„Wendegetriebe“ – Versionsunterschied
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# Flüssigkeitsgetriebe |
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Zahnradgetriebe finden besonders häufig in der Industrie Anwendung, da diese Leistungen mit hohen Wirkungsgraden übertragen können. Dabei setzen sich die Verluste in Zahnradgetrieben aus den Verzahnungs-, Lager-, Dichtungs- und sonstigen Verlusten zusammen<ref>{{Literatur |Autor=Bertsche, B. (Bernd), Lechner, G. (Gisbert), Ryborz, Joachim., Novak, Wolfgang. |Titel=Fahrzeuggetriebe : Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=2., bearbeitete und erw. Aufl |Verlag=Springer |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-540-30670-2 |Seiten=66 |Online= |Abruf=}}</ref>. Diese Verluste sind im Vergleich zu anderen Getriebeformen besonders niedrig. Zudem zeichnen sich Zahnradgetriebe durch eine sehr hohe Leistungsdichte aus, da diese die Umfangskräfte mit der Normalkraft <math>F_N</math> übertragen. Kraftschlüssige Getriebe übertragen die Umfangskraft lediglich mit der Reibkraft <math>F_N \cdot \mu</math><ref>{{Literatur |Autor= |
Zahnradgetriebe finden besonders häufig in der Industrie Anwendung, da diese Leistungen mit hohen Wirkungsgraden übertragen können. Dabei setzen sich die Verluste in Zahnradgetrieben aus den Verzahnungs-, Lager-, Dichtungs- und sonstigen Verlusten zusammen<ref>{{Literatur |Autor=Bertsche, B. (Bernd), Lechner, G. (Gisbert), Ryborz, Joachim., Novak, Wolfgang. |Titel=Fahrzeuggetriebe : Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=2., bearbeitete und erw. Aufl |Verlag=Springer |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-540-30670-2 |Seiten=66 |Online= |Abruf=}}</ref>. Diese Verluste sind im Vergleich zu anderen Getriebeformen besonders niedrig. Zudem zeichnen sich Zahnradgetriebe durch eine sehr hohe Leistungsdichte aus, da diese die Umfangskräfte mit der Normalkraft <math>F_N</math> übertragen. Kraftschlüssige Getriebe übertragen die Umfangskraft lediglich mit der Reibkraft <math>F_N \cdot \mu</math><ref>{{Literatur |Autor=Grote, Karl-Heinrich; Bender, Beate; Göhlich, Dietmar |Titel=Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=25., neu bearbeitete und aktualisierte Auflage |Verlag= |Ort=Berlin |Datum= |ISBN=978-3-662-54804-2 |Seiten=G125 |Online= |Abruf=}}</ref>. |
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=== Variation der Sitrnradanzahl === |
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==== Vorgelegebauweise ==== |
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Beim ersten Prinzip zur Drehrichtungsumkehr werden fünf Stirnzahnräder in Vorgelegebauweise angeordnet. Da alle Wellen ortsfest im Gehäuse gelagert sind, lassen sich Vorgelegegetriebe den Standgetrieben zuordnen. Die Vorgelegebauweise wird beispielsweise in Synchrongetrieben, Lastschaltgetrieben, Gruppengetrieben und Wendegetrieben als konstruktive Lösung verwendet.<ref>{{Literatur |Autor=Pohlandt, Christian, |Titel=Grundlagen mobiler Arbeitsmaschinen |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage= |Verlag=KIT Scientific Publishing |Ort=Karlsruhe |Datum=2014 |ISBN=978-3-7315-0188-6 |Seiten=II-25 |Online= |Abruf=}}</ref> Bei Wendegetrieben in Vorgelegebauweise kämmt stets ein Stirnräderpaar direkt ineinander und das übrige über ein Zwischenrad, welches auf der Vorgelegewelle gelagert ist. |
