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Getriebe

Getriebe

Getriebe sind allgemein gesehen gelenkige Verbindungen von Teilen, die zum Übertragen und Umwandeln von Kräften, oder zum Führen von Teilen auf einer Bahn dienen. Es werden also nahezu sämtliche Mechanismen als Getriebe bezeichnet. Umgangssprachlich nennt man jedoch oft nur mechanische Vorrichtungen zum Übertragen und Wandeln von Drehbewegungen Getriebe. Der bekannteste Vertreter ist das Fahrzeuggetriebe. Für andere Bauarten wird meist der Begriff Mechanismus benutzt. (in Anlehnung an VDI 2127): Getriebe dienen zur Übertragung und Umformung (Übersetzung) von Bewegungen, Energie und/oder Kräften.
Sie bestehen aus mindestens drei Gliedern, von denen eines das Gestell bildet.

Getriebe mit gleichmäßiger Übersetzung (für Drehbewegung)

Der Einsatz dieser Form von Getrieben erfolgt hauptsächlich
- zur Wandlung der Drehzahl
- zur Wandlung des Drehmoments Das Getriebe wird meist zwischen dem Antriebsaggregat (Motor) und dem zu treibenden Maschinenteil mittels Kupplungen eingebunden. Man kann die Getriebe nach verschiedenen Kriterien unterteilen:

Nach Bauart:

#feste Getriebe - Drehzahlverhältnis und Drehmomentwandlung sind nicht veränderbar #Verstellgetriebe können in gestufte und stufenlose Getriebe unterteilt werden. ##Schaltgetriebe - Drehzahl und Drehmoment können abgestuft geschaltet werden. Die Funktion kann auch in einer Drehrichtungsumkehr in Form eines Rückwärtsganges liegen. (typ. Verwendung in Kraftfahrzeugen.) ##Automatisches Getriebe - siehe Fahrzeuggetriebe ##Leistungsteilungsgetriebe, beispielsweise Differentialgetriebe ##Wälzkörpergetriebe ##Zugmittelgetriebe (Kettengetriebe, Riemengetriebe, Schubgliederband, CVT)

nach der Art der Kraftübertragung

mechanische Getriebe

formschlüssige Getriebe

# Getriebe mit Zahnrädern ##Stirnradgetriebe - Eingangs- und Ausgangswelle sind parallel. ##Planetengetriebe - An- und Abtriebswelle sind koaxial. Um das Innenrad kreisen Planetenräder, die ihrerseits wieder in ein Außenrad eingreifen. Sonderfom der Stirnradgetriebe. (zum Beispiel in der Nabenschaltung von Fahrrädern) ##Kegelradgetriebe An- und Abtriebswelle sind nicht parallel (meist 90°) angeordnet. Die äußere Form der Zahnräder (Hüllkurve) enstpricht Kegeln, deren Mittelachsen sich schneiden. ## Kronenradgetriebe - Verwendung und Bauform wie Kegelradgetriebe, allerdings ist das Ritzel als Stirnrad ausgeführt und das Gegenrad hat die Form einer Krone mit der Verzahnung an der Radseite. Daher nennt man es Kronenrad. ##Schraubenradgetriebe: Die Wellenachsen sind windschief, haben also keinen Schnittpunkt. ##Ausgleichsgetriebe (auch Differentialgetriebe) ist ein Spezialgetriebe und wird vor allem im Kraftfahrzeugbau eingesetzt. ##Schieberadgetriebe - Bei Schieberadgetrieben werden die verschiedenen Übersetztungsstufen durch axiales Verschieben eines Räderblockes auf einer Getriebewelle hergestellt. ##Harmonic Drive Getriebe - es stellt aus Sicht der reinen Zahnradgetriebelehre eine Pervertierung dar. Beim Harmonic Drive-Getriebe wird das Antriebsrad, das sich im Inneren des Abtriebs befindet, durch einen elliptischen Kurvenkörper permanent durchgeknetet. Das Untersetzungsverhältnis von HD-Getrieben ist systembedingt extrem hoch. Darum wird es in sehr vielen Geräten und Maschinen eingesetzt, in denen es darum geht, in wenig Raum mit wenig Masse aus einer sehr schnellen eine sehr kräftige (langsame) Rotation zu machen. Ein Beispiel: Roboterantriebe. # Schneckengetriebe # Kettengetriebe (siehe auch Antriebskette und Kettenarten) # Zahnriementrieb

kraftschlüssige Getriebe

# Reibradgetriebe siehe auch Reibrad # Riemengetriebe # Wälzkörpergetriebe # Rollringgetriebe # Cyclo Drive Getriebe

hydraulische Getriebe

Bei hydraulischen Getrieben (siehe Strömungsgetriebe) sind An- und Abtriebsseite nicht mechanisch miteinander verbunden (kraftschlüssiges Getriebe). Die Antriebsseite setzt eine Flüssigkeit im Inneren in Bewegung, die die Abtriebsseite antreibt. Es wird zwischen hydrostatischen und hydrodynamischen Getrieben unterschieden.

pneumatische Getriebe

Pneumatische Getriebe sind nicht bekannt, jedoch werden Pneumatik-Motoren (linear oder drehend) häufig als Antrieb für Getriebe und Mechanismen verwendet. Man könnte die Turbinenantriebe von Zahnarztbohrern als pneumatische Getriebe bezeichnen: ein niedrig drehender Kompressor komprimiert Luft, im Handstück des Zahnarztes hingegen setzt diese Luft eine hochdrehende winzige Turbinenwelle in Bewegung.

elektrische Getriebe

Der Begriff elektrisches Getriebe wird eigentlich im übertragenen Sinn für eine elektronische Schaltung, die ebenso zur Drehzahl- oder Drehmomentänderung führt, verwendet. Allerdings werden dabei bereits die Motoren selbst gesteuert. Verwendet wird dazu beispielsweise ein Frequenzumrichter. Es gibt jedoch auch fest verdrahtete Kombinationen von Synchrongenerator und Synchronmotor. Diese erreichen insbesondere bei hohen Untersetzungen bessere Wirkungsgrade als mehrstufige mechanische Getriebe. Man kann zwei Arten elektrischer Getriebe kennzeichnen, nach Art ihres äußeren Energie-Umsatzes: # mechanisch - elektrisch - mechanisch: siehe oben, die Kombination elektrisch verbundener Generator - Elektromotor. Es wird also mechanische Energie aufgenommen am Generator, elektrische Energie für den Motor erzeugt und wieder mechanische Energie am Motor abgegeben. # elektrisch - mechanisch - elektrisch: elektrische Energie wird an einem Elektro-Motor aufgenommen und in mechanische Energie an einen mechanisch direkt gekuppelten Generator weitergegeben; der wiederum gibt elektrische Energie in gewandelter Form ab. Ein altes, heute nicht mehr genutztes Aggregat hierfür ist der Leonhard-Satz zur Frequenzwandlung.

nach Bauform

offene Bauform

Offene Bauform bedeutet, dass die Elemente des Getriebes frei zugänglich sind. Häufig werden sie jedoch aus sicherheitstechnischen Gründen verkleidet.
Beispiele: Riemengetriebe (früher auch Transmission genannt)

geschlossene Gehäuse

Bei geschlossenen Getrieben kann eine permanente Schmierung erfolgen. Beispiele: Kraftfahrzeuggetriebe, Differentialgetriebe

Getriebe mit einer ungleichmäßigen Übersetzung

Zur Berücksichtigung der Positionsabhängigkeit der Übersetzung von der jeweiligen Position des Antriebes benutzt man die Übertragungsfunktion. Diese zeichnet die Position des Abtriebes über der Position des Antriebes auf.

Kurvengetriebe

Differentialgetriebe Als Kurvengetriebe werden Mechanismen bezeichnet, bei denen die Form einer bewegten Kurve von einem Abtaster abgegriffen und an andere Getriebelemente (rotatorische oder translatorische) weitergeleitet wird. die Abtastung erfolgt meist einseitig, das heißt, der Abtaster läuft auf der Kurve, an die er gedrückt wird, aber bei zu großen abhebenden Kräften kann er auch von der Kurve abheben. Um das zu vermeiden, wurden verschiedene Lösungen zur Zwangsführung der Abtaster entwickelt. Kurvenkörper können ihre Kurve durch Rotation oder Längsverschiebung auf den Abtaster übertragen. Oft werden Kurvenkörper eingesetzt, die nur als Kreissegment ausgebildet sind und zum Zweck der Abtastung darum hin und her schwingen, entsprechend der Hin- und Herbewegung ebener Kurvenkörper. Kurvengetriebe werden sehr häufig in der Automation eingesetzt, um Schalter zu bedienen, oder um komplizierte Bewegungsabläufe auszuführen. Am geläufigsten ist der Einsatz in Verbrennungsmotoren, wo Kurvengetriebe (Nockenwelle) das Öffnen und Schliessen der Ventile steuern. Von dort ist auch das Problem des Abhebens des Abtasters bekannt (Ventilflattern). Die Synthese von Kurvengetrieben geht meistens einher mit der Synthese von Koppelgetrieben, die üblicherweise die abgetasteten Bewegungen weiterleiten und umformen. Es gibt spezielle Kurvenformen zur Optimierung des Abtastverhaltens:
- Geschwindigkeitsoptimal
- Beschleunigungsoptimal
- Kraftoptimal
- Geräuschminimierend u.a. Dazu werden im allgemeinen entsprechend geneigte Sinoiden verwendet.

