Definition Was ist eigentlich ein Schneckengetriebe

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Schneckengetriebe sind Schraubwälzgetriebe oder Winkelgetriebe, die die Rotationsbewegung einer zylinderförmigen Welle auf ein Zahnrad übertragen. Wofür solche Lösungen eingesetzt werden und welche Vor- und auch Nachteile sie haben, zeigen wir in diesem Überblick über eine vielseitige Technologie.

Schneckengetriebe (englisch: worm drive) ermöglichen die Übertragung großer Lasten bei einem besonders hohen Übersetzungsverhältnis auf vergleichsweise kleinem Raum. Daher eignen sie sich insbesondere für Einsätze bei sehr beengten Platzverhältnissen.

Schneckengetriebe sind leistungsstarke und hochpräzise arbeitende Getriebe, die außerdem in der Lage sind, zuverlässig sogenannte Achsversätze (Schrägstand von Achsen bzw. einer Achslinie zur geometrischen Achslinie) auszugleichen. Aus diesen Gründen kommen die robusten sowie geräuscharmen Getriebe vor allem in anspruchsvollen Anwendungen wie Förderanlagen, in Pressen, in Extrusionsmaschinen, in Bergbaumaschinen oder in Profilbearbeitungsmaschinen zum Einsatz, um nur einige wenige Beispiele zu nennen.

Wie sich ein Schneckengetriebe zusammensetzt

Ein Schneckengetriebe ist eine Kombination aus Schraubgetriebe und Zahnradgetriebe. Es besteht aus einer schraubenförmigen Schnecke und einem um 90 Grad hierzu achsversetzten Zahnrad, das gemeinhin als Schneckenrad bezeichnet wird.

In der Regel kommt der Schnecke die Aufgabe zu, das Getriebe anzutreiben. Sie befindet sich daher auf einer Schneckenwelle, die mit einem Motor als Antrieb verbunden wird. Die Schnecke greift dabei in mehrere Zähne des Zahnrades, dessen Drehzahl sich im Vergleich zu Antriebsdrehzahl der Schneckenwelle verlangsamt. Dieser mehrfache Zahneingriff der Schnecke in das Schneckenrad (im Allgemeinen sind mehrere Gewindeabschnitte des Schneckenrades gleichzeitig im Eingriff) ermöglicht eine gleichsam hohe Kraftübertragung wie Belastbarkeit, wodurch sich mit vergleichsweise kompakten Getrieben leistungsstarke Rotationsbewegungen übertragen lassen.

Neben den hier beschriebenen Schneckengetrieben, bei denen das Schneckenrad für den Antrieb sorgt, existieren aber auch Lösungen, bei denen das Zahnrad als Antrieb dient. In diesem Fall wird die Drehzahl des Getriebes erhöht, vorausgesetzt, es liegt keine Selbsthemmung vor.

Anders als bei Wälzgetrieben oder Reibradgetrieben, sorgt der Kontakt zwischen Schneckenrad und Schneckenwelle sowie die Bewegung der Kontaktflächen zueinander neben einer formschlüssigen Kraftübertragung auch für ein Gleiten der beiden Komponenten. Durch diese Gleitbewegung sind Schneckengetriebe besonders geräuscharm. Hinzu kommt, dass für die Schneckenräder nur Werkstoffe mit guten Gleiteigenschaften verwendet werden. Daher sind Schneckengetriebe zumeist aus Bronze oder Grauguss gefertigt.

Welche Arten von Schneckengetrieben gibt es?

Je nach Form der Schnecke, können Schneckengetriebe generell in Zylinder-Schneckengetriebe und Globoid-Schneckengetriebe eingeteilt werden.

Wie der Begriff schon sagt, hat der Grundkörper der Schnecke bei Zylinderschnecken eine zylindrische Form. Verfügt das Schneckenrad über eine dem Durchmesser der Schnecke entsprechende Wölbung (das Schneckenrad bildet also im Querschnitt das Zylinderprofil am Umfang ab), spricht man hier von einem Globoidschneckenrad. Da sich die Zylinderschnecke sehr einfach herstellen lässt, ist diese Form des Schneckengetriebes am weitesten verbreitet.

Bei Globoid-Schneckengetrieben beschreibt die äußere Form der Schnecke einen Bogen (die Schnecke verjüngt sich gewissermaßen von beiden Seiten der Welle nach Innen bzw. wird schmaler), der das Globoidschneckenrad gewissermaßen einhüllt.

Im Vergleich zur Zylinderschnecke sind bei der Globoidschnecke mehrere Gewindeabschnitte bei der Kraftübertragung beteiligt. Daher können solche Schnecken weitaus höhere Leistungen übertragen als Zylinderschnecken. Entscheidendes Manko: Die Herstellung von Globoidschnecken ist aufwendig und somit kostenintensiver als bei Zylinderschnecken. Globoid-Schneckengetriebe sind aus diesem Grunde eher seltener und zumeist in sehr speziellen Anwendungen anzutreffen.