Beim ersten Prinzip zur Drehrichtungsumkehr werden fünf Stirnzahnräder in Vorgelegebauweise angeordnet. Da alle Wellen ortsfest im Gehäuse gelagert sind, lassen sich Vorgelegegetriebe den Standgetrieben zuordnen. Die Vorgelegebauweise wird beispielsweise in Synchrongetrieben, Lastschaltgetrieben, Gruppengetrieben und Wendegetrieben als konstruktive Lösung verwendet.<ref name=":1">{{Literatur |Autor=Pohlandt, Christian, |Titel=Grundlagen mobiler Arbeitsmaschinen |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage= |Verlag=KIT Scientific Publishing |Ort=Karlsruhe |Datum=2014 |ISBN=978-3-7315-0188-6 |Seiten=II-25 |Online= |Abruf=}}</ref> Bei Wendegetrieben in Vorgelegebauweise kämmt stets ein Stirnräderpaar direkt ineinander und das übrige über ein Zwischenrad, welches auf der Vorgelegewelle gelagert ist. Im Leerlauf sind die Stirnräder durch Nadellager drehbar auf der Welle gelagert. Durch eine Synchroneinheit wird eines der Stirnräder mit der Welle verbunden und somit die Drehrichtung des Abtriebes geschaltet. Eine andere Möglichkeit zur Steuerung des Leistungsflusses stellt die axiale Verschiebung der Räder dar<ref name=":0" />, allerdings darf in diesem Fall der Schrägungswinkel der Zahnräder nicht größer als 10° sein<ref>{{Literatur |Autor=Winter, Hans |Titel=Maschinenelemente : Band 2: Getriebe allgemein, Zahnradgetriebe - Grundlagen, Stirnradgetriebe |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=Zweite, völlig neubearbeitete Auflage |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2003 |ISBN=978-3-662-11873-3 |Seiten=273 |Online= |Abruf=}}</ref>. |
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==== Wendeherz ==== |
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Neben der Vorgelegebauweise ist die Variation der Radanzahl mit einem Wendeherz konstruierbar. Dieses ist rotatorisch am An- oder Abtriebsrad gelagert und besitzt einen Hebel, der Gleich-, Gegen- und Leerlauf ermöglicht. Während die Achsen des An- und Abtriebsrades translatorisch festgelagert sind, sind die Achsen der Zwischenräder aufgrund des Wendeherzes auf einer Kreisbahn verschiebbar. Die Zwischenräder befinden sich stets im Eingriff. Während das An- und Abtriebsrad im Gleichlauf lediglich über ein Zwischenrad verbunden ist, ist es im Gegenlauf über zwei Zwischenräder verbunden. |
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Ein Nachteil dieses Prinzips ist, dass das Wendegetriebe konstruktionsbedingt lediglich im Stillstand und lastfrei schaltbar ist. Nachteilig ist zudem, dass die im Zahnkontakt entstehenden Kräfte der Zwischenräder durch den langen Hebel große Haltekräfte erfordern. Außerdem ist das Prinzip anfällig für Temperaturverzug und Schwingungen. Im Vergleich zur Vorgelegebauweise sind die geringere Stirnradanzahl und die simple Natur der Schalthebelkonstruktion des Wendeherzes vorteilhaft. |
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=== Kegelradgetriebe === |
=== Kegelradgetriebe === |
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Die schaltbare Drehrichtungsumkehr ist ebenfalls mit Kegelrädern realisierbar. Eine Variante dieses Getriebeprinzips besteht aus drei Kegelrädern. Um Momente zur Leistungsverzweigung abzugreifen, sind weitere Kegelräder und Zapfen integrierbar. Weil die Achsen der Kegelräder in Relation zum Gehäuse ortsfest sind, zählen Kegelradwendegetriebe zu den Standgetrieben. Damit die An- und Abtriebsachse identisch ist, sind in der Regel zwei Kegelräder koaxial und werden durch ein orthogonales Zwischenkegelrad miteinander verbunden. Zwar muss das Zwischenkegelrad nicht orthogonal zu den Kegelrädern stehen, jedoch ergibt sich so der höchste Wirkungsgrad. Dabei ist es entscheidend, dass sich bei gerad- und schrägverzahnten Kegelrädern die Drehachsen in einem Punkt schneiden. |
