Wellen, Getriebe, Riemen: Grundlagen der Kraftübertragung

Grundlagen der mechanischen Kraftübertragung

• Welle (Achse)

  Ein Element, das Kraft oder Energie übertragen kann und somit ein zentrales Element in der mechanischen Übertragung darstellt.

• Welle (Shaft)

  Ein zylindrisches Maschinenteil, das verschiedene rotierende Teile stützt, aber selbst keine Leistung überträgt.

Kupplungen und Getriebesysteme

• Starre Kupplung (Starre Montage)

  Verbindet Wellen entlang derselben geometrischen Achse. Diese Verbindung erleidet während der Rotation keine Veränderung der Lage (oft realisiert durch Flansche oder starre Gehäuse).

• Bewegliche Kupplung (Kopplung Mobil)

  Ermöglicht eine gewisse Neigung der geometrischen Achsen zwischen den verbundenen Wellen. Die Wellen können somit zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Betriebs leicht versetzt sein.

• Zahnradzug (Gear Train)

  Eine Anordnung von korrelierten Paaren von Zahnrädern.

• Getriebekette (Antriebsstrang)

  Besteht aus zwei oder mehr Paaren von Zahnrädern, die ineinandergreifen. Ziel ist es, die Anzahl der Umdrehungen (Drehzahl) der letzten Achse zu ändern.

• Gelenke

  Punkte, an denen Bewegung übertragen wird und an denen Kräfte erforderlich sind. Die übertragenen Kräfte können entgegengesetzt, gleich oder in eine andere Richtung wirken.

Übertragung durch Seile, Ketten und Riemen

Diese mechanischen Elemente wurden bereits von den Griechen verwendet (z. B. die einfache und die zusammengesetzte Rolle).

• Kettengetriebe

  Ideal für staubige Umgebungen, da sie eine hohe Haltbarkeit der Übertragung gewährleisten. Nachteile: Sie sind tendenziell laut und müssen regelmäßig geschmiert werden.

• Zahnriemengetriebe

  Sehr leise und erfordert keine Schmierung. Nachteil: Der Riemen unterliegt einer regelmäßigen Abnutzung und muss in bestimmten Intervallen ausgetauscht werden.

Reibrad- und Zahnradgetriebe

• Reibradgetriebe

  Überträgt Bewegung zwischen zwei Rädern durch die Kraft der Reibung.

• Außenverzahnung

  Gebildet durch zwei Zahnräder, die sich am Umfang berühren. Der Druck bewirkt, dass das Antriebsrad (Ritzel) das angetriebene Rad in die entgegengesetzte Richtung dreht.

• Innenverzahnung

  Hier drehen sich das innere und das äußere Rad in die gleiche Richtung.

• Kegelradgetriebe

  Charakterisiert durch die Übertragung von Bewegung zwischen Wellen, deren Achsen sich schneiden. Die Zahnräder sind in Form eines Kegelstumpfes gefertigt.

Übertragung durch Riemen und Riemenscheiben

• Riemenscheiben

  Räder, die in der Riemenübertragung verwendet werden.

• Riemen

  Ein flexibles Band oder eine Schnur, die zur Übertragung des Drehmoments von einer Riemenscheibe zur anderen dient.

• Keilriemen

  Wird verwendet, wenn höhere Reibung und die Übertragung größerer Kräfte erforderlich sind. Das System umfasst mindestens zwei Rollen und einen Keilriemen.

Zahnradgetriebe und Achsanordnungen

Zahnradgetriebe werden verwendet, wenn große Kräfte übertragen werden müssen oder wenn ein konstantes Übersetzungsverhältnis gewünscht wird. Sie bestehen aus zwei Rädern, in die eine Reihe von Zähnen geschnitten wurde. Sie können Bewegung zwischen parallelen, senkrechten und sich schneidenden Achsen übertragen.

Übertragung zwischen parallelen Achsen

Die Zähne der Räder können gerade, schräg oder in V-Form (Pfeilverzahnung) ausgeführt sein.

• Gerade Zähne (Stirnräder)

  Sind leicht herzustellen. Nachteil: Sie sind sehr laut und erzeugen Vibrationen, besonders bei hohen Drehzahlen und großer Kraftübertragung.

• Schrägverzahnte Zahnräder

  Die Zähne sind zur Achse geneigt. Es greifen mehrere Zähne gleichzeitig ineinander, was die Bruchwahrscheinlichkeit reduziert und zu weniger Lärm und Vibrationen führt.

• Pfeilverzahnung (Zähne in V)

  Um axiale Kräfte zu kompensieren, werden zwei schrägverzahnte Zahnräder verwendet, deren Zähne einen ergänzenden Winkel bilden und zusammen in einer V-Form verbunden sind.

• Epizykloidgetriebe

  Wird unter anderem in einigen Wasserkraftanlagen verwendet, um die Drehzahl des Generators zu erhöhen und zu regulieren.

Übertragung zwischen sich kreuzenden senkrechten Achsen

Hier werden zwei Haupttypen verwendet: gerade verzahnte Kegelräder und Kegelstirnradgetriebe.

Übertragung zwischen sich kreuzenden Achsen

Drei Lösungen werden verwendet: Schneckengetriebe, Hypoidgetriebe und Kronenradgetriebe.