Getriebe

Mit einem Getriebe (Getriebe von "treiben" bzw. Vergangenheitsform "getrieben") wird mechanische Energie übertragen oder gewandelt. Ziel dabei ist es die verfügbare Energie des Motors an die Anforderung für die Anwendung der Maschine anzupassen. Grund dafür ist technisch und wirtschaftlich optimale Drehzahlbereich von Motoren. Dieser liegt meist höher, als die Anwendung es erfordert. Ob in Autos, LKW, Maschinen und vielen anderen Dingen begegnen uns Getriebe auch im Alltag immer wieder. Mit einigen Getrieben lässt sich nebst der Übertragung von Kräften auch eine Änderung der Bewegungsrichtung realisieren. Bei einem überwiegendem Anteil der Anwendungen ist die Antriebsdrehzahl höher als die Abtriebsdrehzahl. Das bedeutet, dass die Drehzahl verringert und das Drehmoment erhöht wird.

Definition

Ungleichmäßig übersetzendes Getriebe: Nockenwelle

Ein Getriebe ist einzuordnen als Maschinenelement, welches sich wiederum als Bauteil beschreibt, das in gleicher oder zumindest ähnlicher Form in technischen Gebilden enthalten ist. Zu den Getrieben werden solche Maschinenelemente gezählt, welche Bewegungsgrößen ändern. Darunter versteht man im Wesentlichen die drei Größen Drehmoment, Kraftrichtung und Gleichmäßigkeit.

Das Drehmoment wird dabei über das Verhältnis i = Z_getrieben : Z_treibend beschrieben. Im Klartext bedeutet das: getriebenes Element im Verhältnis zum treibendem Element, beispielsweise Zahnzahl bei Zahnrädern oder Umfang bei Riemenscheiben.

Die Kraftrichtung kann bei einigen Getrieben zum einen eine Bewegungsänderung bezüglich der Achsen bedeuten. Man spricht daher auch von achsversetzten Getrieben, wie zum Beispiel einem Stirnradgetriebe. Hier wird die Achse des Drehmomentes um 90° geändert. Zum anderen kann die Richtung der Bewegung geändert werden, wie bei einer Kurbelwelle samt Pleuel und Zylinder. Dabei wir eine translatorische Bewegung in eine Rotation gewandelt.

Bei der Änderung der Gleichmäßigkeit handelt es sich um eine nicht selten vergessene Art von Getrieben. Diese Wandeln eine gleichmäßige Bewegung in eine ungleichmäßige. Die Rückführung wäre theoretisch möglich, aber praktisch sehr aufwändig. Ein Beispiel für ein ungleichmäßig übersetzendes Getriebe ist die Nockenwelle eines Motors (siehe Video).

Einsatzgebiete

Ein großer Teil der Anwendungen von Getrieben wird mit Zahnradgetrieben realisiert. Diese stellen als Drehmoment- und Drehzahlwandler die optimale Lösung für die unterschiedlichsten Leistungen und Einbaubedingungen dar. Sie besitzen einen guten Wirkungsgrad und benötigen nur einen verhältnismäßig kleinen Bauraum. Trotzdem bieten sie eine große Betriebssicherheit und eine hohe Zuverlässigkeit. Von Zahnrädern mit 1 mm Größe in der Medizintechnik bis hin zu 30 m Außendurchmesser im Bergbau können wir sie heute in einer enormen Bandbreite produzieren. In Europa besitzt dabei allerdings immer noch die Kraftfahrzeugindustrie den größten Anteil an den hergestellten Getrieben. Dabei handelt es sich klassisch um Schaltgetriebe, welche in diesem Artikel allerdings nicht ausführlich behandelt werden sollen, da sie im Maschinenbau keine große Bedeutung spielen.

Arten

Getriebe lassen sich grundlegend in drei Arten einteilen: Mechanische Getriebe, Strömungsgetriebe und elekrtische Getriebe, wobei letztes lediglich bedingt ein Gertiebe darstellt. Im Folgenden werden die drei Arten näher beschrieben:

Mechanisch

Als mechanische Getriebe werden solche bezeichnet, bei denen ausschließlich feste Bauteile zur Übertragung der Kräfte zum Einsatz kommt. Der deutsche Ingenieur Franz Reuleaux hat mechanische Getriebe mit der folgenden Systematik eingeteilt:

• Rädergetriebe
• Kurbelgetriebe
• Kurvengetriebe
• Rollengetriebe, auch Zugmittelgetriebe genannt
• Schraubengetriebe
• Sperrgetriebe

Die größte Rolle für die Industrie spielen dabei Rädergetriebe (Zahnrad) und Rollengetriebe (Keil- oder Zahnriemen).

Andere Möglichkeiten mechanische Getriebe einzuteilen sind:

• Kraftübertragung
  • kraftschlüssig
  • formschlüssig
• Gleichmäßigkeit
  • gleichmäßig
  • ungleichmäßig

Hydraulisch

Hydraulische Getriebe werden auch fachlich als Strömungsgetriebe genannt. Sie übertragen mechanische Energie über Fluide. Meist Nach dem Wirkungsprinzip lassen sie sich unterteilen in:

• Hydrostatische Getriebe

- Hydrostatische Strömungsgetriebe arbeiten mit niedrigen Drücken und hohen Durchflussmengen. Sie besitzen eine kompakte Bauform. Zur Kraftübertragung treibt eine Hydraulikpumpe dabei einen Hydraulikmotor an. Eingesetzt werden sie dort, wo der Kraftfluss nicht unterbrochen werden darf, wie es bei Schaltgetrieben der Fall ist. Beispiele für den Einsatz sind Bau- und Landmaschinen.

• Hydrodynamische Getriebe

- Hydrodynamische Getriebe hingegen arbeiten mit hohen Drücken und niedrigen Durchflussmengen. Diese Getriebe werden meist als Kupplungen verwendet, entweder als Strömungskupplung oder als so genannter hydrodynamischer Drehmomentwandler.

Elektrisch

Elektrische Getriebe sind lediglich bedingt als solche einzustufen. Sie erfüllen zwar dessen Aufgabe, stimmen allerdings nicht ganz mit ihrer Definition überein. Bei einem elektrischem Getriebe handelt es sich um einen verstellbaren E-Motor. Mit Frequenzumrichtern lassen sich die Umdrehungen/min und damit das Drehmoment einstellen.

Weiterführende Suche

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Literatur und Quellen

• Antriebslösungen - Mechatronik für Produktion und Logistik, Edwin Kiel, 2007, Springer Verlag, ISBN 978-3-540-73425-3