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Zur Umkehrung der Drehrichtung wird das auf dem Antriebszapfen drehbar gelagerte Kegelrad mit der Antriebswelle verbunden. Um die Drehrichtung zu erhalten, werden die An- und Abtriebswelle direkt über die Kupplung miteinander verbunden. In diesem Fall ist die Übersetzung trivialerweise gleich eins. Neben den beiden Drehrichtungen ist zusätzlich eine Mittelstellung der Kupplung möglich, welche den Leistungsfluss zwischen An- und Abtriebswelle trennt. Diese Getriebeart kann in der Regel nur im Stillstand und lastfrei geschaltet werden, da die Räder meistens mit einer Klauenkupplung verbunden werden. Diese Kupplung wird über einen Handhebel oder Elektromotor betätigt. |
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=== Umlaufrädergetriebe === |
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Ist ein kleiner Achsversatz auszugleichen, werden sogenannte Hypoidradpaare oder Kegelschraubenradpaare benötigt<ref name=":2">{{Literatur |Autor=Grote, Karl-Heinrich; Bender, Beate; Göhlich, Dietmar |Titel=Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=25., neu bearbeitete und aktualisierte Auflage |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum= |ISBN=978-3-662-54804-2 |Seiten=G127 |Online= |Abruf=}}</ref>. Jedoch sinkt der Wirkungsgrad des Wendegetriebes mit steigendem Achsversatz, da die Geometrie einem Schneckengetriebe immer weiter ähnelt. Zudem muss zur direkten Verbindung von An- und Abtriebswelle eine Gelenkwellenkombination integriert werden. Große Achsversätze sind hingegen nur mit Schrauben-Stirnradgetrieben realisierbar<ref name=":3">{{Literatur |Autor=Haberhauer, Horst 1950- |Titel=Maschinenelemente : Gestaltung, Berechnung, Anwendung |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=18., überarbeitete Auflage |Verlag= |Ort=Berlin |Datum= |ISBN=978-3-662-53047-4 |Seiten=571 |Online= |Abruf=}}</ref>. Der Wirkungsgrad und das übertragbare Drehmoment wird maximiert, wenn die Übersetzung von Kegelradgetrieben eins ist und die geforderte Übersetzung anschließend eingebracht wird. Der Grund hierfür ist, dass Kegelradgetriebe Übersetzungen mit nur sehr schlechtem Wirkungsgrad umsetzen können. |
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Als Nachteile von Kegelradgetrieben lassen sich die zusätzlichen Fehlerquellen im Vergleich zu Stirnradgetrieben nennen. Kegelräder sind gegenüber Abweichungen des Schnittpunkts der Teilkegelwinkel besonders empfindlich. Diese Abweichungen führen zu einseitigem Tragen oder Klemmen und in letzter Folge zu Verschleiß, ungünstigem Geräuschverhalten sowie Erwärmung<ref name=":3" />. Zudem sind Kegelräder aufgrund von signifikanterem Härteverzug und Ausbiegungen bei fliegendem Ritzel gegenüber Stirnrädern schwieriger herstellerbar<ref name=":2" />. Vorteilhaft an Kegelradgetrieben ist dagegen die Tatsache, dass die An- und Abtriebswelle koaxial gewählt werden können. |
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=== Umlaufrädergetriebe === |
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Aus Gründen einer gleichmäßigen Belastung existieren keine Umlaufrädergetriebe mit weniger als drei Planeten. Jedoch ist die genaue Anzahl der Planeten für die Übersetzung des Getriebes ohne Bedeutung. Bei ortsfestem Steg wird aus einem Umlaufrädergetriebe ein Standgetriebe, in allen anderen Fällen sind Mischformen aus Stand- und Umlaufgetrieben möglich. Aus kombinatorischen Gründen ergeben sich je nach festgehaltener Welle neun mögliche Bewegungszustände.<ref>{{Literatur |Autor=Bertsche, B. (Bernd), Lechner, G. (Gisbert), Ryborz, Joachim., Novak, Wolfgang. |Titel=Fahrzeuggetriebe : Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=2., bearbeitete und erw. Aufl |Verlag=Springer |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-540-30670-2 |Seiten=159-160 |Online= |Abruf=}}</ref> |
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Dies lässt sich ebenfalls im Satz von Willis erkennen: |
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<math>n_1-i_{12}n_2-(1-i_{12})n_s=0</math> |
