Getriebe Definition: Getriebe dienen zur Übertragung und Umformung (Übersetzung) von Bewegungen, Energie und/oder Kräften. Umgangsprachlich nennt man jedoch oft nur mechanische Vorrichtungen zum Übertragen und Wandeln von Drehbewegungen Getriebe. Bei einem einfachen ( mehrfach) Getriebe arbeitet immer ein treibendes Rad und ein getriebenes Rad zusammen. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten wie solche Räder miteinander verknüpft sind. Es existieren folgende Getriebearten: Zahnradgetriebe Reibradgetriebe Riemengetriebe Alle dieser Arten haben bestimmte Eigenschaften durch welche sie sich nicht nur äußerlich und ihn ihrer Bauform unterscheiden sondern auch das Einsatzgebiet einschränken. Jede diese Grundgetriebearten besitzt wiederum Unterarten, welche besondere Eigenschaften besonders verstärken oder abschwächen. Zahnradgetriebe: Die Grundformen der Zahnräder in Radpaaren ist abhängig von der Lage der beiden Radachsen zueinander. Die Übertragung von Drehbewegungen von einer Welle auf eine zweite erfolgt durch Formschluss der im Eingriff befindlichen Zähne. Man unterscheidet: Stirnräder
Kegelräder Schraubenräder Für jeden dieser Rädertypen kann man wiederum Unterarten finden. Diese Unterscheiden sich in der Art und Weise wie die Zähne auf der Außenfläche angebracht sind. Hier haben sich fünf Formen am weitesten durchgesetzt. Geradverzahnung (a) Stufenzähne (b) Schrägzähne (c) Pfeilzähne (Doppelschrägzähne) (d) Kreisbogenzähne (e) Durch die große Anzahl des Möglichen Aufbau eines Getriebes kann man erkennen das hier bereits ein großer Grad von Entwicklung und Spezialisierung stattgefunden hat. Die einzelnen Zahnräderbauformen unterscheiden sich aufgrund Ihrer verschiedenen Eingriffflächen teilweise sehr stark voneinander. Ein Beispiel hierfür ist die Gesträuchentwicklung der verschiedenen Verzahnungen. Während die Stirnräder sehr laut arbeiten, arbeiten schräg verzahnte Räder deutlich leiser. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist der vergleich des Rückwärtsgang eines PKW mit dem Vorwärtsgang. Das markante Pfeifen des geradverzahnten Stirnradgetriebes im Rückwärtsgang hat jedoch
wiederum aufgrund nicht vorhandener Axialkräfte, welche auf die Zähne bei einer Schrägverzahnung wirken, eine besseren Wirkungsgrad. Reibradgetriebe Die Kraftübertragung erfolg bei Reibradgetrieben nicht durch Formschluss sondern durch Reibungskräfte, welche zwischen den Rädern auftreten. Quelle: http://www.me.tu-berlin.de/sub/pdf/handout/handout_reibrad.pdf Diese Art von Getriebe hat ein einfachen Aufbau ist aber dennoch in der Lage gleichförmige Bewegungen zu übertragen. Die Eigenschaft des Durchrutschens der beiden Räder ist sowohl Vorteil als auch Nachteil. Wird eine zu große Leistung umgesetzt so rutscht das Getriebe durch und kann nachfolgende Teile nicht überlasten. Nachteil der durchrutschenden Räder ist auch klar erkennbar. Wird eine zu große Beschleunigung auf das treibende Rad gegeben, rutscht das getriebene Rad durch und kann die Bewegung nicht umsetzten. Um genau kontrollieren zu können wann das Rad durchrutscht wird der Druck mit dem die Räder aufeinander laufen variiert. Erhöht man den Druck so steigert man auch die maximale Kraftübertragung. Die gestiegene Reibung hat in diesem Fall folgerichtig einen höheren Verschleiß mit sich gezogen. An dem Punkt des Kontaktes tritt das Phänomen der Hertz schen Pressung auf.