Koppelgetriebe

Sinoiden siehe Hauptartikel: Koppelgetriebe

Kurbeltrieb

In die Gruppe der Koppelgetriebe gehört u.a. auch der Kurbeltrieb. Es setzt eine rotatorische (drehende) Bewegung in eine translatorische (geradlinige) Bewegung um oder umgekehrt. Anwendung findet er beispielsweise an Dampfmaschinen oder im Kolbenmotor. (siehe auch Kurbelwelle)

Schrittgetriebe

Schrittgetriebe setzen eine kontinuierliche Drehbewegung in eine intermittierende Drehwegung um. Zwischen den einzelnen Schritten erfolgt eine Pause, bis der nächste Schritt beginnt. Schrittgetriebe sind keine spezielle Getriebeart, die einen allgemeinen Aufbau besitzen. Schrittgetriebe können mit fast jeder Getriebeart realisiert werden. Schrittgetriebe werden verwendet, um kontinuierliche Bewegungen in schrittweise Bewegungen mit momentaner oder zeitlicher Rast sowie auch mit Pilgerschritt (kurze Rückwärtsbewegung) umzuformen. Schrittgetriebe können u.a. durch Rädergetriebe, Räderkoppelgetriebe oder Koppelgetriebe, aber auch durch Kurvengetriebe und Getriebesonderbauformen realisiert werden. Die bekannteste Sonderbauform von Schrittantrieben ist das Maltesergetriebe, bei dem das bestimmende Getriebeteil (je nach Ausprägung) die Form eines Malteserkreuzes annehmen kann. Malteser oder auch Malteserkreuzgetriebe, wurden beispielsweise in Filmprojektoren und -kameras eingesetzt, um die schrittweise Bewegung des Filmmaterials auszuführen, sind darüber hinaus aber keineswegs verbreitet. Malteserkreuzgetriebe vereinen eine Vielzahl technischer Nachteile, weshalb sie nur eingesetzt werden, wenn es neben konstruktiven auch andere Gründe gibt. Die beiden wichtigsten (bei weitem nicht die einzigen) Nachteile sind, dass sie die Position des Abtriebes nicht genau fixieren können, weil die bestimmenden Getriebeteile gegeneinander reiben und darum Spiel brauchen, und dass die Beschleunigungsphasen nicht optimal sind.

Ordnung nach Hauptbestandteilen

- Zahnradgetriebe
- Schraubengetriebe
- Reibradgetriebe
- Zugmittelgetriebe (Riemengetriebe und Kettengetriebe)
- Druckmittelgetriebe (Hydraulikgetriebe und Pneumatikgetriebe)
- Koppelgetriebe
- Keilschubgetriebe

Begriffsdefinitionen

- Die Abtriebswelle führt die Leistung aus dem Getriebe heraus.
- Bei der Antriebsdrehzahl unterscheidet man zwischen der Drehzahl im Fall der belasteten und der unbelasteten Antriebswelle.
- Für die Abtriebsdrehzahl gilt das gleiche wie bei der Antriebsdrehzahl.
- Die Übersetzung i ist bei Getrieben das Verhältnis zwischen Antriebsdrehzahl und Abtriebsdrehzahl. Auch hier unterscheidet man zwischen belastetem und unbelastetem Getriebe.
- Die Nennleistung ist die auf der An- oder Abtriebswelle bezogene Leistung, auf die das Getriebe ausgelegt ist. Betriebsfaktoren werden dabei nicht berücksichtigt.
- Die Betriebsfaktoren K oder

C_B

sind Werte, die zur Berücksichtigung von Stößen, Anfahrhäufigkeiten, Staub, Betriebsdauerintervallen, Temperatureinflüssen usw. dienen.
- Multipliziert man die Nennleistung mit den Betriebsfaktoren, so erhält man die Bemessungsleistung.
- Der Wirkungsgrad

\eta

eines Getriebes ergibt sich aus dem Verhältnis der Abtriebsleistung zur Antriebsleistung.
- Der Stellbereich R oder

S_V

ist das Verhältnis der maximalen zur minimalen Übersetzung.

Redewendung "Sand im Getriebe"

Wirkungsgrad Auf Grund der Funktion eines Getriebes gibt es den umgangssprachlichen Ausdruck Sand im Getriebe, wenn etwas schleppend oder nur gestört funktioniert. Sand im Getriebe sorgt für erhöhten Verschleiß. Die Sandkörner können ein Getriebe auch blockieren oder unrunden Lauf verursachen. Ihren Ursprung mag die Redewendung im Rennsport sowie bei anderen Wettbewerben haben, wie sie beispielsweise bei Ausschreibungen erfolgen. Dabei soll es mitunter vorkommen, dass tatsächlich Sand nebst anderen Sabotagemaßnahmen in Getriebe und Motoren eingebracht wird, um damit den Konkurrenten Nachteile zu verschaffen.

Siehe auch

- Direktschaltgetriebe (DSG)
- Themenliste Fahrzeugtechnik
- Kreisschubgetriebe
- Flaschenzug
- Hebel

Weblinks

- [http://archiv.tu-chemnitz.de/pub/2002/0032/data/diss_joma_druck.pdf Dissertation] als Beispiel für die enge Verwandtschaft von Kurven- und Koppelgetrieben. Kategorie:Getriebelehre Kategorie:Maschinenelement

Fahrzeuggetriebe

Ein Fahrzeuggetriebe ist das Getriebe im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, das die Motordrehzahl auf die Antriebsdrehzahl übersetzt. Es wird meist als Wechselgetriebe ausgeführt und ist bei Kraftfahrzeugen notwendig, um das relativ schmale sinnvoll nutzbare Drehzahlband des Verbrennungsmotors allen Geschwindigkeitsbereichen zur Verfügung zu stellen.

Schaltgetriebe

Dieses Getriebe ist zumeist ein Schaltgetriebe (oder Wechselgetriebe): mehrere Zahnradsätze erlauben unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse. Weiter ist ein Rückwärtsgang für die Drehrichtungsumkehr erforderlich. Ein Verbrennungsmotor hat (bis auf wenige Ausnahmen) immer nur eine vorgegebene Drehrichtung, ein Fahrzeug muss jedoch gelegentlich auch rückwärts fahren. Die auch heute noch am häufigsten anzutreffende Getriebeart erfordert zum Wechseln der Übersetzungen eine Unterbrechung des Kraftflusses: die Kupplung ermöglicht dies. Es wird (vom Fahrer) ausgekuppelt, dann der neue Gang eingelegt und wieder eingekuppelt.

Automatische Schaltgetriebe

Ein automatisches Schaltgetriebe, von einigen Firmen auch automatisiertes Schaltgetriebe genannt, ist ein Schaltgetriebe, bei dem nicht der Fahrer die Kupplung und Schaltung des Getriebes betätigt, sondern eine elektronische Steuereinheit. Diese Mischform aus konventionellem und automatischem Getriebe bietet häufig auch die Möglichkeit, zwischen beiden Varianten zu wählen. So kann man den Wählhebel der Schaltung in einen voll automatischen Modus legen, oder durch Antippen des Hebels nach vorne oder nach hinten den nächsthöheren oder niederen Gang einlegen. Ein Vorteil dieser Getriebeart ist die Vereinigung des geringeren Benzinverbrauchs einer herkömmlichen Schaltung mit der Bequemlichkeit einer automatischen Schaltung, wobei oftmals zusätzlich noch die volle Freiheit der Gangwahl erhalten bleibt. Eine Sonderform ist das Direktschaltgetriebe. Die Kupplung wird hydraulisch betätigt. Diese Variante gibt es unter anderem im VW Lupo 3L ,im MCC Smart, im Opel Corsa oder Astra als Easytronic oder in diversen Ford Modellen als Durashift. Bei Mercedes-Benz heißt sie Sprintshift, bei Renault Quickshift, bei Fiat und Alfa Romeo Selespeed und bei BMW SMG.

