Kettengeschwindigkeit eines Kettentriebs

Fachartikel

Kettengeschwindigkeit eines Kettentriebs verstehen

Der Rechner bestimmt die Umlaufgeschwindigkeit einer Rollenkette aus Kettenteilung, Zähnezahl des Antriebskettenrads und dessen Drehzahl, oder löst nach einer der drei Eingangsgrößen auf. Er hilft dabei festzustellen, ob eine geplante Antriebskombination innerhalb der für Rollenketten üblichen Geschwindigkeitsgrenzen bleibt.

Was beschreibt diese Größe?

Die Kettengeschwindigkeit v ist die Strecke, die die Kette pro Zeiteinheit zurücklegt. Sie ergibt sich aus der Strecke, die die Kette pro Umdrehung des Antriebskettenrads zurücklegt (Teilung p mal Zähnezahl N), multipliziert mit der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit: v = p·N·n / 60.000, wobei p in Millimeter, N als Zähnezahl und n in Umdrehungen pro Minute eingesetzt werden und v in Metern pro Sekunde resultiert.

Für das Antriebskettenrad gilt dieselbe Überlegung wie für eine Riemenscheibe: Jede volle Umdrehung transportiert eine Kettenlänge, die der Zähnezahl mal der Teilung entspricht. Der Sprocket-Engineering-Katalog von Martin Sprocket & Gear und die Tsubaki-Kettenauswahl-Unterlagen bestätigen unabhängig voneinander dieselbe Formel (dort meist in Fuß pro Minute mit Teilung in Zoll angegeben) und nennen eine praxisübliche Höchstgeschwindigkeit von etwa 1.200 bis 1.500 Fuß pro Minute, also rund 6 bis 7,5 m/s, für Standard-Rollenketten.

Formel und Variablen

v = p · N · n / 60.000

v = p·N·n / 60.000
N = v·60.000 / (p·n)
n = v·60.000 / (p·N)
p = v·60.000 / (N·n)

Symbol / Eingabe	Bedeutung
Kettengeschwindigkeit v	Umlaufgeschwindigkeit der Kette entlang ihrer Bewegungsrichtung.
Kettenteilung p	Abstand zwischen zwei benachbarten Bolzenmitten der Rollenkette.
Zähnezahl Antriebsrad N	Zähnezahl des antreibenden Kettenrads.
Drehzahl Antriebsrad n	Drehzahl des antreibenden Kettenrads.

Eingaben richtig wählen

Gib drei der vier Größen ein, um die vierte zu bestimmen. Verwende für N stets die Zähnezahl des Kettenrads, dessen Drehzahl n eingesetzt wird – bei einem übersetzenden Kettentrieb ergibt sich am Abtriebsrad dieselbe Kettengeschwindigkeit, jedoch mit dessen eigener Zähnezahl und Drehzahl.

So benutzt du den Rechner

Wähle die gesuchte Zielgröße und trage die drei bekannten Werte mit Einheit ein. Vergleiche eine berechnete Kettengeschwindigkeit anschließend mit der vom Kettenhersteller für die gewählte Kettengröße und Schmierungsart angegebenen Höchstgeschwindigkeit.

Schritt-für-Schritt-Beispiel

Gegeben sind eine ANSI-60-Kette mit p = 19,05 mm, ein Antriebsritzel mit N = 17 Zähnen und eine Antriebsdrehzahl von n = 1.000 min⁻¹. Einsetzen ergibt v = 19,05 · 17 · 1.000 / 60.000 = 5,3975 m/s.

Ergebnis und Einheiten verstehen

Eine Kettengeschwindigkeit von rund 5,4 m/s liegt innerhalb des für Standard-Rollenketten üblichen Bereichs von etwa 6 bis 7,5 m/s und deutet auf eine unkritische Betriebsgeschwindigkeit hin, bei der die katalogmäßigen Leistungswerte ohne besondere Einschränkung angewendet werden können.

Kettenteilung p wird üblicherweise in Millimetern angegeben, Drehzahl n in Umdrehungen pro Minute und Kettengeschwindigkeit v in Metern pro Sekunde.

Typische Anwendungen

Die Formel wird bei der Prüfung, ob eine geplante Antriebsdrehzahl die zulässige Kettengeschwindigkeit überschreitet, bei der Wahl der passenden Schmierungsart nach Kettenhersteller-Vorgaben sowie bei der überschlägigen Auslegung von Förderketten verwendet.

Annahmen, Grenzen und typische Fehler

Die Formel liefert die mittlere Kettengeschwindigkeit bei konstanter Drehzahl. Der Polygoneffekt (Chordal Action) führt dazu, dass die tatsächliche Momentangeschwindigkeit der Kette innerhalb jeder einzelnen Teilung geringfügig um diesen Mittelwert schwankt; dieser Effekt ist bei wenigen Zähnen am Antriebsrad stärker ausgeprägt. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten oberhalb der Herstellergrenzwerte sind zusätzlich Fliehkrafteinflüsse und die Art der Schmierung zu berücksichtigen.

Typischer Fehler: Nicht die Drehzahl des Abtriebsrads mit der Zähnezahl des Antriebsrads kombinieren – Teilung, Zähnezahl und Drehzahl müssen sich immer auf dasselbe Kettenrad beziehen. Außerdem den berechneten Wert stets mit der vom Kettenhersteller angegebenen zulässigen Höchstgeschwindigkeit für die gewählte Schmierungsart vergleichen, bevor eine höhere Drehzahl festgelegt wird.

Häufige Fragen

Warum wird für dieselbe Kette am Antriebs- und Abtriebsrad dieselbe Geschwindigkeit berechnet?

Weil die Kette als Ganzes umläuft, ist ihre lineare Geschwindigkeit an jeder Stelle gleich; Teilung mal Zähnezahl mal Drehzahl ergibt am Antriebs- wie am Abtriebsrad denselben Wert, auch wenn beide Kettenräder unterschiedliche Zähnezahlen und Drehzahlen besitzen.

Welche Kettengeschwindigkeit gilt als Obergrenze?

Herstellerangaben nennen für Standard-Rollenketten meist einen Bereich von etwa 1.200 bis 1.500 Fuß pro Minute (rund 6 bis 7,5 m/s); die genaue Grenze hängt von Kettengröße, Schmierungsart und Betriebsbedingungen ab und ist den Herstellerkatalogen zu entnehmen.

Was ist der Polygoneffekt (Chordal Action)?

Da eine Kette auf einem Kettenrad wie ein Vieleck und nicht wie ein Kreis aufliegt, schwankt die momentane Kettengeschwindigkeit innerhalb jeder Teilung leicht um den hier berechneten Mittelwert; dieser Effekt nimmt mit steigender Zähnezahl ab.