Quelle: http://www.lmgknet.ruhr-uni-bochum.de/ger/feseite/page1.html Da die beiden Laufräder beide aneinandergepresst werden, wird ein großer Druck auf die Lager gegeben, was ein negative Eigenschaft dieses Getriebes ist. Riemengetriebe Bei Riemengetrieben unterscheidet man zwischen vier verschiedenen Arten von Getrieben. Flachriemengetriebe Keilriemengetriebe Kettengetriebe Zahnriemengetriebe [BILD] [BILD] [BILD]
Flachriemengetriebe kommen oft zum Einsatz wenn ein größer Achsenabstand zu überwinden ist. Diese Tatsache gilt für alle Riemengetriebe und nicht exklusiv für Flachriemengetriebe. Exklusive Merkmale sind jedoch die große Elastizität und der geräuscharmer Lauf. Eine Schwierigkeit dieser Art von Getrieben ist die benötigte Vorspannung. Mit dieser Vorspannung kann erreicht werden, dass der andernfalls größere Benötigte Umschließungswinkel verkleinert werden kann. Um diese Vorspannung zu erreichen gibt es fünf gängige von Möglichkeiten. Eigengewicht (a) Dehnung (b) Spannwellen (c) Spannrollen (d) Selbstspannung (e)
Umlenkbeispiele für Flachbandantriebe Die Spannung durch Eigengewicht ist besonders geeignet wenn die zu Überwindenden Distanzen groß sind (Achsenabstand 5 m) (Beispiel a.).dabei muss das Getriebe in senkrecht montiert sein, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Bei der Methode des Dehnungsbetriebs wird der Riemen zu klein dimensioniert und bei der Montage wird der Riemen in Spannung versetzt. Beim Spannwellenbetriebs wird der Antriebsmotor auf ein Schienensystem moniert, wo er bei bedarf verschoben werden kann um die gewünschte Spannung zu erhalten. Drücken Rollen in den Leertrum so spricht man von der Methode des Spannrollenbetriebs. Wird der Motor auf eine Drehbare Wippe gelagert, so spricht man von Selbstspannbetrieb. Hierbei wird das Rückstellmoment, welches der Motoranker auf das Gehäuse ausübt ausgenutzt. Hierbei kann es jedoch bei Belastungsschwankungen zu einem Aufschwingen des Motor kommen. Dies wird in der Regel versucht durch Einsatz ein weiteren Spannfeder zu überwinden. Auch Flachriemengetriebe haben die Eigenschaft das sie bei Überlastung in Gleitreibung übergehen und somit eine eventuelle Beschädigung der nachfolgenden Maschine nicht gefährden. In der Regel wird bei der Montage stets darauf geachtet das der Lasttrum unten liegt und der unbelastete Leertrum oben. So erreicht man einen größeren Umschließungswinkel aufgrund der Schwerkraft. Keilriemengetriebe nutzen das gleiche Prinzip doch sind die Laufbänder nicht Flach sonder in der Form eines Trapez. Hierbei greift nicht die Unterseite des Bandes auf die Rolle sondern die beiden Ansteigenden Flanken. Dies steigert bei gleicher.- Anpresskraft die Übertragungsfähigkeit auf ca. das dreifache. Sie kommen des weiteren mit kleinen Umschlingungswinkeln an der kleinen Scheibe aus und somit können große Übersetzungen realisiert werden. Durch die höhere
Übertragungsfähigkeit kann die Spannung des Riemens geringer ausfallen und somit werden die Lager weniger belastet. Weiterhin ist es technisch sehr leicht zu realisieren mehrere Keilriemen nebeneinander laufen zu lassen. Die Keilriemen selbst können noch in zwei weitere Kategorien eingeteilt werden: Endliche und Endlose Keilriemen Endliche Keilriemen haben in genormten Anständen Löcher an denen sie auf die gewünschte Länge gekürzt werden können. Anschließend können sie mit Hilfe von Schrauben und kleinen Metallplättchen verschraubt werden. Diese Riemen bestehen in der Regel auf zusammengerollten Tüchern welche zusätzlich gummiert werden und in die oben beschriebene Form gebracht werden. Endlose Keilriemen hingen habe keine gerollte Tucheinlage sondern sie werden mit knapp unter der oberen Fläche liegenden Cordfäden verstärkt. Beide Formen müssen nach bestimmten Laufzeiten nachgespannt werden. Nachspannvorrichtung Die Rillen für die Keilriemen sowie die Keilriemen selbst sind genormt (DIN 2217 & DIN 2211). Das Material der Rillen eines Keilriemensystems beeinflusst auch die Umfangsgeschwindigkeiten. So werden bis zu Geschwindigkeiten von 35 m/s Grauguss genommen. Bei höheren Geschwindigkeiten sind Materialien wie Stahl oder Stahlguss erforderlich.
