten werden, da eine zu niedrige Tiefe zu unzureichender Schmierung führt und eine zu hohe Ölstandsebene Spritzen verursacht.

Die Eintauchtiefe unterscheidet sich für Hochgeschwindigkeitsgetriebe und sollte nicht größer sein als eine Zahnhöhe H1 < H2, und für Langsamgeschwindigkeitsgetriebe sollten es zwei bis drei Zahnhöhen H1 > H2 sein, wie in der Abbildung dargestellt.

Screenshot 2024-02-01 at 17.58.01.png
Bild: Zwangsschmierung der Zahnräder durch Eintauchen, a) Schmiermitteltiefe für Langsamgeschwindigkeitsgetriebe b) Schmiermitteltiefe für Hochgeschwindigkeitsgetriebe (Quelle: Gescannt aus dem Buch Eugen Oberšmit: Zahnradgetriebe und Zahnräder)

Alle Lasten der Lager befinden sich in Ebenen, die senkrecht zur Wellenachse stehen. In vielen Fällen, insbesondere bei Verbindungen mit Zweistufengetrieben, muss das Lagergehäuse die Lager bei verschiedenen Neigungen unterstützen.

Auf dem nächsten Bild ist ein gewartetes Getriebe mit geöffnetem oberen Gehäusedeckel dargestellt. Das untere Gehäuse wurde von Öl befreit. Neue Lager sind auf den Wellen montiert.

Screenshot 2024-02-01 at 17.59.46.png
Bild: Gewartetes Getriebe mit montierten neuen Lagern (Quelle)

Für einen reibungslosen Betrieb des Getriebes und minimale Abnutzung der Zähne müssen die Wellen kontinuierlich und parallel zueinander arbeiten. Der Aufbau des Getriebegehäuses ist eine Möglichkeit, die Ausrichtung der Wellen der Antriebs- und Angetriebemaschine im Verhältnis zum Getriebe sicherzustellen.

Aufgrund der unterschiedlichen Drehrichtungen verschiedener Wellen und der Position der Belastung auf den Getriebezahnrädern kann eine Reaktion der Lager unter einem bestimmten Winkel zur Drehachse auftreten. Daher ist es wichtig, dass dieses Ereignis bei der Konstruktion des Gehäusedeckels berücksichtigt wird.

Das Gehäuse ist starr mit den Fundamenten verbunden, um eine Struktur zu bilden, die das Biegen der Achsen der Zahnräder verhindert.

Mit Ausnahme kleiner Hilfsgetriebe haben Gehäuse separate Inspektionsdeckel, um den Zustand der Zahnräder zu überprüfen und Lager, beschädigte Teile und Schmieröl kontrollieren und austauschen zu können.

Die Konstruktion und Steifigkeit des Getriebegehäuses müssen studiert und mit der Struktur und Steifigkeit des Fundaments verglichen werden, auf dem das Getriebe liegt, und mit der Montage, bei der das Getriebegehäuse mit Schrauben an der Fundamentplatte in der Produktionsanlage befestigt ist.

Es ist wichtig, dass die Stützbaugruppe die angemessene Strapazierfähigkeit aufweist, um das Auftreten jeglicher Art von messbarem Biegen aufgrund unterschiedlicher Belastung zu verhindern.

Kupplungen, die die Wellen von Turbinen mit Getrieben verbinden, sind ebenfalls wichtig für die Bestimmung der seitlichen kritischen Geschwindigkeit im Turbinen-Getriebe-System und sollten bei der Bewertung berücksichtigt werden.

Die Kombination von Elektromotor, Kupplung, Getriebe und Pumpe bildet eine Baugruppe, die torsional schwingen wird, was eine Reaktion auf Impulse ist, die durch die Rotation des Pumpenrotors entstehen.

Probleme mit dem Betrieb des Getriebes entstehen auch durch übermäßige Steifigkeit der Kupplung und falsche Ausrichtung. Daher sind ständige Verbesserungen in der Konstruktion und Erfahrungsaustausch zwischen Betreibern, Wartungspersonal und Konstrukteuren erforderlich, um eine zufriedenstellende Installation zu ermöglichen.