Automatikgetriebe

BMW Mittlerweile sind auch Automatikgetriebe weit verbreitet, die ein Kupplungspedal im Fahrzeug überflüssig machen. Dennoch aber ist eine Kupplung (oder mehrere) im Kraftfluss enthalten, zumeist in Form eines Drehmomentwandlers. Ein Automatikgetriebe wechselt nach einer vom Konstrukteur vorgegebenen Logik die Gänge selbsttätig, der Fahrer muß nicht eingreifen. Die Steuerung des Getriebes erfolgt hydraulisch oder zunehmend bereits elektronisch. Die Gangwechsel erfolgen einigermaßen weich, da kein 100%iger Kraftschluß im Drehmomentwandler vorliegt. Ein Automatikgetriebe ist häufig ein Planetengetriebe. Es gibt Getriebe mit zwei bis sieben Fahrstufen, die durch eine unterschiedliche Anzahl von Planetensätzen realisiert werden. Ein Teil der vom Motor abgegebenen Leistung wird in Form von Reibungswärme auf Grund von Schlupf an das Öl abgegeben, weshalb der Spritverbrauch im Vergleich zu einem mit Schaltgetriebe ausgestatteten und ansonsten gleichen Fahrzeug höher liegen kann. Moderne Automatikgetriebe bieten eine mechanische Wandlerüberbrückung schon ab der ersten Fahrstufe (Gang), um diesen Mehrverbrauch an Kraftstoff wieder teilweise auszugleichen. Durch den prinzipiellen konstruktiven Vorteil des ununterbrochenen Kraftflusses – das Automatikgetriebe überträgt auch während des Schaltvorgangs Kraft vom Antrieb zum Abtrieb – sowie die bei modernen Produkten sehr kurzen Schaltzeiten und optimierten Schaltpunkte ist es inzwischen eine Glaubensfrage, ob ein Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe wirtschaftlicher oder unwirtschaftlicher arbeitet als sein handgeschaltetes Pendant. Fest steht jedoch, daß der Anschaffungspreis für ein Automatikgetriebe in den meisten Fällen wesentlich höher liegt als derjenige für ein Schaltgetriebe. Viele Automatikgetriebe verfügen über eine Kick-down-Funktion. Über das bloße Vollgas hinaus wird dabei mittels Betätigung des Kickdownschalters am Anschlag des Gaspedals ein Signal an die Steuerung des Automatikgetriebes gesandt. Die Automatik schaltet in den niedrigst möglichen Gang zurück und schaltet, nachdem das Fahrzeug beschleunigt hat, erst bei der höchstmöglichen Drehzahl in den nächsthöheren Gang. Daher ist der Kick-down sehr belastend für den Motor.
Beim Rückschalten wird bei teureren Automatikgetrieben das Prinzip der Mehrfach-Rückschaltung genutzt: Der Schaltvorgang findet ggf. im Wege der Sprungschaltung statt, so dass Gangstufen – meist aber nur eine – übersprungen werden. Ein in modernen Fahrzeugen wählbares Schaltprogramm wird durch das Kick-down-Signal meist überlagert. Sinnvoll ist die Anwendung des Kick-downs vor allem bei Überholvorgängen.

Halbautomatische Getriebe

Eine Sonderform der Schaltgetriebe sind halbautomatische Getriebe, bei denen man nicht kuppeln muss, aber selbst schaltet. Prinzipiell sind sie mechanische Getriebe mit Drehmomentwandler anstelle einer mechanisch betätigten Einscheibenkupplung. Beispiele sind der im VW Käfer und Karmann Ghia verbaute Saxomat oder die im Citroën CX erhältliche C-Matic. Seit den frühen 90er Jahren gibt es auch Halbautomatikgetriebe mit automatischen Kupplungen. Diese z.B. von Mercedes-Benz und Saab verbauten Getriebe werden vom Fahrer per Hand geschaltet, eine elektronisch gesteuerte Hydraulik übernimmt aber die Betätigung der ansonsten normalen Einscheibenkupplung. Der Vorteil dieser Getriebebauart ist der fehlende Schlupf.

Stufenlose Getriebe

Eine noch sehr selten verwendete Bauart mit hohem Wirtschaftlichkeitspotential stellt das Getriebe mit stufenlos variabler Untersetzung dar. Dieses Getriebe fand eine erste Massenanwendung in den 1960er Jahren in niederländischen DAF-Automobilen. Im wesentlichen wird die Kraft im stufenlosen Getriebe per Keilriemen zwischen Keilscheiben mit variablem Abstand übertragen (siehe Continuously variable transmission, CVT). Dieses Prinzip (Van Doorne) wurde inzwischen mit Metallgliederketten für weitaus höhere Drehmomenten weiterentwickelt. Audi kam um 2000 mit der neuen Getriebebauart (multitronic) erstmals für leistungsstarke PKW auf den Markt. Der Vorteil stufenloser Getriebe liegt darin, dass der Entwickler über weite Bereiche die Motordrehzahl optimal für den vorliegenden Lastfall wählen kann, dies macht sich in niedrigerem Kraftstoffverbrauch bemerkbar. Der Nachteil kann in der Kundenakzeptanz liegen. So mancher Fahrer reagiert befremdet auf ein Fahrzeug, das beim Beschleunigen von Null auf 100 km/h stets mit der gleichen Motordrehzahl fährt ("Gummibandeffekt").

Hydraulische Getriebe

Motoren mit sehr hoher Drehmomentabgabe, die aufgrund des oben angesprochenen schmalen sinnvoll nutzbaren Drehzahlbands ein Getriebe benötigen, sind z. B. in Diesellokomotiven (nicht jedoch dieselelektrischen Lokomotiven) zu finden. Da ausreichend dimensionierte mechanische Getriebe unverhältnismäßig große Bauformen aufweisen müßten, weicht man z. B. bei der Baureihe 218 der ehemaligen Deutschen Bundesbahn auf hydraulische Kraftübertragung aus.

Weitere Getriebe in Kraftfahrzeugen

Auch an anderen Stellen außerhalb des Antriebsstrangs finden sich Getriebe: die Scheibenwischer werden von einem Elektromotor über Getriebe bewegt. Gleiches gilt auch bei elektrischen Fensterhebern. Auch die Sitzverstellung mittels Drehrädern zur Lehnenneigungseinstellung geschieht über Getriebe. Nicht ignoriert werden soll auch der erweiterte Begriff des Maschinenbaus zu Getrieben: die Vorrichtungen für jegliche kinematisch gekoppelte Wandlung oder Umsetzung von Bewegungen werden "Getriebe" in einem allgemeinen Sinn genannt. Das normalerweise als Getriebe bekannte Rädergetriebe ist lediglich eine Unter- oder Sonderform des allgemeinen Getriebes. Somit sind beispielsweise auch Öffnungsmechanismen von Türen und Hauben oder die Übertragung einer Pedalbewegung auf ein Fahrzeugaggregat im maschinenbaulich-kinematischen Sinn ein Fahrzeuggetriebe: die Schwenkbewegung des Pedals wird über eine Druckstange z. B. in eine lineare Bewegung oder eine Drehbewegung umgesetzt. Der flüssigkeitsgebundene Weg der Kraftübertragung zwischen Bremspedal und Radbremszylindern stellt ferner ein hydraulisches Getriebe dar.

Siehe auch

- Getriebe Hauptartikel zur Einteilung der Bauformen
- Lenkgetriebe
- Differentialgetriebe

Weblinks

- [http://www.kfztech.de/kfztechnik/triebwerk.htm www.kfztech.de/kfztechnik/triebwerk.htm] Getriebebeschreibungen bei Kfz-Technik Kategorie:Kraftfahrzeugtechnik Kategorie:Getriebelehre www.automatik.info

Mechanismus

Ein Mechanismus (m; pl. Mechanismen) ist ein technischer Komplex von Bauelementen, bei dem die Bewegung eines Elements zwangsläufig die Bewegung anderer Elemente bewirkt.

Technik

Mechanismen sind eine Form von Getrieben. Mehr oder weniger komplexe Mechanismen kommen in praktisch allen Ingenieurswissenschaften und technischen Disziplinen vor, insbesondere aber in der klassischen Mechanik. Zu den schönsten und kompliziertesten Mechanismen gehört die Große Komplikation in mechanisch-automatischen Uhrwerken.

Philosophie

In der Philosophie bzw. Naturphilosophie ist der Mechanismus (eigentlich Mechanizismus) eine Weltanschauung, die im Gegensatz zum Vitalismus den belebten Organismus als Maschine auffasst. Dieser Ansicht nach reiche das physikalisch-chemische Erklärungsmodell aus, um die komplexen Vorgänge des Lebens zu beschreiben. Mit der Begründung der neuzeitlichen Wissenschaft durch William Harvey erlebte diese Denkrichtung eine bis heute anhaltende Wirksamkeit. Einer der bedeutendsten Vertreter des Mechanizismus ist René Descartes. In der Wissenschaftstheorie wird neuerdings jedoch wieder der Begriff Mechanismus verwendet, um über die deduktiv-nomologischen Erklärungsansätze etwa der Physik hinaus auch den Erklärungsbegriff bei biologischen Vorgängen beschreiben zu können. Kategorie:Getriebelehre

Übersetzung (Technik)

Als Übersetzung (auch Übersetzungsverhältnis) wird in der Technik das Verhältnis zwischen einer Ein- und Ausgangsgröße bezeichnet. Grundlage ist immer das Hebelgesetz Kraft x Kraftarm = Last x Lastarm. Die Wirkung findet man schon in einfachen Anwendungen, wie einer Kinderwippe, wo die schwerere Person näher dem Drehpunkt sitzen muss, damit sich die Schaukel auch bewegt. Dasselbe gilt für Getriebe. Hier bezieht sich die Übersetzung auf eine einzelne Rad/Scheiben-Paarung oder das gesamte Getriebe. Die Übersetzung kann über verschiedene Beziehungen berechnet werden:
- über die Durchmesser

i=\frac

- über die Drehzahlen

i=\frac

- über die ggf. vorhandenen Zähnezahlen

i=\frac

Ist die Übersetzung größer Eins, die Eingangsdrehzahl also höher als die Ausgangsdrehzahl, spricht man auch von einer Übersetzung ins Langsame, ugs. Untersetzung. Das vom Antrieb bereitgestellte Moment wird hier vergrößert. Im analogen Sinn wird der Begriff der Übersetzung bei Fahrrädern verwendet. Dort hängt es von der Zähnezahl von Kettenblatt und Ritzel ab, welche Übersetzung erreicht werden soll. Kategorie:Getriebelehre

Drehzahl

Als Drehzahl oder Umdrehungsfrequenz n oder Umlauffrequenz f bezeichnet man den Quotienten, gebildet aus der Anzahl der Umläufe oder Umdrehungen als Zähler und der dafür benötigten Zeitspanne t als Nenner. Die Drehzahl ist nicht von der Dimension 1 ("dimensionslos"), wie es die Endung -zahl vermuten läßt, sie ist also keine Zahl, sondern eine physikalische Größe mit der Dimension 1/Zeit. Der Kehrwert der Drehzahl ergibt die Dauer eines Umlaufs

T

T=\frac =\frac

Unter dem Drehwinkel

\varphi

versteht man das Produkt aus der Anzahl der Umläufe N in einer bestimmten Zeitspanne und dem Winkel eines Umlaufs (bei einem Umlauf

= 2 \pi

\varphi = 2 \pi N

Über die Definition der Winkelgeschwindigkeit

\omega = \frac

und den Werten für eine Umdrehung erhält man die Kreisfrequenz (Winkelfrequenz)

\omega

zu:

\omega =   =  = \frac

, mit der Einheit

[\omega ]=\frac= \mathrm

(Hertz).