Kettengetriebe finden besonders Einsatz in Kraft-, Bau- und Arbeitsmaschinen. Auch sie eignen sich besonders gut wenn große Achsenabstände überwunden werden müssen. Durch die Verzahnung können sie sehr große Kräfte übertragen und somit kann das Ritzel klein gewählt werden. Dies ermöglicht große Übersetzungen. Im Gegensatz zu Flachriemengetrieben brauchen sie fast keine Vorspannung somit belasten sie die Lager deutlich weniger. Doch ist bei Kettengetrieben der Verschleiß sehr hoch, somit muss man zur dessen Reduzierung Schmiermittel einsetzten. Selbst mit Einsatz von Schmiermittel können nicht die große Geräuschentwicklung hemmen. Allgemein sind Kettenantriebe viel Wartungsintensiver als die anderen Riemenantriebsvarianten. Bei Kettenantrieben gibt es eine große Vielfalt an verschiedenen Ketten und entsprechenden Verzahnungen an den Wellen. Die verschiedenen Varianten versuchen verschiedene auftretende Probleme zu minimieren. Zahnriemengetriebe sind eine Kombination von Kettenantrieben und Flachriemenantrieben. Sie haben auf der Laufseite eine Verzahnung welche in eine Entsprechende Verzahnung auf den Antriebswellen eingreifen. Sie haben durch ihre Elastizität eine große Laufruhe und können dank der Verzahnung große Kräfte übertragen. Sie erzeugen dadurch das sie nur eine geringe Vorspannung brauchen auch nur geringe Lagerbelastungen. Durch die Summe der Eigenschaften finden sie in der Feinwerktechnik, Werkzeugtechnik, Verbrennungsmotoren und vielen weiteren Bereichen des Maschinenbau ihr Einsatzgebiet. Im inneren von endlosen Zahnriemen befinden sich Stahl oder Glasfaserlitzen welche die Zugkraft dieser kompensieren. Des weiteren sind sie unempfindlich gegen Einflüsse von Ölen, Benzinen und Alkoholen. Berechnungen von Getrieben: Die Berechnungen von Getrieben folgt einfachen Gesetzmäßigkeiten. Die Übersetzung eines Radpaares ist das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten. Da bei der Berechnung der Wegstrecke bei einer Umdrehung (Umfang eines Kreises) nur lineare Kenngrößen Einfluss nehmen und man diese Kreisgleichung auf in eine
lineare Bewegung überführen kann, ergibt sich die einfache Bewegungsgleichung der Kinematik für unbeschleunigte Körper und konstante Geschwindigkeiten. Für einen Kreis gilt: U = 2*π*r (wobei U der Umfang und r der Radius des betrachteten Kreises ist.) v = s / t (hier ist s der weg und v die Geschwindigkeit) Die Frequenz ist in unserem Fall gleich die Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde. Hierzu bestimmen wir die Anzahl der Umdrehungen pro Minute dividieren diese durch 60 und erhalten dann die Frequenz. Die Winkelgeschwindigkeit ist definiert als: ω =2*π*f Da die beiden miteinander gekoppelten Zahnräder sich durch den Radius unterscheiden, erhalten wir (unter der Voraussetzung das diese genügend Haftung haben), ergibt sich auch eine andere Frequenz. Diese Frequenz f hat eine andere Winkelgeschwindigkeit zur Folge. Bei den folgenden Betrachtungen liegt wird nach DIN 868 Indexiert, wo definiert ist dass das kleinere Ritzel mit dem Index 1 und das größere mit dem Index 2. Da die Übersetzung das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten ist, ergibt sich: Übersetzung: i = ω1 /ω2 Hierbei kann man 2*π aus der Gleichung kürzen und erhält: Übersetzung: i = f1/f2 Da die Frequenz nur die Anzahl der Umdrehung pro Zeiteinheit ist kann man dies auch schreiben als: i = n1/n2 somit ergibt sich schließlich: i = ω1 /ω2 = f1/f2 = n1/n2 = rw2/rw1 = dw2/dw1 = z2/z1 Hierbei ist r der Radius des Wälzdurchmessers und d der Wälzdurchmesser des jeweiligen Rades. Unter z versteht man die Anzahl der Zähne eines Zahnrades. Mehrstufige Getriebe: Möchte man die Übersetzung mehrstufige Getriebe errechnen, so reicht es lediglich die Einzelübersetzungen der Teilgetriebe mit einander zu mulitplizieren.
Das Drehmoment Definition: Das Drehmoment M ist das Produkt aus der Kraft F und dem Abstand r ihrer Wirkungslinie von der Drehachse: mit mit die zum Moment dazugehörige Si-Einheit: Wird ein starrer Körper durch das Drehmoment M = r * F um den Winkel ϕ gedreht, so hat die äußere Kraft längs des Weges s = r* ϕ gewirkt. Die Verrichtete Arbeit ist W = F*r* ϕ oder W = M* ϕ. Geschieht dies in der Zeit t, so beträgt die Leistung P = W/ t = M ϕ/ t =Mω Ist bei einem Fahrzeug die Leistung bekannt, so kann man mit der Umrechnung der Drehzahl des Motor in die Winkelgeschwindigkeit das Drehmoment M = P/ω bestimmen. Berücksichtig man nun noch die Gangübersetzung i des Getriebes so erhält man das Drehmoment des Antriebrades Ma = i*m= i*p/ω. Nun kann man noch die Antriebkraft des Rades bestimmen indem man die Ausgangsgleichung für das Drehmoment nach der Kraft umstellt: Fa = i*m/ra (wobei ra der Radius des Antriebsrades ist)