Durchaus denkbar ist im Übrigen auch eine Globoidschnecke in Kombination mit einem einfachen schrägverzahnten Schneckenrad bzw. Stirnrad. Da die Schnecke jedoch speziell an das Zahnrad angepasst werden muss, ist die Herstellung solcher Getriebe ebenfalls teuer.

Der konstruktionsbedingte Aufwand ist jedoch im Gegensatz zum Globoid-Schneckengetriebe geringer, weil die Positionierung des Schneckenrades bei einem einfachen Stirnrad größere Toleranzen ermöglicht als bei einem Globoidschneckenrad.

Technik kurz erklärt

Die Entwicklung der Unendlichkeitsmaschine

Selbsthemmung – Eine besondere Eigenschaft von Schneckengetrieben

Weiter oben im Beitrag wurde bereits der Begriff „Selbsthemmung“ erwähnt. Diese besondere Eigenschaft von Schneckengetrieben spielt vor allem in einigen spezifischen Anwendungsbereichen wie z. B. beim Antrieb von Hebevorrichtungen eine wichtige Rolle. Die Selbsthemmung kann verhindern, dass sich die Vorrichtung bei abgeschaltetem Motor wieder nach unten bewegt. Auf eine Bremse kann aus Sicherheitsgründen in solchen Fällen dennoch nicht verzichtet werden.

Schneckengetriebe sind aufgrund ihrer Funktionsweise häufig selbsthemmend, da die Drehmomentübertragung nur in eine Richtung erfolgen kann. Eine Selbsthemmung liegt demnach vor, wenn sich das Getriebe nur über die Schnecke (Antrieb) in Bewegung versetzen lässt und somit die auf die Abtriebswelle wirkende Kraft das Getriebe nicht bewegt. Die Selbsthemmung eines Schneckengetriebes ist hierbei u. a. abhängig vom Steigungswinkel der Verzahnung und der Geschwindigkeit.

Statische und dynamische Selbsthemmung

Bei der Selbsthemmung von Schneckengetrieben wird zwischen statischer und dynamischer Selbsthemmung unterschieden. Im oben genannten Beispiel zu einer Hebevorrichtung mit Schneckengetriebe handelt es sich um eine statische Selbsthemmung, weil die Vorrichtung sich bei abgeschaltetem Motor nicht nach unten bewegt. Die statische Selbsthemmung wirkt aufgrund der Haftreibung zwischen den Zahnflanken des Getriebes nur im Stillstand bzw. im Ruhestand und ist stärker als eine dynamische Selbsthemmung.

Muss indes sichergestellt sein, dass das Getriebe während der Absenkung einer Hebevorrichtung (also im laufenden Betrieb) nach dem Ausschalten des Motors eigenständig zum Stillstand kommt, dann wird das als dynamische Selbsthemmung bezeichnet, wobei die Gleitreibung der Zahnflanken im Getriebe bremsend wirkt. Eine dynamische Selbsthemmung liegt demnach vor, wenn ein laufendes Getriebe mit treibendem Schneckenrad nach dem Abschalten nach kurzer Zeit zum Stillstand kommt.

Vorteile und Nachteile von Schneckengetrieben

Wie eingangs erwähnt, werden Schneckengetriebe insbesondere in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt. Zu den entscheidenden Vorteilen solcher Lösungen zählt eine hohe Belastbarkeit und hohe Kraftübertragung durch den mehrfachen Zahneingriff der Schnecke in das Schneckenrad. Die Getriebe sind daher überaus leistungsstark, wenn es darum geht, Rotationsbewegungen auf engstem Raum zu übertragen. Überdies arbeiten Schneckengetriebe sehr geräuscharm.

Ein wesentlicher Nachteil von Schneckengetrieben besteht in der Reibung zwischen der Schneckenwelle und dem Schneckenrad, die für einen Großteil der Verluste verantwortlich ist und daher zu einem eher schlechten Wirkungsgrad des Getriebes führt. Andererseits ermöglichen die Haft- und Gleitreibung der Verzahnung eine Selbsthemmung des Getriebes, was in einigen Applikationen wiederum durchaus erwünscht ist. Allerdings sind selbsthemmende Getriebe bei höheren Leistungen und längerer Betriebsdauer eher unwirtschaftlich.

Anbieter von Schneckengetrieben

• Atek Antriebstechnik

• Atlanta Antriebssysteme

• Auma Drives

• Benzlers

• Cams

• CMD

• Dunkermotoren / Ametek

• Esitron

• Flowserve

• Fracmo

• Gefeg-Neckar Antriebssysteme

• Groschopp

• KAG Kählig Antriebstechnik

• Ketterer Antriebe

• Maxon

• Mädler

• Misumi

• Norelem

• Otto Ganter

• P.C.M.

• Sumitomo Drive Technologies

• Tramec Getriebe

• Rehfuss Drives Solutions

• Zae Antriebssysteme

• Zahnradfertigung Ott

Bei der Aufzählung handelt es sich um einen Auszug ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Faszination Technik

Das kleinste Zahnrad der Welt

Quellen:

www.tec-science.com

www.tramec-getriebe.de

www.atlantagmbh.de

www.hilba.net

www.wikipedia.de

www.konstruktionspraxis.de

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