Einheit

SI-Einheit:

[n]=[f]=\frac=\mathrm

(Hertz). Der spezielle Name Hertz für die reziproke Sekunde sollte vorzugsweise nicht für Drehzahlen benutzt werden. Aus anderen gesetzlichen Zeiteinheiten lassen sich weitere "gesetzliche Einheiten im Messwesen" für Drehzahlen bilden, zum Beispiel: 1 Hz = 1 /s = 60/(60 s) = 60/min = 3600/(60 min) = 3600/h = (24 x 3600)/(24 h) = 86400/d. Nicht normgerecht ist die weiterhin häufig verwendete Angabe von Drehzahlen in Umdrehungen pro Minute (U/min), weil "Umdrehung" oder "U" keine Einheit ist; im englischen Sprachgebrauch ist rpm oder r/min anzutreffen.

Beispiele

für Drehzahlen in der Einheit min^-1: Schallplatten für Sprachlehrgänge u. ä.: 16 LP-Schallplatten mit 25 cm oder 30 cm Durchmesser: etwa 33 Single-Schallplatte mit 17 cm Durchmesser: 45 Schellack-Schallplatten: 78 Automotoren bei Leerlauf: ca. 700 Disketten-Laufwerke, je nach Typ: bis ca. 800 Höchstdrehzahl eines Automotors: ca. 7000 Propellerkolbenmotoren (Modellflugzeug): 18 000 Rennmotor der Formel 1: bis zu 19 000 Gasturbinen: 100 000 Abgasturbolader für Verbrennungsmotoren: 200 000 turbinengetriebene Zahnarztbohrer: bis zu 5 000 000 Kategorie:Mechanik Kategorie:Technik ja:Rpm

Motor

Ein Motor (von lat. movēre, mōvī, mōtum: bewegen) ist eine Kraftmaschine, die zum Bewegen und Antreiben von mechanischen Geräten Verwendung findet. Er wandelt Energieformen wie thermische oder elektrische Energie in mechanische Energie bzw. Arbeit um. Die Kenndaten bzw. Spezifikation von Motoren sollten mindestens die Leistung (Eingangs- oder Ausgangsleistung) und den Wirkungsgrad beinhalten. Darüberhinaus sind die maximale Drehzahl und die Drehzahl für maximales Drehmoment geeignete Kenngrößen, beim Elektromotor außerdem noch Nennspannung und Nennstrom. Seit der Erfindung der Automobile werden aufgrund der hohen Energie-Speicherdichte der Kraftstoffe zumeist Verbrennungsmotoren eingesetzt, die fossile Brennstoffenergie in stetig wiederholten thermodynamischen Zyklen (Kreisprozessen) erst in Wärmeenergie und dann in mechanische Energie umwandeln. Hierbei wird unterschieden zwischen Hubkolbenmotoren (Otto- oder Dieselprozess) und Kreiskolbenmotoren (Wankelmotor). Heute übernehmen in den Automobilen eigene Motorsteuerungen die Regelung der Verbrennungsvorgänge. Für die Zukunft rechnet man mit einem Wechsel der Energiequelle mobiler Motoren, um vor allen Dingen die Emissionswerte weiter zu reduzieren. Voraussetzung hierfür sind wiederum praktikable Verhältnisse von mitführbaren Energie-Mengen und ihren gespeicherten Gewichten. Alternativen stellen hier zum Beispiel Elektromotoren, Hybridantriebe oder Wasserstoffantriebe dar. In allen Größen, von Spielzeugen bis Industrieanlagen, finden Elektromotoren für Gleichstrom und Wechselstrom Verwendung (elektrische Maschinen). Viele Elektromotoren - speziell solche mit Permanentmagneten - können auch als Generatoren arbeiten, wenn sie mechanisch angetrieben werden. Für Generatoren, Elektromotoren sowie Transformatoren im Kilo- und Mega-Watt-Bereich wird verstärkt an der Anwendungsreife von Supraleitern geforscht. Magnetschwebebahnen sind eine bekannte Anwendung der Linearmotoren.

Weitere Arten

- Dampfmaschine
- Elektromotor
- Zyklische Verbrennungskraftmaschine
- Ottomotor
- Dieselmotor
- Kreiskolbenmotor (Wankelmotor)
- Kugelkolbenmotor
- Glühkopfmotor
- Kontinuierliche Verbrennungskraftmaschine
- Raketentriebwerk
- Strahltriebwerk
- Staustrahltriebwerk
- Kolbenmaschine mit externer Verbrennung
- Stirlingmotor
- Vakuummotor
- Freikolbenmotor
- Druckluftmotor
- Hydraulikmotor
- Nanomotor
- Wasserkraftmaschine

Anwendung

Kraftfahrzeug, Schiffsmotor, Kategorie:Antriebsart !Motor siehe auch: Energie ja:モーター

Kupplung

Eine Kupplung ist ein Maschinenelement, das zum ständigen oder zeitweiligen Verbinden von gegeneinander verdrehbaren Teilen verwendet wird. Aufgabe ist die Übertragung von Drehbewegung und Drehmoment. Dabei liegen Drehachsen der zu verbindenen Teile (nahezu) in einer Flucht. Man unterscheidet grob in schaltbare und nicht schaltbare Kupplungen. Kupplungen dienen nicht zur Drehmomentwandlung, dies wird vom Getriebe übernommen. Kupplungen verbinden die antreibende und angetriebene Seite durch Kraftschluss, Formschluss oder Stoffschluss. Sie erlauben je nach Ausführung zusätzlich den Ausgleich von Längenänderungen, Winkelbeugungen, Querverlagerungen (Fluchtungsfehler) oder können auch der Schwingungsdämpfung im Triebstrang dienen.

Schaltbare Kupplungen

Schaltbare Kupplungen werden verwendet, wenn Antriebseite und angetriebene Seite voneinander getrennt werden müssen. Das kann je nach Anwendung im Stillstand oder während des Betriebes notwendig sein.

Im Stillstand schaltbar

- Klauenkupplung

Im Betrieb schaltbar

- Fliehkraftkupplung
- Lamellenkupplung
- Scheibenkupplung (In PKWs mit Schaltgetriebe werden zwischen Motor und Getriebe meist Einscheibentrockenkupplungen verwendet.)
- Sicherheitskupplung

Nicht schaltbare Kupplungen

Nicht schaltbare Kupplungen werden als Verbindungsmittel z. B. zwischen Motor und Getriebe bzw. Arbeitsmaschine verwendet. Sie übernehmen dabei auch ausgleichende Funktionen (siehe Definition oben).

Starre, nicht schaltbare Kupplungen

- formschlüssige Kupplungen, z. B. Bolzenkupplung, Klauenkupplung
- kraftschlüssige Kupplung
- stoffschlüssige Kupplung mit elastischen Elementen Starre Kupplungen werden für die Kraftübertragung zwischen zwei fluchtenden Wellen eingesetzt, die auch in axialer Richtung fest miteinander verbunden werden sollen. Sie können keine Wellenversetzungen aufnehmen.

Nachgiebige, nicht schaltbare Kupplungen

Nachgiebige Wellenkupplungen und deren Berechnung sind in DIN 740 genormt. Es wird unterscheiden in:
- formschlüssige Kupplungen, z. B. Schubelementkupplung, Scheibenkupplung, Metallbalgkupplung
- kraftschlüssige Kupplungen, z. B. Metallbalgkupplung siehe auch: Bogenzahnkupplung

Anwendungsbeispiele

- zum Schutz vor Überbelastungen, Beispiel: Rutschkupplung an Bohrmaschinen, Bolzenkupplung mit Scherstift als Sollbruchstelle
- Trennen oder Zuschalten von Antrieb und Getriebe bei bestimmter vorgegebener Drehzahl oder Drehrichtung z. B. Freilauf beim Fahrrad
- Trennen des Antriebs bei Erreichen eines zu hohen Drehmoments zum Schutz von nachfolgenden Maschinenelementen durch eine Sicherheitskupplung.

