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DER KONSTRUKTEUR ASB/2020

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DER KONSTRUKTEUR ASB/2020

DIE RICHTIGE WAHL

DIE RICHTIGE WAHL Getriebe zählen zu den wichtigsten Komponenten in unzähligen Antriebssträngen. Insbesondere in der Industrie sorgen sie in Verbindung mit einem Elektromotor für den reibungslosen Betrieb von Produktionslinien. Aber welche Faktoren bestimmen die Wahl der Getriebeart? PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Getriebe werden primär dazu verwendet, die Drehzahl oder auch das Drehmoment eines Antriebs an die Erfordernisse der Anwendung anzupassen. In aller Regel jedoch entspricht die optimale Drehzahl des Elektromotors nicht der, die der Nutzer in seiner Anwendung benötigt. Deshalb kommen Motoren häufig in Kombination mit einem Getriebe zum Einsatz. In der Industrie kommen in erster Linie Zahnradgetriebe zum Einsatz. Maßgebliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Formen von Zahnradgetrieben liegen in der Art der Verzahnung sowie im Winkel zwischen der Krafteintrittsachse und Kraftaustrittsachse. DAS STIRNRADGETRIEBE Stirnräder (Zylinderräder) sind die bekanntesten Arten von Zahnrädern. Die Zähne sind hierbei am Umfang eines Zylinders angeordnet. Dies führt auch dazu, dass bei Stirnradgetrieben die An- und Abtriebswelle immer parallel und in vielen Fällen koaxial zueinander angeordnet sind. Einstufige Stirnradgetriebe bestehen aus zwei Zahnrädern im Eingriff auf zwei parallelen Achsen. Je nach benötigtem Übersetzungsverhältnis können Stirnradgetriebe auch mehrstufig ausgeführt sein. Bei Stirnrädern beziehungsweise Zylinderrädern unterscheidet man verschiedene Verzahnungsarten. Die einfachste ist die Geradverzahnung. Als Verzahnungsform wird hier in der Regel eine Evolventenverzahnung verwendet. Sollen größere Drehmomente übertragen werden, nutzt man schrägverzahnte Stirnräder für den Aufbau des Getriebes. Diese rollen zudem ruhiger aufeinander ab, ermöglichen also leiser laufende Getriebe. Nachteil der schrägverzahnten Stirnräder ist, dass sie axiale Kräfte erzeugen, die wiederum von den Lagern des Getriebes aufgenommen werden müssen. Dies erfordert Lager, die sowohl Radial- und Axialkräfte aufnehmen können. Dieser Nachteil lässt sich mit pfeilverzahnten oder doppelschräg verzahnten Stirnrädern kompensieren. Diese haben die Vorteile der schrägverzahnten Zahnräder, erzeugen jedoch keine axiale Kraftkomponente. Die Herstellung dieser Zahnradtypen ist jedoch aufwändig und teuer, sodass diese Zahnradtypen nur in Getrieben mit besonderen Anforderungen zum Einsatz kommen. Durch die geringe Anzahl an bewegten Bauteilen haben Stirnradgetriebe einen hohen Wirkungsgrad. Jedoch lässt sich pro Stufe nur eine begrenzte Übersetzung (branchenüblich maximal 12) erreichen. Dies führt dazu, dass für höhere Übersetzungsverhältnisse mehrstufige Getriebe benötigt werden. DAS FLACHGETRIEBE Eine spezielle Bauform des Stirnradgetriebes ist das sogenannte Flachgetriebe. Im Unterschied zum herkömmlichen Stirnradgetriebe werden An- und Abtriebswelle so weit wie möglich parallel zueinander versetzt. Durch ihren Aufbau sind die Flachgetriebe in ihrer axialen Ausdehnung sehr kompakt und Platz sparend einzubauen. Meist handelt es sich dabei um mehrstufige Stirnradgetriebe mit parallelen Wellen, wovon die Abtriebswelle in der Regel als Hohlwelle ausgeführt ist, wodurch sich das Getriebe auf eine vorhandene Welle aufstecken lässt. DAS KEGELRADGETRIEBE Ein Kegelradgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass die Achsen nicht parallel zueinanderstehen, wie dies beim Stirnradgetriebe der Fall ist. In den meisten Fällen stehen Antriebs- und Abtriebsachse in einem Winkel von 90 ° zueinander. Zur Kraftübertragung werden hierbei Kegelräder verwendet. Bei einem Kegelradsatz spricht man beim größeren Kegelrad vom Tellerrad auf der Abtriebsseite und vom Ritzel beim kleineren Kegelrad auf der Antriebsseite. In der einstufigen Ausführung kann ein Übersetzungsverhältnis von i < 8 erreicht werden. Um ein größeres Übersetzungsverhältnis zu erreichen, kommt eine Kombination aus einer oder mehreren Stirnrad- und einer Kegelradstufe in einem Getriebe zum Einsatz, wobei die Kegelradstufe dazu dient, die Drehachse um 90 ° zu drehen. Ähnlich wie beim Stirnrad­ Autor: Norbert Reisner, Leiter Getriebetechnik, Watt Drive Antriebstechnik GmbH (Tochter der WEG Germany GmbH), Markt Piesting, Österreich 30 DER KONSTRUKTEUR 2020/ASB www.derkonstrukteur.de