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Aus dem Satz lässt sich einfach erkennen, dass sich bei Umlaufrädergetrieben eine Drehrichtungsumkehr einstellen kann. Zudem folgt aus dem Satz, dass eine alleinige Drehrichtungsumkehr durch das Festhalten einer Welle stets mit einem ungleichen Übersetzungsbetrag für beide Drehrichtungen verbunden ist. Deshalb muss durch eine geschickte Verschaltung mehrerer Umlaufrädergetriebestufen darauf geachtet werden, dass der Übersetzungsbetrag für beide Drehrichtungen gleich ist. Solche Verschaltungen werden als Koppelgetriebe bezeichnet. In der Literatur ist ein Koppelgetriebe für konstante Übersetzung in beiden Drehrichtungen gezeigt <ref>{{Literatur |Autor=Looman, Johannes. |Titel=Zahnradgetriebe : Grundlagen, Konstruktionen, Anwendungen in Fahrzeugen |Hrsg= |Sammelwerk= |Band= |Nummer= |Auflage=3., neubearbeitete und erw. Aufl. 1996, Nachdruck in veränderter Ausstattung |Verlag=Springer |Ort=Berlin |Datum=2009 |ISBN=978-3-540-89460-5 |Seiten=351 |Online= |Abruf=}}</ref> |
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Prinzipiell gibt es folgende Möglichkeiten, in einem mechanischen Getriebe die Drehrichtung umzuschalten: |
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Die Vorteile von Umlaufrädergetrieben liegen insbesondere darin, dass die Leistungsdichte hoch ist und ein vergleichsweise kleiner Bauraum benötigt wird. Im Vergleich zu Vorgelegegetrieben sind die komplizierte Herstellbarkeit und die schwieriger zu beherrschende Schmierölführung nachteilig<ref name=":1" />. Zudem ist unvorteilhaft, dass mindestens zwei Stufen notwendig sind. Vorteilhaft ist dagegen in vielen Fällen, dass die An- und Abtriebswelle koaxial sind. |
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# durch die Verwendung eines doppelten Kegelradgetriebes |
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# durch Umschalten zwischen einer geraden und einer ungeraden Anzahl von Rädern (z. B. Zahnräder, Reibräder) im Übertragungsstrang |
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# durch Umschalten zwischen einem Riementrieb mit gekreuzten und parallelen Riemen |
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Im ersten Fall besteht das Wendegetriebe aus drei [[Zahnrad#Kegelrad|Kegelrädern]] und einer Schaltvorrichtung. Die Zahnräder für den Abtrieb zu den [[Radsatz|Radsätzen]] beispielsweise einer [[Diesellokomotive]] liegen diese links und rechts einander gegenüber, je eines für eine Drehrichtung. Dazwischen liegt das Kegelrad für den Antrieb. Über die Schaltvorrichtung (meist eine Klauenkupplung) wird immer nur eines der Abtriebsräder mit der Abtriebswelle verbunden, das jeweils andere läuft ohne Kraftschluss mit. So können die beiden Drehrichtungen vom [[Getriebe]] abgenommen werden. Das bedeutet aber, dass der Winkel der Drehebene zwischen An- und Abtrieb 90° beträgt. Bei Lokomotiven, bei denen alle Radsätze in dem Rahmen geführt werden, auf dem auch der Dieselmotor montiert ist, kann das erwünscht sein, weil die Drehrichtung der Radsätze zur Drehrichtung des Dieselmotors ohnehin 90° beträgt. |
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Ein weiteres Prinzip zur Änderung der Drehrichtung ist die kraftschlüssige Leistungsübertragung durch Riemen. Diese finden in einigen Werkzeugmaschinen Anwendung. Bei dem Prinzip nach Meyer befinden sich auf der Antriebswelle drei Riemenscheiben, wovon die beiden äußeren die doppelte Breite der inneren Scheibe besitzen. Die äußeren Scheiben sind drehbar- und die innere Scheibe festgelagert. Diese Scheiben werden durch einen offenen und einen gekreuzten Riemen (siehe Abbildung 14a, b) mit der auf der Abtriebswelle befindlichen Riementrommel verbunden. Während der offene Riemen die Drehrichtung des An- und Abtriebs beibehält, wird die Drehrichtung durch den gekreuzten Riemen umgekehrt. Jene Trommel ist ebenso breit, wie die Summe der Scheibenbreiten (Meyer 1911, 212). Diese Anordnung wird in Abbildung 13 dargestellt: |
