Der technische Stand der Antriebstechnik einer Volkswirtschaft läßt sich an ihrem Exportanteil am Gesamtexportvolumen aller Industrieländer messen.

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1 Antrebstechnk Der technsche Stand der Antrebstechnk ener Volkswrtschaft läßt sch an hrem Exportantel am Gesamtexportvolumen aller Industreländer messen. Mt 27,7 % des gesamten Weltexportvolumens steht Deutschland an der Sptze vor Japan und den USA. > > > Antrebstechnk gesamt (ME-14-01) Zur Antrebstechnk gehören Motore (Elektroantrebe, Hydraulkmotoren) Kupplungen, Bremsen Getrebe, Getrebetele, Ketten, Remen Wälzlager etc. Be Getreben und Antrebselementen hält Deutschland mt 31,3 % des Weltexportvolumens de absolute Sptzenstellung.

2 De Ausfuhr antrebstechnscher Produkte von Deutschland geht überwegend n EU-Staaten und sonstge westeuropäsche Länder. Danach folgen Amerka und Asen. > > > Ausfuhr - Antrebstechnk von Deutschland (ME-14-02)

3 De Antrebstechnk st en Wachstumsmarkt, be dem der Export mehr als 50 % der Produkton ausmacht. > > > Deutsche Antrebstechnk-Zuleferer für den Weltmarkt (ME-14-03) Getrebe In der Antrebstechnk snd Getrebe genauso wchtg we Motore. Enschränkung: Wr wollen uns m Rahmen des Fachs Maschnenelemente nur mt glechförmg übersetzenden Getreben befassen.

4 Glechmäßg übersetzende Getrebe > > > Systematk (ME-14-04) Welchen Zweck hat en Getrebe n der Antrebstechnk? Anpassung von Drehzahlen und Drehmomenten von der Kraftmaschne (Motor) an de Erfordernsse der Arbetsmaschne vornehmen. Mestens haben de Kraftmaschnen hohe Drehzahlen und gernge Drehmomente. Zum Anpassen der Drehzahlen und Drehmomente von Kraft- und Arbetsmaschnen werden Getrebe dazwschen geschaltet. Getrebe snd Drehzahl- bzw. Momentenwandler.

5 Kraftmaschnen (Bespele) Verbrennungskraftmaschnen Elektromotore, dverse Arten! Wasserturbnen, Dampfturbnen Wndkrafträder Hydraulkmotore, Pneumatkmotore De enzelnen Kraftmaschnen arbeten be sehr unterschedlchen Drehzahlen optmal. De Drehmoment-/Drehzahl-Charakterstken der verschedenen Arten von Arbetsmaschnen snd ebenfalls sehr unterschedlch.

6 Arten von Arbetsmaschnen, Bespele Werkzeugmaschnen Bau-Maschnen Krane, auch Fahrzeuge Pumpen Generatoren Be den mesten Arbetsmaschnen werden Antrebe mt mehreren Drehzahlen benötgt: Schaltgetrebe Stufenlose Getrebe De Getrebe snd überwegend glechförmg übersetzend.

7 Arten von glechförmg übersetzenden Getreben (ME-14-07) Zahnradgetrebe Flachremengetrebe Kelremengetrebe Rebradgetrebe Zahnremengetrebe Kettengetrebe Am wchtgsten snd Zahnradgetrebe m Maschnenbau, de her zuerst behandelt werden.

8 Antrebs- oder Maschnenaggregate Bestandtele: Motor Getrebe Arbetsmaschne > > > Maschnenaggregat (klassscher Aufbau) (ME-14-08)

9 Bespel enes Zahnradgetrebes mt 2 Übersetzungsstufen > > > Motorgetrebe (ME-14-09) An- und Abtreb legen koaxal De Integraton des Getrebes am Motor führt zum Getrebemotor, be dem Motor und Getrebe ene Enhet darstellen. > > > Getrebemotor