Weblinks

- [http://www.jakobantriebstechnik.de/allgemein/presse/Kupplungen_N45.pdf Kupplungsauswahl - Die Entscheidung muss im Einzelfall getroffen werden]
- [http://www.kupplungen.de/tutorials/kupp_history_de.pdf Die Kupplungen im Wandel der Zeit (Historie)]
- [http://www.luk.com/content/media/_companydb/products/library/downloads/luk_Kupplungskurs_PKW.pdf Geschichte und Funktionsweise von Kupplungen (pdf >4MiB)] Kategorie:Kupplung ja:クラッチ

Kraftfahrzeug

Als Kraftfahrzeug (Abk.: "Kfz", Schweizerisch: Motorfahrzeug) bezeichnet man jedes nicht an Gleise gebundene Landfahrzeug (Straßenfahrzeug), das sich mit Hilfe eines ein- oder angebauten Motors aus eigener Kraft fortbewegt. Kfz werden als Verkehrsmittel verwendet. Verkehrsmittel

Liste der Kraftfahrzeuge

Zu den Kraftfahrzeugen zählen u.a.:
- Motorräder in den straßenverkehrsrechtlichen Kategorien
- Kraftrad
- Kleinkrafträder
- Leichtkräfträder/Motorroller
- Motorfahrräder (Mofas) (auch Fahrräder mit Hilfsmotor und Elektroroller)
- Personenkraftwagen (Automobile)
- Motorisierte Rikscha
- Tuk-Tuk
- ATV/Quad
- Lastkraftwagen
- Kraftomnibusse (KOM) (auch Oberleitungs- und Spurbusse)
- Zugmaschinen
- Sonder-Kfz
- Abschleppwagen
- Amphibienfahrzeuge an Land
- Elektrokarren
- Fahrzeuge der Feuerwehr (z.B. Leiterwagen)
- Fahrzeugkrane
- Flurförderzeuge (Hubwagen, Gabelstapler usw.)
- Golfplatzfahrzeug
- Kettenfahrzeuge aller Art (z.B. Panzer, Pistenraupen, Schneemobile)
- motorbetriebene Rollstühle
- Sanitätskraftwagen (Sanka), Rettungswagen, Notarztwagen
- Schleppfahrzeuge für Flugzeuge
- selbstfahrende Arbeitsmaschinen (sfAM), sofern nicht schienengebunden
- Solarmobil
- Traktoren
- Wohnmobile
- Zweiwegefahrzeug

Internationale Klassifizierung

Für eine genauere Spezifikation wurden Kraftfahrzeuge nach einem internationalen Schlüssel eingeteilt:
- L
- L1 Einspurige Kleinmotorräder
- L2 Mehrspurige Motorräder
- L3 Motorräder
- L4 Motorräder mit Beiwagen
- L5 Motordreiräder
- M Kraftfahrzeuge für Personenbeförderung mit mindestens vier Rädern
- M1 Fahrzeuge mit maximal 8 Sitzplätzen (außer dem Fahrersitz)
- M2 Fahrzeuge mit mehr als 8 Sitzplätzen unter 5 Tonnen
- M3 Fahrzeuge mit mehr als 8 Sitzplätzen über 5 Tonnen
- N Kraftfahrzeuge für Güterbeförderung mit mindestens vier Rädern
- N1 Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht bis zu 3,5 t.
- N2 Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht bis zu 12 t.
- N3 Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 12 t.
- O Anhänger einschließlich Sattelanhänger
- O1 Anhänger bis 750 kg (leichte Anhänger)
- O2 Anhänger bis 3,5 t
- O3 Anhänger bis 10 t
- O4 Anhänger über 10 t

Technik

Das Kraftfahrzeug besteht aus einer Vielzahl von Teilen, die in Aggregaten und selbstständigen Baugruppen zusammengefasst sind. Das mittelbare und unmittelbare Zusammenspiel aller Teile gewährleistet die ordnungsgemäße Funktion des Automobils. Zu den Hauptbaugruppen zählen:
- Motor
- Kraftübertragung
- Fahrwerk
- Karosserie oder auch Aufbau genannt
- Fahrzeugelektrik/ -elektronik

Motor

Motoren sind Maschinen, die durch Energieumwandlung mechanische Antriebskraft erzeugen. Im Automobilbau werden momentan vorrangig Verbrennungsmotoren eingesetzt. Jedoch sind alternative Antriebskonzepte auf dem Vormarsch. Die Unterteilung der Verbrennungsmotoren erfolgt nach mehreren Gesichtspunkten:
- nach der Bauform
- Hubkolbenmotor
- Kreiskolbenmotor, (auch Wankel- oder Drehkolbenmotor genannt
- Gasturbine
- nach dem verwendeten Energieträger (Kraftstoff)
- Ottomotor (Benzinmotor)
- Dieselmotor
- Vielstoffmotor
- nach dem Wirkprinzip
- Zweitakt
- Viertakt Nachdem benzin- und dieselbetriebene Fahrzeuge lange Zeit die Automobiltechnik beherrschten, lassen gestiegenes Umwelbewusstsein und die Verteuerung, sowie absehbare Veringerung der Verfügbarkeit von mineralölbasierten Kraftstoffen auch alternative Antriebskonzepte wieder in das Blickfeld von Automobilentwicklern und -produzenten rücken. Alternative Antriebstechnik sind:
- der Elektroantrieb
- der Hybridantrieb
- der Einsatz von Biokraftstoffen

Kraftübertragung

Die Kraftübertragung beinhaltet alle Baugruppen die im Antriebsstrang zwischen dem Motor und den Antriebsrädern angeordnet sind. Hauptaufgaben der Kraftübertragung sind die Weiterleitung, Verteilung und Regelung des Drehmoments und der Drehzahl. Zur Kraftübertragung gehört:
- Kupplung
- Schaltgetriebe
- Verteilergetriebe
- Gelenkwelle oder Kette
- Ausgleichgetriebe

Fahrwerk

Als Fahrwerk versteht man alle Teile, die das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs bestimmen bzw. beeinflussen. Dazu zählen:
- Bremsanlage
- Federung und Dämpfung
- Lenkung
- Radaufhängung
- Räder und Bereifung Das Fahrwerk dient in seiner Gesamtheit dazu, das Kraftfahrzeug fahrbar zu machen. Neben der Möglichkeit die Fahrtrichtung zu ändern, muss das Fahrwerk auch auf unebenen Strecken den stetigem Kontakt zur Fahrbahn zu halten, um so Kräfte zu übertragen. Zur Zeit wird im PKW meist eine Einzelradaufhängung verwendet. Bei Geländewagen und LKW kommt nach wie vor auch die Starrachse zur Anwendung. Dort kommt vereinzelt auch noch die Blattfeder als Federelement zum Einsatz, während sonst Drehstab- und Schraubenfedern dominieren. Insbesondere beim LKW wird jedoch vermehrt auch die Luftfederung angewendet, die eine einfache Anpassung an die Beladung ermöglicht. Beim PKW ist die Luftfederung aus Kostengründen bislang der Oberklasse vorbehalten.

Karosserie

Als Karosserie bezeichnet man den Aufbau und die Verkleidung des Kraftfahrzeugs. Man unterscheidet drei verschiedene Bauformen:
- Rahmenbauweise
- selbsttragende Bauweise
- mittragende Bauweise Bei der Rahmenbauweise bilden Karosserie und Rahmen eine eigene Einheit und werden elastisch miteinander verbunden. Diese Bauweise wird vorrangig im LKW-Bau eingesetzt. Bei der selbsttragenden Bauweise übernimmt eine versteifte Bodengruppe die Funktion des Rahmens. Der gesamte Aufbau bildet eine Einheit. Diese Bauweise wird vorrangig im PKW-Bau eingesetzt. Bei der mittragenden Bauweise ist der Rahmen mit der Karosserie über Schweiß- oder Schraubverbindungen fest verbunden.

Fahrzeugelektrik/ -elektronik

Zur elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs gehören alle spannungführenden Bauteile. Das sind:
- Zündanlage
- Generator
- Fahrzeugbatterie
- Starter
- Bordnetz
- Beleuchtungseinrichtung
- sonstige elektrische Einrichtungen
- Fahrtrichtungsanzeiger
- Signalhörner
- Vorglühanlagen
- Anzeigeinstrumente und Kontrollleuchten
- Airbagsysteme
- Zentralverriegelung
- Wegfahrsperren
- Diebstahl-Warnanlagen
- Klimaanlage
- Komfortsysteme

Umweltschutz, Landschaftsschutz

Die Kraftfahrzeuge im Straßenverkehr sind der Hauptgrund für Straßen mit allen ihren Folgen (Landversiegelung, Abholzung etc.). Da es sich in der überwiegenden Mehrzahl um Fahrzeuge handelt, die mit Verbrennungsmotoren (genauer: mit der durch Verbrennungsmotoren erzeugten Kraft) angetrieben werden, ist das KFZ auch einer der Verursacher von Luftverschmutzung. Unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes lassen sich Energiesparautos von den üblichen Kraftfahrzeugen unterscheiden, siehe 3-Liter-Auto.

Fahrerlaubnis

Die Nutzung eines Kraftfahrzeugs auf öffentlichem Grund setzt in fast allen Ländern der Welt den Besitz einer Fahrerlaubnis voraus, die mit Auflagen und Beschränkungen versehen werden kann. Ein Führerschein dokumentiert diese Erlaubnis.

Besteuerung

Im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen werden einige Steuern erhoben. Neben dem Zweck der Geldbeschaffung setzen Staaten dieses Instrument auch zur Verminderung der durch Kraftfahrzeuge verursachten Umweltschäden ein. Neben der verbrauchsabhängigen Mineralölsteuer gibt es die zeitbezogene Kraftfahrzeugsteuer und (seltener, z. B. in Dänemark) eine Zulassungssteuer.