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Bei Lokomotiven mit [[Drehgestell]]en wird die antreibende Bewegung vom Getriebe auf in den Drehgestellen geführten Radsätze über Gelenkwellen übertragen. Diese haben die gleiche Drehebene wie der Dieselmotor. Die Drehebene darf also im [[Getriebe]] nicht verändert werden. In diesen Fällen wird die Drehrichtungsänderung über das Zuschalten eines weiteren Zahnrades im Getriebe bewirkt. Die Änderung der Drehebene findet in diesen Fällen dann in den [[Radsatzgetriebe]]n statt. In seltenen Fällen werden Wendegetriebe mit Kegelrädern in den Radsatzgetrieben (Radsatzwendegetriebe) bei Drehgestelllokomotiven integriert. |
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=== Flüssigkeitsgetriebe === |
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Wendegetriebe 130 4.JPG|Wendegetriebe, vereinfachte Darstellung |
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Schematische Darstellung des Wende- und Stufengetriebes der DB-Lok V100.jpg|A – Wendegetriebe B – Stufengetriebe C – manueller Antrieb der Stufenschaltung D – pneumatischer Antrieb der Wendeschaltung |
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Der "[[Rückwärtsgang]]" bei Kfz ist kein Wendegetriebe im klassischen Sinne, es handelt sich um meist um ein weiteres Zahnrad, was einem Gang nachgeschaltet wird, und so eine Drehrichtungsänderung für diesen einen Gang bewirkt. |
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Die Anwendung von Riementrieben in der Technik ist inzwischen selten geworden und findet allenfalls bei kleineren Werkzeugmaschinen Anwendung. |
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Es gibt auch Gruppenwendegetriebe, bei denen entweder eine gleiche Anzahl Vor- und Rückwärtsgänge (z. B. 8 Vorwärts/8 Rückwärts) vorliegt, oder die Anzahl der Rückwärtsgänge ein ganzzahliger Teiler der Anzahl der Vorwärtsgänge ist (z. B. 8V/4R). |
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== Einzelnachweise == |
== Einzelnachweise == |
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Version vom 7. Juli 2020, 11:36 Uhr
Wendegetriebe sind „Schaltgetriebe, bei denen lediglich eine Drehrichtungsumkehr geschaltet werden kann“[1]. Solche Getriebe werden benötigt, wenn ein Antriebssystem zwei gleichwertige Drehrichtungen bereitstellen soll, die Umkehr sich jedoch nicht durch die Antriebsmaschine erzeugen lässt. Weiter lässt sich zwischen reinen Wendegetrieben und Wechsel‑Wendegetrieben unterschieden. Ein reines Wendegetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass der Drehrichtungswechsel lediglich mit der Übersetzung schaltbar ist. Anderenfalls liegt ein Wechsel-Wendegetriebe vor[2].
Aufbau und Prinzip
Die Umkehr der Drehrichtung ist durch folgende Getriebetypen erzeugbar:[2]
- Zahnradgetriebe
- Reibgetriebe
- Riemengetriebe
- Kurbelgetriebe
- Kurvengetriebe
- Flüssigkeitsgetriebe
Zahnradgetriebe finden besonders häufig in der Industrie Anwendung, da diese Leistungen mit hohen Wirkungsgraden übertragen können. Dabei setzen sich die Verluste in Zahnradgetrieben aus den Verzahnungs-, Lager-, Dichtungs- und sonstigen Verlusten zusammen[3]. Diese Verluste sind im Vergleich zu anderen Getriebeformen besonders niedrig. Zudem zeichnen sich Zahnradgetriebe durch eine sehr hohe Leistungsdichte aus, da diese die Umfangskräfte mit der Normalkraft übertragen. Kraftschlüssige Getriebe übertragen die Umfangskraft lediglich mit der Reibkraft [4].