GETRIEBE, KUPPLUNGEN, BREMSEN getriebe gibt es auch beim Kegelradgetriebe verschiedene Verzahnungsformen. Auch hier ist die einfachste Ausführung die Geradverzahnung. Jedoch geht diese mit einer relativ hohen Geräuschentwicklung einher. Dem lässt sich mit der sogenannten Bogenverzahnung entgegenwirken. Dabei läuft die Zahnlinie nicht radial, sondern in einem Bogen nach außen. Hierbei unterscheidet man Spiral-, Evolventen-, Kreis- und Zykloidenlinien. Neben der geringeren Geräuschentwicklung lässt sich wie beim Stirnradgetriebe auch hier ein höheres Drehmoment mit einer Bogenverzahnung übertragen. DAS SCHNECKENGETRIEBE Trotz seines vergleichsweisen geringen Wirkungsgrades sind Schneckengetriebe aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und großen Übersetzungen weit verbreitet. Im Gegensatz zu Stirnradund Kegelradgetrieben, die zu den Wälzgetrieben gehören, handelt es sich bei einem Schneckengetriebe um ein sogenanntes Schraubwälzgetriebe. Im Aufbau besteht das Schneckengetriebe aus der Schnecke und dem Schneckenrad. Eine Schnecke kann man sich als Schraube vorstellen. Es gibt ein- und mehrgängige Schnecken. Die Zähnezahl beim Zahnrad entspricht bei der Schnecke also der Gangzahl. Beim Schneckengetriebe stehen die Antriebs- und Abtriebswelle im rechten Winkel zueinander. Die Übersetzung eines Schneckenradsatzes ergibt sich aus der Anzahl der Zähne des Schneckenrades und der Gangzahl der Schneckenwelle zu: i = Z Schneckenrad / < Z Schnecke . Mit einer großen Zähnezahl des Schneckenrades und einer eingängigen Schnecke lässt sich damit ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis von i > 100 auf sehr geringem Bauraum erreichen. Da in der Regel mehrere Zähne des Schneckenrades gleichzeitig im Eingriff sind, lassen sich mit dem Schneckengetriebe sehr hohe Drehmomente übertragen. Gleichzeitig arbeiten die Getriebe durch das kontinuierliche Gleiten sehr geräuscharm. Aufgrund der Reibung, die an den Flanken von Schnecke und Schneckenrad entsteht, ist der Wirkungsgrad des Schneckengetriebes geringer als der beispielsweise von Stirnradgetrieben. Die ent ste - hende Reibung erfordert zudem eine gute Schmierung und bei großen Leistungen gegebenenfalls eine zusätzliche Kühlung. DAS PLANETENGETRIEBE Beim Planetengetriebe handelt es sich um ein Umlaufräder- oder Umlaufgetriebe. Im Gegensatz zu den sogenannten Standgetrieben haben hierbei nicht alle Zahnräder ortsfeste Drehachsen. Die Zahnräder mit festen Drehachsen werden als Zentral- oder Sonnenräder bezeichnet, die nicht ortsfesten Zahnräder heißen Planetenräder. Meist befindet sich ein Zentralrad im Zentrum von mindestens drei Planetenrädern, welche wiederum in ein sie umschließendes innenverzahntes Hohlrad eingreifen. Durch die symmetrische Anordnung der Planetenräder verteilen sich die Kräfte gleichmäßig. Planetengetriebe sind in unzähligen Varianten möglich mit verschiedensten Übersetzungsverhältnissen, je nachdem, an welcher Welle der Abtrieb erfolgt. Man unterscheidet Getriebe in Ausführungen mit festgestelltem Hohlrad, festgestelltem Sonnenrad, festgestelltem Steg oder den Direktantrieb. 