Sonstiges

Kraftfahrzeuge haben zumeist eine individuelle Fahrzeugidentifikationsnummer (FIN) und tragen ein amtliches Kfz-Kennzeichen oder ein Versicherungskennzeichen. Die Abkürzung Kfz taucht unter anderem in folgenden Wörtern auf: Kfz-Kennzeichen, Kfz-Teile, Kfz-Zubehör, Kfz-Werkstatt, Kfz-Schlüssel, Kfz-Schein, Kfz-Brief, Kfz-Zulassungsstelle

Siehe auch

Themenliste Fahrzeugtechnik, Automobil, Straßenverkehr, Kraftfahrzeugtechnik, Kraftverkehr, Verkehrsmittel

Weblinks

Kategorie:Fahrzeug Kategorie:Kraftfahrzeug

Fahrzeuggetriebe

Schaltgetriebe

Automatische Schaltgetriebe

Automatikgetriebe

Halbautomatische Getriebe

Stufenlose Getriebe

Hydraulische Getriebe

Weitere Getriebe in Kraftfahrzeugen

Siehe auch

- Getriebe Hauptartikel zur Einteilung der Bauformen
- Lenkgetriebe
- Differentialgetriebe

Weblinks

Wälzkörpergetriebe

Das Wälzkörpergetriebe ist eine kraftschlüssige Getriebebauform. Dabei rollen die Wälzkörper gegeneinander ab. Um die gewünschte Übersetzung zu erreichen werden die Abrollradien entsprechend variiert. Ein Ölfilm auf den Körpern verhindert einen direkten metallischen Kontakt zwischen ihnen. In diesem Ölfilm nehmen mit steigendem Moment die Scherkräfte und der Gradient der Scherkräfte zwischen treibendem und getriebenem Wälzkörper zu. Die Firma Nissan hat ein solches Getriebe unter dem Namen "Extroid-CVT" realisiert und in Fahrzeugen eingesetzt.
- Bild: http://www.histomobile.com/histomob/tech/2/90.htm Kategorie:Getriebelehre

Kettengetriebe

Kettengetriebe sind Zugmittelgetriebe. Sie übertragen Drehkräfte mit festem oder wechselbarem Übersetzungsverhältnis über eine Kette. Sie arbeiten in der Regel formschlüssig über Zahnräder, es gibt jedoch auch kraftschlüssige Bauformen. Eine Anordnung von An- und Abtriebsrad mit einer umlaufenden Kette wird als Kettentrieb bezeichnet. Kettengetriebe mit wechselbarer Übersetzung finden beispielsweise bei Fahrrädern mit Kettenschaltung Anwendung.

Formschlüssige Kettengetriebe

Kettenschaltung Formschlüssige Kettengetriebe sind die häufigste Ausführungsform. Als Antriebskette wird hauptsächlich die sogenannte Rollenkette, eine aus mehreren Gliedern zusammengesetzte, aus seitlichen Laschen genietete Kette mit runden Bolzen verwendet. Während bei kraftschlüssigen Bewegungsübertragungen (z. B. Riemen- oder Seiltrieb) immer ein gewisses Maß an Schlupf auftritt, bewegen sich beim Kettentrieb die Antriebs- und Abtriebswelle immer völlig synchron zueinander. In der Kfz-Technik wird daher die Nockenwelle, die stets in einem festen Winkelverhältnis zur Kurbelwelle stehen muß, meistens über eine Kette oder einen Zahnriemen angetrieben.

Vergleich form- und kraftschlüssige Getriebe

Weitere Vorteile gegenüber der kraftschlüssigen Kraftübertragung:
- Die Kette benötigt keine bestimmte Kontakt- bzw. Reibefläche zur Kraftübertragung wie z. B. ein Riemen, daher sind kleinere (Zahn-)Scheibendurchmesser möglich.
- Es ist keine Vorspannung nötig, was die Lager der Wellen entlastet.
- Es können wesentlich größere Kräfte übertragen werden.
- Da sich die Kette beim Umlauf nicht elastisch verformt sind wesentlich kleinere Umschlingungswinkel und Achsabstände möglich.
- Hohe Lebensdauer und damit Betriebssicherheit verglichen zu anderen Transmissionssystemen Nachteile gegenüber der kraftschlüssigen Kraftübertragung:
- Die Kette umschlingt die Zahnscheibe nicht rund sondern vieleckig, so daß das umlaufende Kettensegment kürzer ist als der beschriebene Kreisbogen. Das führt zu einer diskontinuierlichen Kraftübertragung - die getriebene Welle wird abwechselnd beschleunigt und gelöst, was zu hohen Trumkräften führen kann. Durch höhere Zähnezahlen läßt sich diese auch als Polygon-Effekt bezeichnete, longitudinale Oszillation verringern.
- Senkrecht stehende Wellen lassen sich nicht gut mittels Kettentrieb verbinden, denn die Kettenlaschen würden einseitig an der Scheibenstirn reiben. Bei senkrecht übereinanderstehenden, quer gelagerten Wellen hängt die Kette am unteren Rad durch, was ungünstigere Laufeigenschaften zur Folge haben kann. Ideal ist eine leicht schräg versetzte Anordnung.
- Kettentriebe sind wartungsaufwändiger und müssen geschmiert und deshalb auch gereinigt werden.
- Kettentriebe haben höhere Laufgeräusche. Um gegenseitige Verschleißverstärkung zwischen Kette und Zahnscheibe zu vermeiden, sollten als Zähnezahlen Primzahlen verwendet werden, so greifen nicht regelmäßig dieselben Bolzen in eine Zahnlücke. Schwingungen - vor allem auf der rücklaufenden Kettenstrecke - werden durch (teils gefederte Dämpfer) oder Spannrollen unterdrückt. Antriebsketten laufen mit besserem Wirkungsgrad als Kardanwellen - wenn man die Anwendung bei Motorrädern vergleichen will.

Kettengetriebe eines Fahrrades

Spannrolle Formschlüssige Kettengetriebe werden auch beim Fahrrad eingesetzt. Dort hat sich die Fahrradkette gegenüber allen anderen Kraftübertragungen (Kardanwelle usw.) durchgesetzt. Ein Nachteil der Kraftübertragung durch die Kette ist der Umstand, daß die Übersetzung nicht stufenlos gewählt werden kann. Im Radsport hat dies vor allem dazu geführt, daß in den letzten Jahrzehnten besonders einfach abgestufte Ritzelpakete nachgefragt wurden, welche vom Handel aufgrund der technischen Weiterentwicklung von Kette und Ritzeln mittlerweile in großer Auswahl angeboten werden (9- und 10-fach-Kassetten).

Kraftschlüssige Kettengetriebe

Bei der Kraftübertragung ohne Formschluß kommen sogenannte Gliederkettentriebe zum Einsatz. Sie arbeiten in der Regel kraftschlüssig und werden daher nicht den Kettentrieben zugeordent, sondern folgen dem Arbeitsprinzip von Riemengetrieben. Als Ausnahme sind formschlüssige Lammellenkettentriebe zu nennen, wie z. B. das stufenlose PIV-Getriebe, bei dem eine Kette mit quasi variablem Bolzenabstand in die radialen konischen Nutenzähne zweier Kegelscheibenpaare greift.

Stufenlose Kettengetriebe

Es gibt auch stufenlose Kettengetriebe, bei denen eine Lamellenkette zwischen je zwei Kegelscheiben auf der Antriebs- und Abtriebsseite läuft. Durch die Veränderung des Abstandes zwischen den Kegelscheiben kann die Übersetzung verstellt werden. Die Verstellung erfolgt in der Regel hydraulisch; je eine der Kegelscheiben ist fest, während die andere wie ein Zylinderkolben fungiert. Sie kann durch eine Erhöhung des Öldrucks im Hydrauliksystem bewegt werden. Diese Getriebe werden in der PKW-Industrie als Automatikgetriebe verwendet. Ihr Hauptvorteil ist ihre Stufenlosigkeit, die ein Fahren immer im wirtschaftlichsten Drehzahlbereich des Motors ohne Schaltrucke ermöglicht. Ein bekannter Vertreter ist die multitronic von Audi. Es muss bei der Auslegung beachtet werden, dass die Kette nicht durchrutschen darf, da es ansonsten zu einer Zerstörung des Getriebes kommen kann. Das maximal übertragbare Drehmoment eines Kettenwandlers liegt bei ca. 300 Nm (Stand Ende 2003).

Siehe auch

- Getriebe
- Antriebsketten unter Kette
- Kettenschaltung
- Schubkettengetriebe Kategorie:Getriebelehre

Schubkettengetriebe

Das Schubkettengetriebe ist in Form und Aufbau dem Keilriemengetriebe sehr ähnlich. Allerdings wird beim Keilriemengetriebe der Keilriemen auf Zug belastet, ein Schubgliederband überträgt die Kraft durch Schub. Beim Schubkettengetriebe sitzen eine Vielzahl stählerner Lamellen leicht verschieblich auf einem umlaufenden Spannband und werden von diesem durch dessen Spannung in die wie Keilriemenscheiben geformten Räder hineingezogen. Da aber die Lamellen auf dem Band verschoben werden können, kann eine Kraftübertragung nicht auf Zug erfolgen, weil die Lamellen auseinander gezogen werden. Sie stauen sich daher auf der anderen Seite des Antriebes und so wird die Kraft durch Schieben der Lamellen übertragen. Vorteile gegenüber Keilriemengetrieben sind:
- geringere Leistungsverluste durch geringeren Schlupf der Kette auf den Rädern
- höhere übertragbare Leistungen, weil die Kraftübertragung durch Schub entsteht und daher der Vorspannung der Kette entgegenwirkt, statt wie bei Keilriemen sich dazu zu addieren. Siehe auch: Getriebe, Continuously variable transmission Kategorie:Getriebelehre

CVT

Die Abkührzung CVT steht für: # Continuously variable transmission (Getriebe mit variabler und stufenloser Übersetzung) # die Flughafenkennzeichnung von Coventry

Zahnrad

left Als Zahnrad bezeichnet man ein Rad, dessen Umfang mit kleinen Erhöhungen und Vertiefungen versehen ist, den so genannten Zähnen und Zahnlücken. Die Form der Kraftübertragung ist eine formschlüssige Verbindung. Man unterscheidet verschiedene Grundformen von Zahnrädern: Zahnräder mit Evolventenverzahnung, Triebstockverzahnung oder Zykloidenverzahnung. Am weitesten verbreitet ist die Evolventenverzahnung. Evolventenverzahnung Die Zähne haben dabei eine solche Form, dass sie aneinander abrollen können. Um eine ruckfreie Drehung beider Zahnräder zu erreichen, müssen immer mindestens zwei Zähne in Eingriff stehen. Die Kurve einer Zahnform bezeichnet man als Evolvente.