10 Aufbau von Maschnenaggregaten Schwere Industreanlagen: Konventoneller Aufbau Instandhaltungsstratege } separate Komponenten Lechtere Geräte Hohe Integraton von Funktonen n möglchst weng Bautelen > > > Elektrsche Handbohrmaschne (ME-14-10) Schaltgetrebe mt 2 Gängen zur Drehzahlveränderung für verschedene Bohrer - Bereche (Schnttgeschwndgketen) Aufbau: Wechselstrommotor + Schaltgetrebe } ntegrerte Bauwese + Bohrspndel

11 Schaltgetrebe m Automobl > > > Schaltgetrebe m Automobl (ME-14-11a) Getrebeübersetzung m Schnellgang mn = 3, 48 Getrebeübersetzung bem Anfahren max = 11, 49 > > > Anfahren enes Pkw (1. Gang) (ME-14-11b) Auftelung des nsgesamt erforderlchen Übersetzungsberechs n mehrere Gänge

12 Frage: De Drehzahl enes Motors läßt sch durch de Stellung des Gaspedals belebg verändern, wozu wrd dennoch en Getrebe mt mehreren Gängen benötgt? > > > M (n)-charakterstk enes Verbrennungsmotors (ME-14-12) Der Verbrennungsmotor hat be gerngen Drehzahlen en sehr schwaches Drehmoment. Zum Anfahren benötgt man en großes Übersetzungsverhältns, wenn deses unverändert wäre, könnte man maxmal 40 km/h fahren.

13 Getrebedefnton En Getrebe st glechzetg en Drehzahl- und Drehmomentenwandler. > > > Getrebedefnton (ME-14-13) Unglechförmge Übersetzung: Kurbelgetrebe, Gelenkketten Glechförmge Übersetzung: Zahnradgetrebe mt glechförmger Übersetzung, ggfs. schaltbar Zugmttelgetrebe, ggfs. mt stufenloser Änderung der Übersetzung

14 > > > Zahnradgetrebe (ME-14-14) Grundfunktonen Anwendungen

15 Strnradgetrebe Im Maschnenbau wrd das Strnradgetrebe gegenüber anderen Getrebearten am häufgsten angewendet. De Grundform des Strnrades st en kreszylndrscher Körper. Im enfachsten Fall verlaufen de Achsen beder Räder parallel zuenander (Gegenbespel: Schraubengetrebe). > > > Strnradgetrebe (her mt Geradverzahnung) (ME-14-15) Geradverzahnung De Zähne verlaufen parallel zur Achse. Rad-/Rtzel-Bezechnungen: klenes Rad = Rtzel großes Rad = Rad

16 > > > Strnräder (ME-14-16) Rchtungsverlauf der Zähne auf dem Radzylnder von Strnrädern: Gerade Schräg Doppelt schräg oder pfelförmg Innenverzahnung (Hohlräder) Planetengetrebe Sonnenrtzel n der Mtte Planetenräder auf dem Planetenträger Hohlrad (außen) Vortele: Große übertragbare Lestung be klenem Bauvolumen Interessante Anwendungsmöglchketen, z. B. mt zwe Antreben

17 Zahnstangengetrebe Ene gerade Zahnstange st als en Zahnrad unendlcher Größe aufzufassen. > > > Zahnstangengetrebe (ME-14-17) Anwendung n Verbndung mt enem Rtzel: Drehen => Scheben Scheben => Drehen

18 Kegelradgetrebe De Grundform von Rad und Rtzel snd Kegel, deren Achsen sch n enem Punkt schneden. > > > Kegelradgetrebe mt sch schnedenden Achsen (ME-14-18) Geradverzahntes Kegelradgetrebe: De Zähne legen auf Mantellnen der Kegel. De Zahnflanken laufen auf den Schnttpunkt der Achsen zu.

19 >>> Zahnradgetrebe mt sch kreuzenden Achsen (ME-14-19) Schraubgetrebe Strnräder mt Schrägverzahnung Berührung der Zahnflanken nur punktförmg, gerng belastbar. Hyperbolodgetrebe Gute Anschmegung der Zähne. Bessere Tragblder höhere Belastbarket Hypodgetrebe Gute Anschmegung, hoch belastbar, ruhger Lauf. Anwendung be Ausglechsgetreben (Dfferentale). Fertgung nur auf Spezalmaschnen, z. B. Klngelnberg.