01 Durch die geringe Anzahl an bewegten Bauteilen haben Stirnradgetriebe einen hohen Wirkungsgrad 02 Durch ihren Aufbau sind die Flachgetriebe in ihrer axialen Ausdehnung sehr kompakt und Platz sparend einzubauen 03 Planetengetriebe gibt es in unzähligen Varianten mit verschiedensten Übersetzungsverhältnissen GETRIEBEARTBESTIMMENDE FAKTOREN WEG bietet den Getriebemotor WG20 wahlweise als Stirnradgetriebe-, Flachgetriebe- oder Kegelstirnrad-Getriebemotor an. Damit deckt WEG mit dieser Baureihe den Großteil der nachgefragten Getriebemotoren-Arten ab. Das WEG-Portfolio beinhaltet auch Schneckengetriebe und kundenspezifische Antriebslösungen. Kegelradgetriebe und Schneckengetriebe haben ähnliche Eigenschaften. Durch die rechtwinklig aufeinander stehenden Achsen von An- und Abtrieb lassen sie sich sehr nah an der Maschine verbauen und mittels Hohlwelle auf die jeweilige Maschinenwelle aufstecken. Das Kegelradgetriebe hat den besseren Wirkungsgrad, dafür ist das Schneckenradgetriebe bei hohen Übersetzungen kompakter. Das preisgünstigste Getriebe der oben beschriebenen Getriebearten ist das Stirnradgetriebe. Beim Flachgetriebe sind die Wellen parallel zueinander versetzt, was je nach Anwendung ein Vorteil dieser Bauart ist. Welches Getriebe in einer Anwendung zum Einsatz kommt, hängt neben den oben erwähnten Eigenschaften in erster Linie vom zur Verfügung stehenden Platz ab. Ist der Bauraum in axialer Richtung begrenzt, kommt typischerweise ein Kegelradgetriebe zum Einsatz. Ein Stirnradgetriebe wiederum hat eine längere Bauform, es wird dort eingesetzt, wo genügend Platz zur Verfügung steht. Dieses Getriebe hat den Vorteil, dass An- und Abtriebsachse axial angeordnet sind, also praktisch auf einer Linie liegen. Dabei hat das Getriebe einen mittigen Schwerpunkt, was je nach Konstruktion von Vorteil ist. Bauraum beziehungsweise zur Verfügung stehender Platz, Kosten und Wirkungsgrad sind also die wesentlichen Merkmale, die die Wahl des Getriebes bestimmen. Bilder: Aufmacher Hintergrund: Zffoto – stock.adobe.com; Sonstige: WEG Germany GmbH www.weg.net WELCHES GETRIEBE ZUM EINSATZ KOMMT, HÄNGT AUCH VOM ZUR VERFÜGUNG STEHENDEN PLATZ AB 03 01 02 04 04 Schneckengetriebe sind aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und großen Übersetzungen weit verbreitet www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2020/ASB 31

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