Variation der Sitrnradanzahl
Die erste Grundidee für die Drehrichtungsumkehr mittels Zahnradgetrieben besteht darin, zwischen gerader und ungerader Stirnradanzahl zu wechseln. Dabei wird sich die Tatsache zu eigen gemacht, dass je Stirnradpaarung eine Drehrichtungsumkehr entsteht.
Vorgelegebauweise
Beim ersten Prinzip zur Drehrichtungsumkehr werden fünf Stirnzahnräder in Vorgelegebauweise angeordnet. Da alle Wellen ortsfest im Gehäuse gelagert sind, lassen sich Vorgelegegetriebe den Standgetrieben zuordnen. Die Vorgelegebauweise wird beispielsweise in Synchrongetrieben, Lastschaltgetrieben, Gruppengetrieben und Wendegetrieben als konstruktive Lösung verwendet.[5] Bei Wendegetrieben in Vorgelegebauweise kämmt stets ein Stirnräderpaar direkt ineinander und das übrige über ein Zwischenrad, welches auf der Vorgelegewelle gelagert ist. Im Leerlauf sind die Stirnräder durch Nadellager drehbar auf der Welle gelagert. Durch eine Synchroneinheit wird eines der Stirnräder mit der Welle verbunden und somit die Drehrichtung des Abtriebes geschaltet. Eine andere Möglichkeit zur Steuerung des Leistungsflusses stellt die axiale Verschiebung der Räder dar[2], allerdings darf in diesem Fall der Schrägungswinkel der Zahnräder nicht größer als 10° sein[6].
Wendeherz
Neben der Vorgelegebauweise ist die Variation der Radanzahl mit einem Wendeherz konstruierbar. Dieses ist rotatorisch am An- oder Abtriebsrad gelagert und besitzt einen Hebel, der Gleich-, Gegen- und Leerlauf ermöglicht. Während die Achsen des An- und Abtriebsrades translatorisch festgelagert sind, sind die Achsen der Zwischenräder aufgrund des Wendeherzes auf einer Kreisbahn verschiebbar. Die Zwischenräder befinden sich stets im Eingriff. Während das An- und Abtriebsrad im Gleichlauf lediglich über ein Zwischenrad verbunden ist, ist es im Gegenlauf über zwei Zwischenräder verbunden.
Ein Nachteil dieses Prinzips ist, dass das Wendegetriebe konstruktionsbedingt lediglich im Stillstand und lastfrei schaltbar ist. Nachteilig ist zudem, dass die im Zahnkontakt entstehenden Kräfte der Zwischenräder durch den langen Hebel große Haltekräfte erfordern. Außerdem ist das Prinzip anfällig für Temperaturverzug und Schwingungen. Im Vergleich zur Vorgelegebauweise sind die geringere Stirnradanzahl und die simple Natur der Schalthebelkonstruktion des Wendeherzes vorteilhaft.
Kegelradgetriebe
Die schaltbare Drehrichtungsumkehr ist ebenfalls mit Kegelrädern realisierbar. Eine Variante dieses Getriebeprinzips besteht aus drei Kegelrädern. Um Momente zur Leistungsverzweigung abzugreifen, sind weitere Kegelräder und Zapfen integrierbar. Weil die Achsen der Kegelräder in Relation zum Gehäuse ortsfest sind, zählen Kegelradwendegetriebe zu den Standgetrieben. Damit die An- und Abtriebsachse identisch ist, sind in der Regel zwei Kegelräder koaxial und werden durch ein orthogonales Zwischenkegelrad miteinander verbunden. Zwar muss das Zwischenkegelrad nicht orthogonal zu den Kegelrädern stehen, jedoch ergibt sich so der höchste Wirkungsgrad. Dabei ist es entscheidend, dass sich bei gerad- und schrägverzahnten Kegelrädern die Drehachsen in einem Punkt schneiden.