Bei der Installation sollten die erforderlichen Verfahren und Empfehlungen des Geräteherstellers eingehalten und bewährte Verfahren bei der Ausrichtung angewendet werden.

Belastungsverteilung

Die Belastungsverteilung auf verschiedene Maschinen, mit besonderem Schwerpunkt auf Kraftübertragungseinrichtungen, wird in 3 Kategorien klassifiziert: J – gleichmäßige Belastung (gleichmäßig verteilt), U – mäßige Belastung und T – schwere Belastung. In der Tabelle sind die Belastungen nach Maschinentyp und Industrieart klassifiziert.

Fans and blowersLoad distribution
Fans (radial and axial)J
Cooling tower fansU
Draft fansU
Turbo blowersJ
Chemical industry
AgitatorsJ
CentrifugeU
Cooling drumU
DryerU
Mixer / BlenderU
Compressors
Reciprocating compressorsT
Turbo compressorsU
Cranes
Overhead craneU
Crane with hookJ
Gearbox with internal and external gearsU
Miscellaneous
Centrifugal pumpsU
WinchesU
Piston pumpsT
Screw pumpsU
AeratorsU
Dredger winchesT
Equipment on oil wellsT
Washing machinesU
Food industry
Bottle filling machinesJ
Can pressU
Metal shearsT
Raw material crusherU
Dough making machineU
Packaging machinesU
Sugar beet crushersJ
Construction machinery
Concrete mixersU
Cargo liftsU
Asphalt paving machineU
Generators and transformers
Frequency transformersT
GeneratorsT
Generators on welding devicesT
Metal processing industry
Sheet metal pullersT
Chain conveyorsU
Roller pressT
Pneumatic hammerT
Conveyor beltsU
CutterT
Ingot machineT
Pipe welding machineU
Wire winding machineU
Forging pressesT
Drilling pressesT
BenderU
Processing of rubber, plastic, paper, textiles, wood
Raw material pressesT
ExtrudersU
MixersU
Raw material crushersT
Spinning machineU
Wool combing machineU
Band sawsT
Woodworking machinesJ
Painting and varnishing machinesU
Sample-making machinesU

Die häufigsten Getriebeausfälle

Die häufigsten Ursachen für Getriebeausfälle sind: Überlastung, punktförmige Korrosion (Pitting), Verbiegung der Welle aufgrund von Materialermüdung, Materialabnutzung an der Oberfläche der Zahnräder, Abnutzung, Kavitation und Erosion. Kavitation und Erosion auf den Oberflächen der Materialien, aus denen die Getriebezahnräder hergestellt sind, verursachen kleine Risse.

Punktförmige Korrosion ist eine Ursache für Zahnausfall, da sie den hohen Spannungen an den Kontaktflächen und den zahlreichen wiederholten Spannungszyklen ausgesetzt sind.

Infolgedessen entstehen auf den Oberflächen der Zahnräder oder in der ersten Metallschicht unter der Oberfläche kleine Risse. Die Risse vergrößern sich, bis ein Stück Metall abbricht.

Risse entstehen in der Regel an der Oberfläche, wo der Ölfilm dünn ist und metallische Oberflächen in Kontakt kommen. Das Auftreten von Rissen in der ersten Schicht unter der Oberfläche ist auf Unregelmäßigkeiten, d. h. Einschlüsse im Metall, zurückzuführen.

Abrasive Partikel im Öl können ebenfalls punktförmige Korrosion verursachen, da sie an der Zahnfläche haften und die Spannungen intensivieren.

Abnutzung tritt aufgrund von unzureichendem Schmiermittel oder wenn der Ölfilm aufgrund erhöhter Temperatur, Verwendung von Öl mit ungeeigneter Viskosität oder Überlastung des Getriebes zu dünn wird, auf.

Während der Einlaufphase des Getriebes kommt es in der Regel zu leichter Abnutzung, da Unregelmäßigkeiten während des Kontakts der Oberflächen geglättet werden.

Während des Einfahrens sollte das Getriebe bei verringerter Belastung arbeiten, um übermäßigen Verschleiß der Oberflächen zu vermeiden. Nach Abschluss der Einlaufphase werden die Zahnradoberflächen geglättet, und der Verschleiß nimmt ab.