Allgemeines

Zahnräder werden vor allem im Getriebe eingesetzt. Dazu werden sie auf Wellen oder Achsen gelagert bzw. so angebracht, dass ihre Zähne ineinander greifen und so die Drehbewegung des einen Zahnrades auf das andere übertragen werden kann. Dabei kehrt sich die Drehrichtung um, was ein gewünschter Effekt dieser Anordnung sein kann. Sind die Räder unterschiedlich groß, so kann entsprechend die Drehzahl erhöht bzw. verringert werden, wobei das Drehmoment vermindert bzw. erhöht wird. Auf diese Weise können Zahnräder auch der Übersetzung von Kräften und Geschwindigkeiten dienen. Die Zahneingriffsfrequenz eines Zahnrades ergibt sich aus der Drehzahl mal Anzahl der Zähne.

Arten von Zahnrädern

Stirnräder

Das Stirnrad oder Zylinderrad ist ein einfaches Rad, das eine zylindrische Außenkontur hat und an seinem Umfang mit einer Verzahnung versehen ist. Die Achsen eines Stirnrades und seines Gegenrades (auch ein Stirnrad oder eine stirnverzahnte Welle) liegen parallel, es entsteht ein Stirnradgetriebe. Die Verzahnung kann gerade sein, d.h. achsparallel, oder schräg ausgeführt (Schrägverzahnung). Die Größe der Verzahnung wird bestimmt als Modul. Das Gegenrad muss eine Verzahnung von gleichem Modul aufweisen. Das Stirnrad dient der Übertragung von Drehmomenten. Die Aufnahme des Drehmomentes kann „von innen“, über den Sitz des Rades mittels der Mitnahme geschehen. Diese Mitnahme kann kraftschlüssig oder formschlüssig sein. Die Aufnahme und auch Weitergabe des Drehmomentes kann, beispielsweise durch ein weiteres Zahnrad am Umfang erfolgen. In diesem Fall hat die Bohrung des Stirnrades eine reine Lagerungsfunktion. Diese Verwendung ist gelegentlich bei Rennmotoren oder bei Zwischenrädern zu finden. :::bild:stirnraeder.JPG

Kegelräder

Hauptartikel: Kegelradgetriebe Die Achsen stehen in einem Winkel (meist 90°) zueinander, müssen sich aber schneiden. Die Grundformen sind Kegel, deren Spitzen zusammenfallen. Man unterscheidet geradverzahnte (Bild) und bogenverzahnte Kegelräder. :::bild:kegelraeder.JPG

Schraubenräder

Schraubräder sind Schrägstirnräder, die auf sich kreuzenden Achsen sitzen. Normalerweise beträgt der Achswinkel 90°. Beim Abwälzen berühren sich Schraubräder jeweils nur in einem Punkt. Schraubräder können deshalb nur kleine Kräfte übertragen und werden vor allem für Steuerungszwecke verwendet.

Kronräder

bild:kegelraeder.JPG Kron- oder Kronenräder sind Zahnräder, deren Lauffläche nicht wie bei den Stirnrädern die Stirnseite ist, sondern die Radfläche. Das Bild zeigt rechts ein Kronrad, dass ein Spindelrad (oben) antreibt. Beide Zahnräder sind gleichzeitig auch Kammräder], da die Zähne einzeln eingefügt wurden.

Schnecke

Kammräder Eine besonders häufig angewandte Form ist die Schnecke und das Schneckenrad, die zusammen das Schneckengetriebe bilden. Die beiden Achsen liegen hierbei windschief im Winkel von 90° zueinander. Die Schnecke ist quasi ein einzähniges Zahnrad, wobei der Zahn spiralförmig um den Zylinder gewunden ist. Sie sind daher einer Schraube sehr ähnlich, wobei eine Windung einem Zahn entspricht. Das bedeutet, dass eine Umdrehung der Schneckenachse einer Teilumdrehung von 360°/x entspricht. Daraus resultiert auch das Übersetzungsverhältnis von x:1. Häufig werden Schneckengetriebe selbsthemmend ausgelegt, d.h. der Antrieb für die Übertragung einer Drehbewegung kann nur von der Schnecke auf das Zahnrad erfolgen, aber nicht umgekehrt. Ein Drehmoment welches vom Zahnrad auf die Schnecke wirkt, wird durch Reibungskräfte blockiert. In dieser Form werden Schneckengetriebe beispielsweise am Hebeseil von Kränen eingesetzt, so dass bei Ausfall des Antriebs die Last gehalten wird.

Sonderformen

Zahnräder sind im allgemeinen kreisrund, es gibt jedoch auch Ausnahmen.

Zahnstangen

Zahnstangen sind gerade Stangen. Sie ermöglichen eine Umwandlung einer Rotation in eine lineare Bewegung und umgekehrt. Die Bewegungsfreiheit ist jedoch eingeschränkt, da die Stange in der Länge begrenzt ist und somit nur eine abwechselnde Bewegung in die zwei entgegengesetzten Richtungen längs zur Stange zulässt. Eine Anwendung ist die Zahnradbahn. :::bild:zahnstange.JPG

Elliptische Zahnräder

Dabei müssen beide Räder zueinander genau abgestimmt werden, damit die beiden Wellen einen konstanten Abstand während der ganzen Drehung haben. Der Sinn ist der, dass sich während einer Umdrehung das Übersetzungsverhältnis ändert. Der Drehmittelpunkt der beiden Räder liegt jeweils genau in der Mitte der beiden Brennpunkte. Ist nur ein Rad elliptisch, so muss ein Rad auf einer Schwingachse laufen. Verwendet wurden solche Zahnräder bei Webmaschinen zum Festschlagen der Gewebe

Bestimmungsgrößen von Geradstirnrädern

Webmaschine Zwei Durchmesser sind für die Bestimmung eines Zahnrades mit geraden Flanken wichtig: der Außen- und der Arbeitsdurchmesser. Der Außendurchmesser bestimt den Platzbedarf des Zahnrades. Der Arbeitsdurchmesser bestimmt den Abstand der Zahnradachsen. In der Fachliteratur wird der Außendurchmesser als Kopfkreis-Durchmesser und der Arbeitsdurchmesser als Teilkreis-Durchmesser bezeichnet. Der Teilkreis wird in technischen Zeichnungen mit strichpunktierter Linie dargestellt. Die Teilung p des Zahnrads ergibt sich aus der Breite eines Zahns plus der Weite einer Lücke am Teilkreisdurchmesser. Der Modul m ist das Verhältnis der Teilung p zur Zahl Pi, m = p/π. Der Durchmesser des Teilkreises ergibt sich aus dem Produkt von Modul und Zähnezahl z, d = m · z. Rad und Gegenrad müssen immer den gleichen Modul besitzen. Die Kopfhöhe der Zähne ist gleich dem Modul, hk = m. Die Fußhöhe ist gleich dem Modul plus Spiel; üblich sind 25% vom Modul Spiel, hf = 1,25 · m. Der Kopfkreisdurchmesser dk ist gleich dk = m · (z + 2). Der Fußkreisdurchmesser df ist df = m · (z - 2.5). Der Achsabstand a zweier Geradstirnrädern 1 und 2 lässt sich mit den folgenden beiden Formeln berechnen: :

a = \frac

a = (z_1 + z_2) \frac

Der Modul bei Stirnrädern ist gemäß DIN 780-1 zu wählen.

Prüfen von Zahnrädern

Allgemeines

Die Prüfung von Zahnrädern ist sehr umfangreich und richtet sich nach der Art des Zahnrades. Bei der Zahnradprüfung werden die verschiedenen Bestimmungsgrößen von Zahnrädern mittels konventioneller Längen- und Winkelmessverfahren) und spezieller Zahnradmessverfahren ermittelt.