Zur Umkehrung der Drehrichtung wird das auf dem Antriebszapfen drehbar gelagerte Kegelrad mit der Antriebswelle verbunden. Um die Drehrichtung zu erhalten, werden die An- und Abtriebswelle direkt über die Kupplung miteinander verbunden. In diesem Fall ist die Übersetzung trivialerweise gleich eins. Neben den beiden Drehrichtungen ist zusätzlich eine Mittelstellung der Kupplung möglich, welche den Leistungsfluss zwischen An- und Abtriebswelle trennt. Diese Getriebeart kann in der Regel nur im Stillstand und lastfrei geschaltet werden, da die Räder meistens mit einer Klauenkupplung verbunden werden. Diese Kupplung wird über einen Handhebel oder Elektromotor betätigt.
Ist ein kleiner Achsversatz auszugleichen, werden sogenannte Hypoidradpaare oder Kegelschraubenradpaare benötigt[7]. Jedoch sinkt der Wirkungsgrad des Wendegetriebes mit steigendem Achsversatz, da die Geometrie einem Schneckengetriebe immer weiter ähnelt. Zudem muss zur direkten Verbindung von An- und Abtriebswelle eine Gelenkwellenkombination integriert werden. Große Achsversätze sind hingegen nur mit Schrauben-Stirnradgetrieben realisierbar[8]. Der Wirkungsgrad und das übertragbare Drehmoment wird maximiert, wenn die Übersetzung von Kegelradgetrieben eins ist und die geforderte Übersetzung anschließend eingebracht wird. Der Grund hierfür ist, dass Kegelradgetriebe Übersetzungen mit nur sehr schlechtem Wirkungsgrad umsetzen können.
Als Nachteile von Kegelradgetrieben lassen sich die zusätzlichen Fehlerquellen im Vergleich zu Stirnradgetrieben nennen. Kegelräder sind gegenüber Abweichungen des Schnittpunkts der Teilkegelwinkel besonders empfindlich. Diese Abweichungen führen zu einseitigem Tragen oder Klemmen und in letzter Folge zu Verschleiß, ungünstigem Geräuschverhalten sowie Erwärmung[8]. Zudem sind Kegelräder aufgrund von signifikanterem Härteverzug und Ausbiegungen bei fliegendem Ritzel gegenüber Stirnrädern schwieriger herstellerbar[7]. Vorteilhaft an Kegelradgetrieben ist dagegen die Tatsache, dass die An- und Abtriebswelle koaxial gewählt werden können.
Umlaufrädergetriebe
Aus Gründen einer gleichmäßigen Belastung existieren keine Umlaufrädergetriebe mit weniger als drei Planeten. Jedoch ist die genaue Anzahl der Planeten für die Übersetzung des Getriebes ohne Bedeutung. Bei ortsfestem Steg wird aus einem Umlaufrädergetriebe ein Standgetriebe, in allen anderen Fällen sind Mischformen aus Stand- und Umlaufgetrieben möglich. Aus kombinatorischen Gründen ergeben sich je nach festgehaltener Welle neun mögliche Bewegungszustände.[9]
Dies lässt sich ebenfalls im Satz von Willis erkennen:
Aus dem Satz lässt sich einfach erkennen, dass sich bei Umlaufrädergetrieben eine Drehrichtungsumkehr einstellen kann. Zudem folgt aus dem Satz, dass eine alleinige Drehrichtungsumkehr durch das Festhalten einer Welle stets mit einem ungleichen Übersetzungsbetrag für beide Drehrichtungen verbunden ist. Deshalb muss durch eine geschickte Verschaltung mehrerer Umlaufrädergetriebestufen darauf geachtet werden, dass der Übersetzungsbetrag für beide Drehrichtungen gleich ist. Solche Verschaltungen werden als Koppelgetriebe bezeichnet. In der Literatur ist ein Koppelgetriebe für konstante Übersetzung in beiden Drehrichtungen gezeigt [10]
Die Vorteile von Umlaufrädergetrieben liegen insbesondere darin, dass die Leistungsdichte hoch ist und ein vergleichsweise kleiner Bauraum benötigt wird. Im Vergleich zu Vorgelegegetrieben sind die komplizierte Herstellbarkeit und die schwieriger zu beherrschende Schmierölführung nachteilig[5]. Zudem ist unvorteilhaft, dass mindestens zwei Stufen notwendig sind. Vorteilhaft ist dagegen in vielen Fällen, dass die An- und Abtriebswelle koaxial sind.
