Zahnräder und Getriebe

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Emil Hofmeister
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1 Eigenschaften Zahnradmasse Begriffe, Grössen Übersetzungen Zahnflankenform Unterschneidung und Profilverschiebung Zahnräder und Getriebe Lage der Wellenachse Lage der Zähne Schraubenrad Zahnradarten Kegelrad Schneckenrad Zahnstange Herstellung Sonderfälle Harmonic-Drive-Getriebe Reibradgetriebe Differentialgetriebe Planetengetriebe Schwenkradgetriebe Getriebe Schieberadgetriebe Wechselradgetriebe Umsteckrädergetriebe Kupplungsgetriebe Vorgelegewelle Wende(herz)getriebe Ziehkeilgetriebe Ende

2 Eigenschaften Übertragen Bewegung, Kraft, Drehmoment und Leistung von Antrieb zu Abtrieb Ändern meist zusätzlich Drehzahl, Drehmoment oder auch Drehrichtung Sind Formschlüssig Vorteile Schlupffrei, Hoher Wirkungsgrad, Lange Lebensdauer, geringer Platzbedarf Nachteile starre Kraftübertragung, begrenzter Achsabstand, hohe Kosten, schlagempfindlich, starke Geräuschentwicklung

3 Begriffe und Grössen Teilkreisdurchmesser Modul Kopfhöhe / Kopfkreisdurchmesser Fusshöhe / Fusskreisdurchmesser Zahnhöhe Kopfspiel c = 1/6 m Achsabstand Profilmittellinie Eingriffslinie

4 Übersetzungen Zwischenräder ändern lediglich die Drehrichtung Getriebe ändern Drehzahlen, Drehmomente und Drehrichtung Die Umfangsgeschwindigkeiten sind an beiden Rädern gleich gross Das Übersetzungsverhältnis ist Antriebsdrehzahl / Abtriebsdrehzahl und ist umgekehrt proportional zu den Zähnezahlen und

5 Zahnflankenform Zahnflanken sollen möglichst wenig gleiten, damit Verschleiss, Erwärmung und Geräuschentwicklung gering bleiben. Kostengünstige Herstellung und unempfindlich gegen Achsabstandfehler Grundkreis

Unterschneidung, Profilverschiebung Normalerweise berührt die Profilmittellinie den Teilkreis (Nullräder / N-Räder) Bei Profilverschiebung wird (bei der Fertigung) das Schneidrad näher zum (-xm) oder

6 Unterschneidung, Profilverschiebung Normalerweise berührt die Profilmittellinie den Teilkreis (Nullräder / N-Räder) Bei Profilverschiebung wird (bei der Fertigung) das Schneidrad näher zum (-xm) oder weiter weg vom (+xm) Werkstück geführt. Verwendung von anderem Teil der Evolvente Um einen stärkeren Zahnfuss und so einen stabileren Zahn zu erhalten / bei kleinen Zähnezahlen (<17) / um einen vorgegebenen Achsabstand einhalten zu können. Die Profilverschiebung ist ein einfaches Mittel zur Verbesserung der Tragfähigkeit von Zahnradgetrieben

7 Lage der Wellenachse Je nach Anwendung, Konstruktion, Platzverhältnissen, werden die Achsen der verschiedenen Räder parallel, schneidend oder kreuzend angeordnet.

Stirnräder Geradverzahnt Einfache günstige Herstellung / Geringe

Zahnformfehler Schrägverzahnt Höhere Laufruhe, deshalb höhere

gegen Zahnformfehler Es treten Axiale Kräfte auf / schlechterer

8 Stirnräder Geradverzahnt Einfache günstige Herstellung / Geringe Reibungsverluste / Hohe Geräuschentwicklung / Empfindlich gegen Zahnformfehler Schrägverzahnt Höhere Laufruhe, deshalb höhere Drehzahlen / Mehrere Zähne im Eingriff, deshalb weniger empfindlich gegen Zahnformfehler Es treten Axiale Kräfte auf / schlechterer Wirkungsgrad Innenverzahnung Pfeilverzahnt Stirnräder mit Innenverzahnung nennt man Hohlräder. Höhere Laufruhe / Mehrere Zähne im Eingriff / Axialkräfte kompensiert Ritzel ist das Kleinere (meist treibende) Zahnrad im Getriebe

9 Schraubenrad Schraubenräder dienen zur Bewegungsübertragung zwischen windschief gekreuzten Wellen. Wegen ruhigem Lauf benutzt man sie gern zum Antrieb der Steuerung und des Reglers an Kraftmaschinen sowie bei Werkzeugmaschinen Beschränkung auf mäßige Kräfte, weil die Zähne sich aneinander gleitend verschieben und verhältnismäßig starke Seitendrücke auf die Räder und ihre Lager ausüben. Die Schneckentriebe bilden einen Sonderfall hierzu, mit kleinster Zähnezahl des treibenden Rades

