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Getriebe

Wie ineinandergebaute Getriebe funktionieren

| Redakteur: Sandra Häuslein

Getriebe sollen kompakt und leistungsstark sein. Werden hohe Untersetzungen benötigt, werden meist mehrere gleichartige Getriebestufen hintereinander geschaltet. Aber auch die Kombination unterschiedlicher Getriebebauarten ist möglich. Hans-Erich Maul, Geschäftsführer bei der Maul Konstruktionen GmbH, zeigt auf, was bei der Auswahl solcher ineinandergebauter Getriebe zu beachten ist.

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Mehrere gleichartige Getriebestufen hintereinander zu schalten, ist gängige Praxis. Doch die Kombination unterschiedlicher Getriebetypen bieten ganz neue Möglichkeiten.
Mehrere gleichartige Getriebestufen hintereinander zu schalten, ist gängige Praxis. Doch die Kombination unterschiedlicher Getriebetypen bieten ganz neue Möglichkeiten.
(Bild: gemeinfrei / CC0)

Ineinandergebaute kontinuierlich arbeitende Getriebe bieten neue Möglichkeiten, die geforderten Untersetzungen in einem Antrieb zu erreichen. Kombiniert werden die Getriebe systematisch nach drei Kriterien:

  • Nach der Lage der Achsen zueinander, parallel oder 90° kreuzend,
  • nach der Belastungsfähigkeit des Abtriebsgetriebes oder
  • nach der geforderten Untersetzung der jeweiligen Anwendung.

Bauarten und Untersetzungen

Zunächst folgt ein Überbrlick über die verschiedenen Bauarten und deren Untersetzungen im Vergleich.

Getriebe mit parallelen Achsen:

  • Stirnradgetriebe, 10:1, versetzt
  • Planetengetriebe, 10:1, koaxial
  • Exzentergetriebe, 100:1, koaxial
  • Wellgetriebe, 200:1, koaxial

Getriebe mit kreuzenden Achsen:

  • Schneckengetriebe, 100:1, versetzt
  • Kegelradgetriebe, 10:1, versetzt
  • Kronenradgetriebe, 10:1, versetzt
  • Schraubenradgetriebe, 10:1, versetzt

Kombiniert man zwei verschiedene Getriebe, kann nahezu jede Untersetzung erreicht werden.

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Auswahl nach der Lage der Achsen

Erfolgt die Kombination eines achsparallelen Getriebes mit einem achsparallelen Getriebe, bleibt die Achsenlage parallel. Dabei können die Achsen versetzt werden oder koaxial bleiben je nach Wahl der Kombination.

Beispiel: Ein Planetengetriebe im Stirnrad erzeugt einen Versatz, während ein Planetengetriebe im Exzenter koaxial bleibt.

Erfolgt die Kombination eines Getriebes mit gekreuzter Achse mit einem Getriebe, das ebenfalls eine gekreuzte Achse aufweist, wird die Achsenlage parallel.

Beispiel: Ein Kegel- oder Kronenradgetriebe im Schneckengetriebe erzeugt eine parallele Achsenlage.

Erfolgt die Kombination eines achsparallelen Getriebes mit einem Getriebe mit gekreuzter Achse, bleibt die Achsenlage bei einfacher Kombination gekreuzt und bei zweifacher Kombination wird die Achsenlage wieder parallel.

Beispiel: Ein Planetengetriebe im Schneckengetriebe erzeugt ein gekreuztes versetztes Getriebe bei einfacher Kombination. Wird noch ein Kegelrad- oder Kronenradgetriebe nach- oder vorgeschaltet wird die Achsenlage wieder parallel.

Auswahl nach der Belastungsfähigkeit

Um hier die richtige Auswahl treffen zu können, sollte man die Getriebetypen und deren Anzahl an tragenden Zähnen kennen und wissen, ob diese konvex auf konvex oder konvex auf konkav zueinander liegen. Bei Außen-Außenverzahnung ist es konvex auf konvex. Bei Innenverzahnungen ist es konvex auf konkav.