Abrasive Materialabnutzung tritt aufgrund von Verunreinigungen im Öl, dem Vorhandensein von Metallpartikeln, die durch den Verschleiß der Zahnräder entstehen, Verunreinigungen, die während der Wartung von außen eindringen, und Lecks an Dichtverbindungen oder Entlüftungen auf.

Verunreinigungen führen zu vorzeitigem Verschleiß der Zähne. Entlüftungen am Getriebegehäuse können Filter haben, und alle Verbindungen müssen ordnungsgemäß angezogen sein, um das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern.

Der erste Schritt bei der Überprüfung eines Getriebes ist der Zustand des Schmieröls. Es ist wichtig, das Öl regelmäßig zu analysieren und dabei die Viskosität, den Wassergehalt und das Vorhandensein von metallischen Partikeln zu überprüfen.

Bei neuen Getrieben können nach dem Zusammenbau Metallpartikel zurückbleiben. Diese Partikel müssen während des Ölkreislaufs mit einem Netz oder einem Sieb entfernt werden.

Der erste Ölwechsel sollte nach dem Probebetrieb erfolgen, und die Ölfilter sollten ersetzt oder gereinigt werden. Kleinere Getriebe können magnetische Stopfen haben, an denen sich Metallpartikel ablagern.

Die Stopfen sollten überprüft werden, und die Menge der abgelagerten Partikel sollte entfernt werden. In großen Getriebeölschmiersystemen werden auch magnetische Filter verwendet, die regelmäßig gereinigt werden müssen. Das Öl muss immer sauber sein.

Proben des Öls sollten zur spektrometrischen Analyse in ein Labor geschickt werden, um den Metallabrieb zu bestimmen und die Anwesenheit von Wasser und Viskosität zu prüfen.

Zeigt sich ein Trend zu steigender Metallpartikelmenge im Öl, sollte eine ferografische Analyse durchgeführt werden, um Größe und Art der im Öl vorhandenen Partikel zu bestimmen. Wenn bei der Inspektion grobe Verunreinigungen festgestellt werden, muss das Getriebe geöffnet und die Zahnräder überprüft werden.

Wenn der Gehäusedeckel für die Überprüfung der Zahnräder entfernt wird, muss die gesamte Ölmenge abgelassen und das Gehäuse gründlich gereinigt werden.

Überprüfen Sie vor dem Schließen des Deckels, ob nichts in das Gehäuse gelangt ist. Wenn das Getriebe während eines bestimmten Zeitraums offen bleiben muss, sollte es zum Schutz vor Verunreinigungen mit einer Schutzplane abgedeckt werden.

Während der Inspektion der Zähne an den Zahnrädern sollte die Eingangswelle langsam gedreht und alle Zähne nacheinander gründlich inspiziert werden.

Markieren Sie das erste Zahnrad mit einem Marker, um sicherzustellen, dass alle Zähne tatsächlich überprüft wurden. Die Oberflächen der Zähne, die in Kontakt treten, sollten über die gesamte Zahnfläche die gleiche Breite haben.

Wenn die Breite an einem Ende des Zahns kleiner ist und am anderen Ende größer ist, liegt möglicherweise eine Verschiebung vor. Festgestellte Schäden an den Zähnen müssen markiert und für zukünftige Inspektionen fotografiert werden. Bei sehr großen Zahnbeschädigungen muss möglicherweise das gesamte Zahnrad ersetzt werden.

Elemente des Prozesses der regelmäßigen Wartung von Getrieben

Um Ausfälle von Getrieben in prozess- und produktionsbezogenen Anlagen zu verhindern oder zu beheben, ist es erforderlich, kontinuierliche Instandhaltungsarbeiten durchzuführen.

Der Prozess der regelmäßigen Wartung von Maschinen und Ausrüstungen ist ein integraler Bestandteil des täglichen Betriebs in industriellen Anlagen.

Der Prozess umfasst proaktive (vorhersagende und präventive) sowie reaktive Instandhaltung (Reparaturen).

Die am Prozess beteiligten Mitarbeiter umfassen Wartungsingenieure, Anlagenbetreiber, Werkstattmitarbeiter, die nach Fachrichtungen (Elektriker, Mechaniker, Instrumentalisten usw.) unterteilt sind, sowie bei Bedarf Spezialisten aus verschiedenen Bereichen.