Schräg- oder Bogenverzahnung Bei Bogenverzahnung können die Achsen

10 Kegelräder Kegelräder bei sich schneidenden Wellen Winkel der Achsen zueinander ist wählbar, beträgt aber meistens 90 Kegelräder mit Gerad-, Schräg- oder Bogenverzahnung Bei Bogenverzahnung können die Achsen gegeneinander versetzt werden. Hypoidantrieb. Dadurch Platzsparender. Anwendung Differenzial

Schneckenrad Schneckentrieb mit gekreuzten Achsen Für sehr grosse Übersetzungen bis 100 : 1 Eingängige Schnecken mit kleinerem Steigungswinkel haben mehr

11 Schneckenrad Schneckentrieb mit gekreuzten Achsen Für sehr grosse Übersetzungen bis 100 : 1 Eingängige Schnecken mit kleinerem Steigungswinkel haben mehr Selbsthemmung Mehrgängige Schnecken mit grösserem Steigungswinkel haben weniger Reibung und somit weniger Verschleiss. Grosse Axialkräfte in der Schneckenwelle.

12 Zahnstange Zahnstangen wandeln Drehbewegungen in Längsbewegungen um

13 Getriebe Getriebe sind Baueinheiten zwischen Antriebs- und Arbeitseinheit mit verschiedenen Aufgaben (Bild) Fahrzeuggetriebe, Achsantrieb, Werkzeugmaschinen,

14 Schieberadgetriebe Nur im Stillstand schaltbar Zahnräder werden auf der Welle (z.b. Keilwelle) an die jeweilige Position geschoben Nur eine Zahnradkombination im Eingriff

15 Wechselradgetriebe Zahnräder werden ausgewechselt um die Übersetzung zu verändern Achsabstand kann angepasst werden

16 Umsteckrädergetriebe Verschieden grosse Zahnräder werden auf die Welle aufgesteckt Achsabstand ist konstant und wird mit variablen zwischenrädern angepasst

17 Kupplungsgetriebe Zu- und Wegschalten mit Kupplungen Zahnräder dauern im Eingriff Je nach Kupplung (z.b. Lamellenkupplung) kann auch unter Last geschaltet werden oder z.b. Klauenkupplung kann nur im Stillstand geschaltet werden oder muss vorher synchronisiert werden.

18 Vorlegewelle Antrieb und Abtrieb liegen in einer Achse

19 Wendegetriebe Wendeherz Zum wechseln der Drehrichtung Zwischenräder haben auf die Übersetzung keinen Einfluss

20 Ziehkeilgetriebe Alle Zahnräder ständig im Eingriff Mitnehmer wird an die gewünschte Position geschoben Vorschubgetriebe Drehbank

21 Schwenkradgetriebe (Norton) Schwinge wird an der gewünschten Position zum Eingriff gebracht Schwinge auf der Keilwelle verschiebbar

22 Sonne, Planeten auf Träger, Hohlrad Planetengetriebe

23 Differentialgetriebe Radantrieb Ausgleich unterschiedlicher Drehzahlen zwischen dem linken und den rechten Rad

24 Reibradgetriebe Kraftschlüssige Übertragung

25 Harmonic-Drive-Getriebe Übersetzung ins Langsame bis 160:1 Parabolantennen Nachführung / Roboter-Achsantrieb / Flugsimulatorenantrieb Animation

26 Sonderfälle Schneckengetriebe für grosse Übersetzungen Malteserkreuz zum weiterschalten von Positionen Triebstockverzahnung

Herstellung Wälzfräsen mit Fräser mit hintereinander angeordneten Zahnstangen auf einer Schraubenlinie, dabei muss das Werkstück pro Fräserumdrehung um die Zahnteilung p verschoben werden Wälzfräsen

27 Herstellung Wälzfräsen mit Fräser mit hintereinander angeordneten Zahnstangen auf einer Schraubenlinie, dabei muss das Werkstück pro Fräserumdrehung um die Zahnteilung p verschoben werden Wälzfräsen geradverzahntes Stirnrad Wälzfräsen schrägverzahntes Stirnrad Bogenverzahntes Kegelrad Profilfräsen auf einfachen Fräsmaschinen benötigt für jeden Modul, Zähnezahl, Profilverschiebung ein eigenes Werkzeug. Stirnradherstellung durch Profilfräsen

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