20 Schneckengetrebe Merkmale: De Radachsen stehen. a. senkrecht zuenander (ncht schneden). Schnecke und Rad können auch schräg zuenander stehen. Rad = Strnrad; Schnecke = Schraube (Schraube: en- und mehrgängg, zylndrsch, globodsch). Besondere Egenschaften: Selbsthemmung be großer Übersetzung!

21 Verzahnungstheore Anforderungen an en Zahnradgetrebe für stoßfreen Lauf: De Drehwnkel beder Räder stehen n jeder Stellung m selben Verhältns zuenander. In jeder Wnkelstellung st das Übersetzungsverhältns glech groß ( = const) De Formen der Verzahnungen müssen so geartet sen, daß de Drehbewegungen glechmäßg übertragen werden. > > > Rebgetrebe (ME-14-21) Bedngung: Stets renes Rollen ohne Gleten. (Dese Bedngung st bem Rebradgetrebe nur theoretsch exakt erfüllbar.)

22 Konstantes Übersetzungsverhältns Drehwnkelübertragung ohne Schlupf: ω1 ω2 = = const Geometrsche Deutung am Rebradgetrebe: v v 1 2 = ω ω 1 2 r r 1 2 = glt für schlupffrees Abrollen m Wälzpunkt Übersetzung (Übersetzungsverhältns) ω1 ω2 = r 2 r 1 = = const n jeder Stellung Dese Bedngung st von enem realen Rebradgetrebe ncht streng erfüllbar, wegen Mkroschlupf nfolge elastscher Abplattung der Kontaktflächen.

23 Bedeutung der Vorstellung enes Rebradgetrebes für Zahnradgetrebe: En Rebrad kann als en Zahnrad mt unendlch velen und unendlch klenen Zähnen aufgefaßt werden. De Rebraddurchmesser snd Wälzkresdurchmesser, de aufenander abrollen. Das Verhältns der Wälzkresdurchmesser ergbt das Übersetzungsverhältns: r = w2 = r w1 const Der Berührpunkt der Wälzkrese st der Wälzpunkt. Zahnradgetrebe Kraftübertragung an den Zahnflanken erfolgt durch Druckkräfte (Normalkräfte m Berührungspunkt der Flanken). Bem Zahnradgetrebe gbt es Wälzkrese, de ohne zu gleten aufenander abrollen (unschtbar). Bedngung für stoßfreen Lauf: De Drehwnkel bzw. Wnkelgeschwndgketen beder Räder stehen stets n enem konstanten Verhältns, also: = const.

24 > > > Modell Demonstratonen (ME-14-24) Modell - Demonstratonen Engrffsflanke Engrffslne Enlaufstrecke Normale Normalgeschwndgketen

25 > > > Engrffsflanke (Modelldemonstraton I), (ME-14-25) Engrffsflanke Bem Drehen wandert der Berührpunkt über bede m Engrff stehenden Zahnflanken. Derjenge Tel ener Zahnflanke, der mt der Gegenflanke n Engrff kommt, st de Engrffsflanke. 01 trebend = Zentrale 02

26 > > > Engrffsstrecke (Modelldemonstraton II) (ME-14-26) Engrffsstrecke De Bahn der Berührpunkte n der Getrebeebene st de Engrffslne. De Engrffsstrecke st durch En- und Auslaufpunkt begrenzt. 01 E E A C = Engrffsstrecke A Engrffslne E = Enlaufpunkt A = Auslaufpunkt C = Wälzpunkt Spezelle Formen von Engrffslnen: Geraden be Evolventenverzahnung Krese be Zyklodenverzahnung 02

27 Modelldemonstraton In jeder Stellung haben bede m Engrff stehenden Flanken ene gemensame Normale. > > > Normale (ME-14-27) (Modelldemonstraton III) Her legen de Normalen auf der Engrffslne. Glt nur für E- volventen. Anmerkung: Später wrd de allgemene Bedngung aufgestellt, daß alle Normalen durch den Wälzpunkt laufen müssen. (Das st natürlch her auch der Fall.)