Riemengetriebe
Ein weiteres Prinzip zur Änderung der Drehrichtung ist die kraftschlüssige Leistungsübertragung durch Riemen. Diese finden in einigen Werkzeugmaschinen Anwendung. Bei dem Prinzip nach Meyer befinden sich auf der Antriebswelle drei Riemenscheiben, wovon die beiden äußeren die doppelte Breite der inneren Scheibe besitzen. Die äußeren Scheiben sind drehbar- und die innere Scheibe festgelagert. Diese Scheiben werden durch einen offenen und einen gekreuzten Riemen (siehe Abbildung 14a, b) mit der auf der Abtriebswelle befindlichen Riementrommel verbunden. Während der offene Riemen die Drehrichtung des An- und Abtriebs beibehält, wird die Drehrichtung durch den gekreuzten Riemen umgekehrt. Jene Trommel ist ebenso breit, wie die Summe der Scheibenbreiten (Meyer 1911, 212). Diese Anordnung wird in Abbildung 13 dargestellt:
Reibradgetriebe
Flüssigkeitsgetriebe
Kombinationen
Einzelnachweise
- ↑ Johannes Looman: Zahnradgetriebe: Grundlagen, Konstruktionen, Anwendungen in Fahrzeugen. 3. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 1996, S. 22.
- ↑ a b c Joseph Jehlicka, Egon Martyrer, August Schalitz: Kleines Lexikon: Getriebe und Kupplungen. In: DVA kleine technische Lexica. DVA Deutsche Verlags-Anstalt, Abt. Fachverlag, 1964, S. 246.
- ↑ Bertsche, B. (Bernd), Lechner, G. (Gisbert), Ryborz, Joachim., Novak, Wolfgang.: Fahrzeuggetriebe : Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. 2., bearbeitete und erw. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-30670-2, S. 66.
- ↑ Grote, Karl-Heinrich; Bender, Beate; Göhlich, Dietmar: Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau. 25., neu bearbeitete und aktualisierte Auflage. Berlin, ISBN 978-3-662-54804-2, S. G125.
- ↑ a b Pohlandt, Christian,: Grundlagen mobiler Arbeitsmaschinen. KIT Scientific Publishing, Karlsruhe 2014, ISBN 978-3-7315-0188-6, S. II-25.
- ↑ Winter, Hans: Maschinenelemente : Band 2: Getriebe allgemein, Zahnradgetriebe - Grundlagen, Stirnradgetriebe. Zweite, völlig neubearbeitete Auflage. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2003, ISBN 978-3-662-11873-3, S. 273.
- ↑ a b Grote, Karl-Heinrich; Bender, Beate; Göhlich, Dietmar: Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau. 25., neu bearbeitete und aktualisierte Auflage. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-662-54804-2, S. G127.
- ↑ a b Haberhauer, Horst 1950-: Maschinenelemente : Gestaltung, Berechnung, Anwendung. 18., überarbeitete Auflage. Berlin, ISBN 978-3-662-53047-4, S. 571.
- ↑ Bertsche, B. (Bernd), Lechner, G. (Gisbert), Ryborz, Joachim., Novak, Wolfgang.: Fahrzeuggetriebe : Grundlagen, Auswahl, Auslegung und Konstruktion. 2., bearbeitete und erw. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-30670-2, S. 159–160.
- ↑ Looman, Johannes.: Zahnradgetriebe : Grundlagen, Konstruktionen, Anwendungen in Fahrzeugen. 3., neubearbeitete und erw. Aufl. 1996, Nachdruck in veränderter Ausstattung. Springer, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-89460-5, S. 351.