Stirnradgetriebe, Schneckengetriebe, Kegelrad- und Kronenradgetriebe tragen meist nur mit einem oder zwei Zähnen konvex auf konvex. Bei Planetengetrieben erfolgt eine Lastverteilung nach der Anzahl der Planeten und der tragenden Zähne der Verzahnung. Planetengetriebe tragen, sowohl konvex auf konvex liegend, am Sonnenrad, wie auch am Hohlrad konvex auf konkav liegend.

Bei Wellgetrieben können je nach Zähnezahl und Untersetzung bis zu 15 % der Zähne tragen. Wellgetriebe haben konvex auf konkav tragende Zähne.

Bei Exzentergetrieben können je nach verwendetem Prinzip Zykloide- oder Evolventenverzahnung bis zu 30 % der Zähne tragen. Zykloiden Getriebe haben konvex auf konvex gewölbte Zähne. Exzentergetriebe mit Evolventenverzahnung haben konvex auf konkav tragende Zähne. Die Zähne können sich bei der Evolventenverzahnung flächenförmig anschmiegen, was besonders hohe Belastungen zulässt.

Das bedeutet, dass Planeten-, Well- und Exzentergetriebe in der aufgeführten Reihenfolge als Getriebe am Abtrieb besonders geeignet sind.

Je nach Aufgabenstellung erfolgt der Abtrieb vom außenliegenden Getriebe oder vom innenliegenden Getriebe. So ist es richtig ein Exzentergetriebe in ein Schneckengetriebe zu legen mit innenliegendem Abtrieb. In anderem Fall ist es richtig ein Planetengetriebe in ein Wellgetriebe zu legen bei außenliegendem Abtrieb.

Auswahl nach geforderter Untersetzung

Die Höhe des Untersetzungsverhältnisses entscheidet hier, ob niedrig- oder hochuntersetzende Getriebe angewandt werden müssen.

Liegt dieses unter i=100:1, können niedrig untersetzende Getriebe wie Stirnrad-, Kegelrad-, Kronenrad- und Planetengetriebe ineinandergebaut werden. Liegt es im Bereich von i=100:1 bis i=1000:1, müssen niedrig untersetzende mit hochuntersetzenden Getrieben miteinander kombiniert werden. Ist die Untersetzung größer als i=1000:1 sollten hochuntersetzende Getriebe kombiniert werden. Dies sind Schneckengetriebe, Wellgetriebe und Exzentergetriebe.

Es gibt aber auch einige Ausnahmen:

  • So können z.B. alle Stirnrad- Kegelrad- Kronenrad- und Planetengetriebe, die grundsätzlich niedrig untersetzende Getriebe sind, in der Untersetzung gesteigert werden durch die Anwendung von Evoloidverzahnungen mit Zahnrädern mit sehr kleiner Zähnezahl.
  • Bei den Exzentergetrieben gibt es die Möglichkeit ein Exzentergetriebe zu koppeln, sodass ein Exzentergetriebe mit vier Zahnrädern entsteht. Dabei gibt es verschiedene Bauformen. Mit Exzentergetrieben mit vier Zahnrädern ist bei geschickter Wahl der Zähnezahlkombination fast jede Untersetzung von etwa i=40:1 bis i=10000:1 möglich.

Ineinandergebaute Getriebe bieten die Möglichkeit, sehr kompakt und hoch belastungsfähig zu bauen. Die Maul Konstruktionen GmbH konstruierte sowohl solche Getriebe als auch individuelle Sonderkonstruktion.

Save the Date: Anwendertreff IndustriegetriebeEin effizienter Antriebsstrang ist das A und O bei jeder modernen Maschine und Anlage. Welche Rolle dabei das Getriebe als mechanische Komponente im mechatronischen Gesamtsystem spielt, wie man das richtige Getriebe auswählt und wie die Integration in den Antriebsstrang effizient und fehlerfrei gelingt, zeigt der 1. Anwendertreff Industriegetriebe am 25. Juni 2019.
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