28 Normalgeschwndgketen De Normalkomponenten der Momentangeschwndgketen der Berührungspunkte an beden Flanken snd glech groß und glech gerchtet. > > > Absolutgeschwndgketen, Normalgeschwndgketen, Gletgeschwndgketen (ME-14-28) (Modelldemonstraton IV) De Absolutgeschwndgketen der momentanen Berührungspunkte y stehen senkrecht auf den jewelgen Raden r y. De Normalkomponenten legen n Rchtung der gemensamen Normalen. vn vn = r n ω ( y) 1 ( y) 1 1 = r n ω ( y) 2 ( y) 2 2 } v n( y) 1 = v n ( y)2 Normalradus = Lot auf Normale!

29 Übersetzungsverhältns Das Übersetzungsverhältns st glech dem Verhältns der Normalraden. Defnton: v n1 = v n 2 rn1 ω 1 = r n2 ω2 r n2 r n1 = r w2 r w1 = ω1 ω2 = r n2 r n1 = Das Übersetzungsverhältns st nur dann konstant, wenn de Verhältnsse der Normalraden n allen Engrffsstellungen konstant snd. > > > Konstantes Übersetzungsverhältns (ME-14-29) d. h. alle Normalen müssen durch den Wälzpunkt gehen. Im Wälzpunkt st der Normalradus glech dem Wälzkresra- dus. Im Wälzpunkt steht de Normale senkrecht auf der Zentralen. Dese Lne heßt Wälzgerade. De Zentrale wrd m Wälzpunkt aufgetelt n r w1 und r w2 und es glt her r w2 r w1 r = n2. r n1

30 Wälzpunkt Das Verhältns der Normalraden aller Berührungspunkte (n jeder Stellung) st konstant, wenn alle Normalen durch denselben Punkt gehen (Strahlensatz). > > > Allgemenes Verzahnungsgesetz (ME-14-30) Defnton: Derjenge Punkt auf der Zentralen, durch den alle Normalen verlaufen, st der Wälzpunkt (vgl. Rebradgetrebe). Spezelle Flankenformen erfüllen das allgemene Verzahnungsgesetz. Zykloden Evolventen und Entartungen Geraden Krese.

31 Zahnformen Das Verzahnungsgesetz muß vom Engrffsflankenpaar n jeder Engrffsstellung erfüllt werden. Man kann daher auch de Form ener Flanke annehmen und de Gegenflanke nach dem Verzahnungsgesetz dazu konstrueren. > > > Konstrukton des Gegenprofls (ME-14-31) Bespel: Gegeben st das blaue Profl mt B 1. Gesucht st das rote Profl mt B 2. Bedngungen: Kene Schlefenform Kene Spralform

32 Wälzkrese > > > Egenschaften der Wälzkrese (ME-14-32) Wälzkrese snd gedachte Krese beder Räder, de deal aufenander abrollen. De Wälzkrese tangeren enander auf der Zentralen Der Berührungspunkt der Wälzkrese st der Wälzpunkt. Im Wälzpunkt wrd der Achsabstand a entsprechend dem Übersetzungsverhältns auf bede Wälzkrese aufgetelt. a = r w1 + r w2 mt = r w2 r w1 folgt: a ( + 1) = r w1. Wel alle Normalen durch den Wälzpunkt verlaufen, kann man sch de Kraftübertragung m Wälzpunkt vorstellen (Verschebung auf der Wrkungslne).

33 Flankenrebung De Zerlegung der Absolutgeschwndgket des Berührpunktes ergbt zwe Komponenten: Normalgeschwndgket und Tangentalgeschwndgket zur Flanke v y = v ny + v ty > > > Rebung an den Zahnflanken (ME-14-33) (Modelldemonstraton V) Der Untersched der Tangentalgeschwndgketen st ene Relatvgeschwndgket. De zehende oder strechende Rebung am Zahnkopf st engermaßen sanft. De stoßende Rebung am Zahnfluß ruft Rebschwngungen hervor, Stck-Slp-Effekt, de hohen Verschleß zur Folge haben.