Abhängig von der Größe der Anlage und der Anzahl der Maschinen gibt es immer eine bestimmte Anzahl von Mitarbeitern, die gemeinsam arbeiten, Ressourcen teilen und die Arbeit je nach Priorität koordinieren.

Von allen Arten der Instandhaltung ist die regelmäßige Wartung aufgrund verschiedener Gründe am schwierigsten umzusetzen: Abhängigkeit von Einzelpersonen, die Entscheidungen in Bezug auf das aktuelle Risiko im Vergleich zum langfristigen Beitrag treffen, unzureichende Schulung der Mitarbeiter und die Beteiligung einer großen Anzahl von Mitarbeitern aus verschiedenen Bereichen.

Es gibt auch Unterschiede in den Prioritäten, die miteinander konkurrieren, Unternehmen, die Mitarbeiter belohnen, die sich täglich mit Feuerwehrsituationen befassen, sich wiederholende Aufgaben, die täglich nicht rechtzeitig abgeschlossen werden, Dringlichkeiten, die geplante Arbeiten unterbrechen und Zeitpläne durcheinander bringen, Mitarbeiter mit geringeren technischen Fähigkeiten, die einfachere wiederholende Aufgaben erhalten, während erfahrene Mitarbeiter an komplexeren Aufgaben arbeiten oder Dringlichkeiten lösen.

Grundlegende organisatorische Voraussetzungen für die Umsetzung der regelmäßigen Wartung sind das Vorhandensein einer Abteilung, die während der achsstündigen Arbeitszeit Instandhaltungsarbeiten durchführt, die Meldung von Notfallstörungen zu Beginn der Arbeitszeit, wodurch laufende Arbeiten unterbrochen oder verschoben werden, das Beheben von Notfallstörungen bis zum Abschluss der Arbeit und dem Hochfahren der Maschine, die Durchführung von hochpriorisierten geplanten Arbeiten nach Bedarf und am Wochenende.

Wir werden die grundlegenden Elemente des Prozesses der regelmäßigen Wartung und Behebung von Reparaturen anhand eines Beispiels wie dem Getriebe betrachten. Auf dem Bild sind alle Elemente der täglichen regelmäßigen Wartung aufgeführt.

Screenshot 2024-02-02 at 13.42.50.png

Bild: Elemente des Prozesses der regelmäßigen Wartung (Quelle: Ich habe das Diagramm selbst erstellt)

Beginnen wir in der Reihenfolge:

Mitteilung über den Getriebeausfall und Fehlerdiagnose

In den meisten Fällen informiert ein Mitarbeiter des Instandhaltungsdienstes über den Ausfall des Getriebes und den aufgetretenen Fehler.

Dieser sollte eine Diagnose erstellen oder, wenn es sich um einen Bediener an der Produktionsanlage handelt, der sich nicht ganz sicher über die Art des Fehlers ist, den Instandhaltungsdienst benachrichtigen, um den Fehler zu diagnostizieren.

Bei komplexen Maschinensystemen ist es manchmal sogar erforderlich, ein spezialisiertes Unternehmen für eine bestimmte Art der Diagnose hinzuzuziehen.

Ein Ausfall bedeutet, dass das Getriebe seine Funktion nicht mehr wie vorgesehen erfüllt oder dass sein Betrieb von der üblichen Norm abweicht. Zum Beispiel schaltet sich möglicherweise häufig ein Alarm für die erhöhte Öltemperatur am Getriebe ein, ein Sensor erfasst erhöhte Vibrationen, der Bediener hört ungewöhnliche Schleifgeräusche während des Betriebs des Getriebes, usw.

Nach der Fehlerdiagnose wird ein Fehlerbericht erstellt, der grundlegende Informationen enthalten muss: Datum und Uhrzeit des Auftretens des Fehlers, die technische Bezeichnung des Getriebes, eine konkrete und kurze Beschreibung des Fehlers, die Auswirkungen des Fehlers auf den Produktionsprozess (Umweltverschmutzung, Produktverlust, Anlagenausfall usw.) und die Betriebsbedingungen des Getriebes.

