Zahnräder

und Getriebe

Zahnrad-

masse

Zahnradarten

Eigenschaften

Herstellung

Getriebe

Ende

� Begriffe, Grössen

� Übersetzungen

� Zahnflankenform

� Unterschneidung und Profilverschiebung

� Lage der Wellenachse

�Lage der Zähne

� Schraubenrad

�Schieberadgetriebe

� Umsteckrädergetriebe

�Wechselradgetriebe

� Kupplungsgetriebe

� Vorgelegewelle

� Wende(herz)getriebe

�Ziehkeilgetriebe

� Schneckenrad

� Zahnstange

� Kegelrad

�Schwenkradgetriebe

�Planetengetriebe

�Differentialgetriebe

�Reibradgetriebe

�Harmonic-Drive-Getriebe

�Sonderfälle

� CVT-Getriebe

�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

�Begriffe und Grössen

� Teilkreisdurchmesser

� Modul

� Kopfhöhe / Kopfkreisdurchmesser

� Fusshöhe / Fusskreisdurchmesser

� Zahnhöhe

� Kopfspiel c = 1/6 m

� Achsabstand

� Profilmittellinie

� Eingriffslinie

�Übersetzungen

� Getriebe ändern Drehzahlen, Drehmomente und Drehrichtung

� Die Umfangsgeschwindigkeiten sind an beiden Rädern gleich gross

� Das Übersetzungsverhältnis ist Antriebsdrehzahl / Abtriebsdrehzahlund ist umgekehrt proportional zu den Zähnezahlen und Durchmesserverhältnissen

� Zwischenräder ändern lediglich die Drehrichtung

�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 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

�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 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

� Pfeilverzahnt

� Höhere Laufruhe / Mehrere Zähne im Eingriff / Axialkräfte kompensiert

� Innenverzahnung

� Stirnräder mit Innenverzahnung nennt man Hohlräder.

� Ritzel ist das Kleinere (meist treibende) Zahnrad im Getriebe

�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

�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 bei weniger Verschleiss

� Anwendung Antrieb Differenzial

�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.

�Zahnstange

� Zahnstangen wandeln Drehbewegungen in Längsbewegungen um

�Getriebe� Getriebe sind Baueinheiten zwischen Antriebs- und Arbeitseinheit mit verschiedenen Aufgaben (Bild)

� Fahrzeuggetriebe, Achsantrieb, Werkzeugmaschinen,

�Schieberadgetriebe� Nur im Stillstand schaltbar

� Zahnräder werden auf der Welle (z.B. Keilwelle) an die jeweilige Position geschoben

� Nur eine Zahnradkombination im Eingriff

� https://www.youtube.com/watch?v=b1XWKR36K8c

�Wechselradgetriebe

� Zahnräder werden ausgewechselt um die Übersetzung zu verändern

� Achsabstand kann angepasst werden

https://www.youtube.com/watch?v=X3i8Rkvw7zI

�Umsteckrädergetriebe� Verschieden grosse Zahnräder werden auf die Welle aufgesteckt

� Achsabstand ist konstant

� Immer die gleichen Zahnräder in anderer Kombination gibt unterschiedliche Ausgangsdrehzahlen.

�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.

�Vorlegewelle� Antrieb und Abtrieb liegen in einer Achse

� http://www.oldtimer-markt.de/?noscript=/id/2634900#/id/2634900

Animation Vorgelegewelle und Synchronisation siehe unter Schieberadgetriebe

�Wendegetriebe� Wendeherz

� Zum wechseln der Drehrichtung

� Zwischenräder haben auf die Übersetzung keinen Einfluss

https://www.youtube.com/watch?v=ZdnkCXgJZi0

�Ziehkeilgetriebe

� Alle Zahnräder ständig im Eingriff

� Mitnehmer wird an die gewünschte Position geschoben

� Vorschubgetriebe Drehbank

https://www.youtube.com/watch?v=5MrUadSyfA8 ab ca. 19min – 21min

�Schwenkradgetriebe (Norton)

� Schwinge wird an der gewünschten Position zum Eingriff gebracht

� Schwinge auf der Keilwelle verschiebbar

�Planetengetriebe

� Sonne, Planeten auf Träger, Hohlrad

https://www.youtube.com/watch?v=qcq4dZf_46c

https://www.youtube.com/watch?v=4EoOFK0QdYA

�Differentialgetriebe

� Kegelrad Planetengetriebe

� Ausgleich unterschiedlicher Drehzahlen zwischen dem linken und den rechten Rad

https://www.youtube.com/watch?v=SOgoejxzF8c

https://www.youtube.com/watch?v=S9NKB0VoR2I

�Reibradgetriebe� Kraftschlüssige Übertragung

https://www.youtube.com/watch?v=_1s7parwefk

https://www.youtube.com/watch?v=R1aAmrR2us4

https://www.youtube.com/watch?v=W7CAn9zInGk

�CVT - Getriebe

� Stufenlos schaltbares Getriebe, Continuously Variable Transmission

� Verändern des Abstandes der Kegeligen Scheiben, ändert den Übertragungs Druchmesser und somit die Übersetzung.

� Stufenloses Getrieb (Audi, Subaru), http://www.auto-motor-und-sport.de/testbericht/stufenloses-cvt-getriebe-getriebe-ohne-gaenge-7896984.html

� http://www.auto-motor-und-sport.de/testbericht/stufenloses-cvt-getriebe-getriebe-ohne-gaenge-7896984.html

� https://www.youtube.com/watch?v=dp8lHBDFhpo

�Harmonic-Drive-Getriebe

� Übersetzung ins Langsame bis 160:1

� Parabolantennen Nachführung / Roboter-Achsantrieb / Flugsimulatorenantrieb

� Extrem langsame Bewegungen z.B. Riesige Parabolspiegel, Sternenteleskope

� Animation http://it.wikipedia.org/wiki/File:Harmonic-drive-explanation.gif

�Sonderfälle

� Schneckengetriebe für grosse Übersetzungen

� Malteserkreuz zum weiterschalten von Positionen http://www.kinoteam.de/kt/kt_projektoren.html

� 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 geradverzahntes Stirnrad� Wälzfräsen schrägverzahntes Stirnrad� Bogenverzahntes Kegelrad

� Profilfräsen auf einfachen Fräsmaschinen benötigt für jeden Modul, Zähnezahl, Profilverschiebung ein eigenes Werkzeug.

� Stirnradherstellung durch Profilfräsen