Festlegung von Prioritäten und Arbeitsplanung

Die Festlegung von Prioritäten für Reparaturen und die zeitliche Planung der Arbeiten sind zwei miteinander verbundene Elemente, die gemeinsam geplant werden und auf die folgenden Fragen antworten:

a) Welche Störungen sind dringend und müssen so schnell wie möglich behoben werden?
b) Wenn die Störung nicht dringend ist, innerhalb welchen Zeitraums muss sie behoben werden?

Wenn alle Störungen dringend sind, entsteht eine Überlastung des Systems und der Ressourcen bei höheren Kosten. Daher ist es wichtig, die Rechtfertigung jeder dringenden Reparatur zu überprüfen und, wenn möglich, so viele Störungen wie möglich über einen längeren Zeitraum zu beheben.

Neben den dringenden Störungen gibt es auch solche, die innerhalb weniger Tage, zwei Wochen, eines Monats oder mehr behoben werden müssen, insbesondere wenn es sich um geplante halbjährliche/jährliche Wartungen handelt.

Softwareprogramme für das Management von Vermögenswerten und Wartung (CMMS) bieten in ihren Menüs die Möglichkeit zur Auswahl von Prioritäten für die Behebung von Störungen.

Arbeitsplanung und Durchführung

Der nächste logische Schritt ist die Planung der Arbeiten zur Behebung von Störungen am Getriebe. Ungeplante Arbeiten zur Behebung von Störungen und Fehler bei der Festlegung von Prioritäten erfordern bis zu 4-mal mehr Zeit und Ressourcen im Vergleich zu geplanten Arbeiten und zuvor festgelegten Prioritäten.

Das Hauptziel sollte sein, möglichst viele geplante Arbeiten gemäß den festgelegten Prioritäten durchzuführen.

Merkmale geplanter Arbeiten sind alle erforderlichen Ressourcen (Werkzeuge, Material, Ersatzteile, Fachkräfte, Vorbereitung des Getriebes für die Arbeiten, Arbeitsgenehmigungen, begleitende Mechanisierung, Transportmittel) zur festgelegten Zeit am festgelegten Ort, damit die Störung vollständig behoben werden kann.

Der Zeitplan für die Durchführung der Arbeiten muss so gestaltet sein, dass es keine Leerlaufzeiten und unnötigen Verzögerungen gibt.

Vor der Planung der Arbeiten muss der Arbeitsplatz, an dem sich das Getriebe befindet, überprüft werden. Es müssen alle erforderlichen Vorbereitungsarbeiten und Ressourcen überprüft werden, abhängig davon, ob die Reparatur in einer Werkstatt oder auf der Anlage durchgeführt wird. Es sollte auch die geschätzte Zeit für die Arbeiten vor dem Wiederanfahren der Maschine nach Abschluss der Reparatur (Montage des Getriebes auf die Fundamente, Anschluss der Kupplung, Befüllen des Getriebes mit Öl, Entlüften usw.) geschätzt werden.

Während der Planung der Arbeiten muss unbedingt angegeben werden, ob für die Durchführung der Arbeiten ein Gerüst, Transportmittel (Kran, Lkw, Gabelstapler usw.), spezielle Schutzausrüstung usw. erforderlich sind.

Anschließend wird ein Arbeitsauftrag erstellt, in dem die Reihenfolge der Arbeiten mit den erforderlichen Ressourcen, Werkzeugen, Materiallisten, Transportmitteln und allen erforderlichen Fachkräften angegeben ist.

Der Arbeitsauftrag wird an alle beteiligten Mitarbeiter gesendet und im CMMS gespeichert, um jederzeit verfügbar zu sein.

brzo_ucenje.png

Evaluierung, Messung und Anpassung des Prozesses

Nach komplexen und zeitaufwendigen Reparaturen und dem Start des Getriebes in den Betrieb sind die meisten Wartungstechniker einfach erleichtert, dass die Arbeit endlich abgeschlossen ist und sie mit Reparaturen an anderen Maschinen fortfahren können.

Anstatt anzuhalten und sich zu fragen, warum es so schwierig und mühsam war, sind wir einfach froh, dass wir das hinter uns lassen können und ab morgen mit der Arbeit an anderen Maschinen beginnen können.

Eine detaillierte Analyse würde uns alle Mängel und Unregelmäßigkeiten aufzeigen, jedoch ist aufgrund der Arbeitsüberlastung, zahlreicher Verpflichtungen und anderer Störungen dieser Ansatz leider eher die Regel als die Ausnahme bei den meisten Wartungstechnikern in vielen Unternehmen geworden.

Viele Geschäftsprozesse enthalten Evaluationsformulare als festen Bestandteil des Geschäftsbetriebs nach Abschluss eines Projekts oder einer Aktivität, auf deren Grundlage genau bestimmt wird, welche Schritte Verzögerungen oder Verluste verursacht haben. In der Praxis des täglichen Arbeitslebens haben wir jedoch einfach nicht die Zeit oder die Ressourcen, uns weiterhin mit solchen Analysen zu befassen.

Selbst wenn versucht wird, eine Prozessevaluation nach der Störungsbeseitigung in den Routine-Wartungsprozess einzuführen, wird diese gute Absicht oft zu zusätzlicher Bürokratie, die die Beteiligung vieler Menschen und zusätzlichen Stress bei ohnehin schon überfüllten Zeitplänen erfordert.

Die Evaluation sollte es den Mitarbeitern ermöglichen, über alle Situationen zu berichten, die nicht den vorgesehenen Verfahren entsprochen haben, und über alle Negativitäten, die zu Verzögerungen oder Verlusten geführt haben, damit in Zukunft effizienter gearbeitet und aus früheren Fehlern gelernt werden kann.

Die Evaluation sollte den Prozentsatz der ungeplanten Arbeiten aufzeigen, die aufgetreten sind, den Prozentsatz der zusätzlichen Arbeiten, die im Fehlerdiagnoseprozess aufgetreten sind, den Prozentsatz der Arbeiten, die geplant waren, den Vergleich zwischen geplanter und tatsächlicher Arbeit, Material und Ressourcen.

Die Evaluation sollte jeden Montag für die vergangene Woche durchgeführt werden, alle Unregelmäßigkeiten aufzeichnen, damit festgestellt werden kann, welche falschen Schritte sich wiederholen und wie sie behoben oder eliminiert werden können, und um die Planung in Zukunft zu verbessern.

Auf diese Weise verbessern wir kontinuierlich den Prozess der Routine-Wartung von Maschinen und Ausrüstungen.

Der letzte Schritt ist die Anpassung des Prozesses der Routine-Wartung basierend auf der durchgeführten Evaluation.

Jede Effizienzsteigerung erfordert ständige Anpassungen, da es in der Praxis der Wartung nie dazu kommt, dass zwei aufeinander folgende Wochen identisch sind, was die Menge der benötigten Ressourcen, Materialien oder Arbeiten betrifft.

Wenn die Menge der benötigten Ressourcen in der Werkstatt oder auf der Anlage von Tag zu Tag identisch ist, bedeutet dies entweder, dass sie entweder zu knapp sind und das Risiko erhöht wird, oder dass sie zu viel sind, was bedeutet, dass das Ressourcenmanagement nicht so effizient ist, wie es sein sollte.

Katarina Knafelj Jakovac
Katarina Knafelj Jakovac social media icon
1. Februar 2024

Katarina Knafelj Jakovac ist eine Maschinenbauingenieurin mit langjähriger Berufserfahrung in der Erdölindustrie. Sie ist zertifizierte Führungskraft für die Zuverlässigkeit von Ausrüstungen, spezialisiert auf maschinelle Ausrüstung und operative Exzellenz. Sie ist die Autorin des Blogs Strojarska Radionica(Mechanische Werkstatt), in dem sie ihr berufliches Wissen und persönliche Erfahrungen im Bereich Wartung verschiedener Rotationsmaschinen, Maschinensysteme und Prozessausrüstungen teilt. Sie liebt Mechanik, Wärmelehre und Verbrennungsmotoren. Ihr Engagement gilt der kontinuierlichen Verbesserung der Maschinenwartung und einer qualitätsvollen Verwaltung von Sachanlagen.