Prüfen von Kegelrädern

Die Prüfung von Kegelrädern erfolgt hauptsächlich durch Laufprüfung. Unter Verwendung einer Laufprüfmaschine wird das zu prüfende Kegelrad mit einem Meisterrad in Eingriff gebracht und bei Sollachsabstand, Sollachswinkel und Solldrehzahl abgewälzt. Es wird eigentlich die spätere Funktion im Getriebe simuliert. Die Qualität des Kegelrades wird durch das entstandene Tragbild, die Geräuschentwicklung während der Laufprüfung und dem Verdrehflankenspiel beurteilt. Ergänzende Prüfungen sind weiterhin die Rundlaufprüfung durch Rundlaufprüfgeräte und die Zahndickenprüfung mit Zahndickenmessgeräten. Die rasante Entwicklung der Prüfmethoden ist auch bei der Kegelradprüfung erkennbar. Die Verwendung von Koordinatenmessgeräten hat inzwischen auch auf die Kegelradprüfung grossen Einfluss. Mit entsprechender Software wird die Topografie des Kegelrades ermittelt,das Tragbild und Verdrehflankenspiel berechnet und simuliert. Korrekturwerte werden direkt an die Verzahnmaschine weitergeleitet.

Prüfen von Stirnrädern

Grundlage für die Prüfung von Stirnrädern ist die DIN 3960/3961. Abhängig von den Qualitätsansprüchen gibt es unterschiedliche Prüfverfahren. Bei der Zweiflankenwälzprüfung wird der Prüfling mit einem beweglich gelagerten Lehrzahnrad spielfrei in Eingriff gebracht und abgewälzt. Die entstehenden Achsabstandsänderungen werden registriert und als Zweiflankenwälzabweichung und Zweiflankenwälzsprung ausgewertet. Dabei werden nur Summenabweichungen ermittelt, d.h. Fehlerursachen sind teilweise schwer erkennbar. Das Lehrzahnrad muss geometriebezogen mit dem Prüfling übereinstimmen. Für Zahnräder mit hohen Qualitätsanforderungen ist dieses Verfahren weniger geeignet. Die Wälzprüfung kann hervorragend in Fertigungsabläufe integriert werden. Vergleichbar mit der Zweiflankenwälzprüfung ist das Verfahren der Einflankenwälzprüfung. Vorteilhaft bei diesem Prüfverfahren ist die Zuordnung der Abweichungen zur Rechts- bzw. Linksflanke. Die Ermittlung der Einzelfehler eines Stirnrades ist die sicherste und genauste Methode zur Qualitätsbestimmung. Mit Koordinatenmessmaschinen und entsprechender Software werden die Profil-, Flanken-, und Teilungsabweichungen sowie die Zahnweite ermittelt und im Messprotokoll ausgewertet. Dieser Messvorgang erfolgt automatisch. Dabei wird die Qualität des Zahnrades eindeutig definiert. Eine gezielte Korrektur der Bearbeitungsmaschine ist möglich. Die Zahndickenprüfung erfolgt durch Zahnweitenbügelmeßschrauben.

Herstellung

Zahnweitenbügelmeßschrauben Die Herstellung von Zahnrädern kann prinzipiell auf drei Arten erfolgen
- Urformend (Gießen, Sintern)
- Umformend (Schmieden, Pressen, Ziehen, Walzen, Stanzen)
- Spanend (s. u.) Ur- und Umformende Verfahren werden meist für weniger stark belastete Zahnräder eingesetzt, diese Verfahren lassen sich häufig kostengünstig umsetzen (z. B. Gießen oder Ziehen von Kunststoffzahnrädern, Sintern oder Stanzen bei Metallzahnrädern, bei denen es nicht auf große Genauigkeit ankommt). Spanende Verfahren kommen bei hochbelasteten Zahnrädern zum Einsatz, hier lassen sich auch größere Genauigkeiten erzielen (wichtig wenn es z. B. auf geräuscharmen Lauf oder kleines Verdrehflankenspiel ankommt). Stanzen Die wichtigsten spanenden Verfahren sind :
- mit geometrisch bestimmter Schneide
- Wälzhobeln
- Wälzfräsen, Profilfräsen
- Wälzstoßen
- Profilräumen
- Schaben
- mit geometrisch unbestimmter Schneide
- Wälz- oder Profilschleifen
- Honen
- Läppen Beim Profilfräsen oder -schleifen hat schon die Werkzeugschneide die exakte Form der Zahnflanke. Bei Wälzverfahren wird ein Werkzeug mit zumeist gerader Schneide von der Herstellungsmaschine so geführt, dass es mit der herzustellenden Zahnflanke „abwälzt“. Der Materialabtrag erfolgt nur an einem Punkt bzw. auf einer Linie. Hier kann ein Werkzeug für viele verschiedene Verzahnungsgeometrien genutzt werden, die Kinematik und somit die Steuerung der Maschine ist aber relativ kompliziert. Beim Profilverfahren benötigt man eine große Anzahl verschiedener Werkzeuge oder muß die Schleifscheibe vor ihrem Einsatz erst in die Form der Zahnflanke bringen („abrichten“ der Schleifscheibe). Wälzverfahren können kontinuierlich erfolgen, d. h. das ganze Zahnrad kann in einer durchgehenden Bewegung gefertigt werden (z. B. durch einen schneckenförmigen Fräser). Profilverfahren arbeiten immer im Teilverfahren, es kann also nur jeweils eine Zahnlücke gefertigt werden, danach wird das Werkrad um eine Lücke weitergedreht. Zahnräder werden nach dem Verzahnen i. d. R. gehärtet. Die Oberfläche wird dadurch verschleißfester und das Zahnrad kann höhere Belastungen ertragen. Allerdings entsteht beim Härten Härteverzug, deshalb müssen die Flanken nach dem Härten nachbearbeitet werden um die Verzahnungsqualität zu verbessern. Eine weitere Bearbeitungsmöglichkeit ist das Erodieren.

Siehe auch

- Planetenradgetriebe
- Sperrklinke
- Der Hypoidantrieb ist ein spezielles Kegelradgetriebe.
- Als Zahnräder werden auch das Kettenblatt und die Ritzel eines Fahrrades bezeichnet, zu den Besonderheiten dieser Art der Kraftübertragung siehe Kettengetriebe Kategorie:Getriebelehre Kategorie:Zahnrad Kategorie:Maschinenelement ja:歯車

Stirnradgetriebe

Definition

Das Stirnradgetriebe ist eine Getriebeform, die durch parallele Achsen charakterisiert ist. Einfachste Bauform ist das einstufige Stirnradgetriebe, das aus zwei Wellen, auf denen je ein Zahnrad sitzt, besteht. Es können jedoch durch hinzufügen weiterer Zahnräder und Zwischenwellen mehrstufige Getriebe gebildet werden. Zahnrad

Einsatzgebiete und Vor- und Nachteile gegenüber anderen Getriebebauformen

Stirnradgetriebe sind weit verbreitet, sie kommen in z.B. PKW-Schaltgetrieben, großen Industriegetrieben, Armbanduhren etc. zum Einsatz. Ihr Vorteil besteht in der relativ einfachen Bauweise, da wenig bewegte Teile zum Einsatz kommen und die außenverzahnten Stirnräder einfacher herzustellen sind als z.B. Hohlräder in Planetengetrieben oder Schnecken- oder Kegelräder. Sie bieten eine formschlüssige Kraftübertragung bei hohem Wirkungsgrad. Nachteil ist die kleine Übersetzung, die in einer Stufe erreichbar ist (üblicherweise bis Übersetzung 6). Ein Stirnradgetriebe ist größer als ein Planetengetriebe gleicher Leistungen, gegenüber Schneckengetrieben weisen Stirnradgetriebe eine größere Geräuschentwicklung auf.

Gerad- und Schrägverzahnung

Häufig werden in Stirnradgetrieben schräg verzahnte Zahnräder eingesetzt. Die Zähne verlaufen nicht parallel zur Getriebeachse, sondern schräg dazu. Kommt ein Zahnpaar (von Rad und Gegenrad) in Berührung, trägt es nicht direkt auf seiner ganzen Breite, wie dies bei geradverzahnten Stirnrädern der Fall ist. Statt dessen steigt die belastete Zahnbreite beim Weiterdrehen der Räder langsam an, bis das Zahnpaar auf ganzer Breite trägt, und fällt beim Herausdrehen aus der Kontaktzone nur langsam wieder ab. Normalerweise befinden sich bei schrägverzahnten Zahnradpaaren immer zwei oder mehr Zähne gleichzeitig in Kontakt, bei gradverzahnten Zahnradpaaren nur ein bis zwei Zähne. Bei Schrägverzahnungen treten also weniger harte Stöße beim Zahneingriff auf, dies führt zu geringeren Schwingungsanregungen und leiserem Lauf. Weiterhin ist die Belastbarkeit wegen der gleichmäßigeren Kraftaufteilung höher. Hören kann man den Unterschied oft bei älteren Autos. Im gerade verzahnten Rückwärtsgang macht das Getriebe wesentlich deutlichere Geräusche als in einem der schräg verzahnten Vorwärtsgänge. Nachteil der Schrägverzahnung ist eine etwas höhere Reibung, wodurch größere Verluste entstehen. Außerdem entstehen Axialkräfte, die die Zahnräder seitlich auseinander schieben und deshalb eine aufwändigerer Lagerung erforderlich machen.

Tragfähigkeitsberechnung

Das wichtigste und auch teuerste Bauteil eines Stirnradgetriebes ist normalerweise die Verzahnung. Die Tragfähigkeitsberechnung der Verzahnungen, d.h. der Nachweis ob das Getriebe eine bestimmte Leistung übertragen kann, erfolgt mit Hilfe der DIN 3990. Diese Berechnungsvorschrift ist durch weitreichende Praxiserfahrungen gut abgesichert und zuverlässig. Es existieren zahlreiche weitergehende hochentwickelte Berechnungsverfahren, die z.B. die Verformung des Gehäuses, der Wellen oder der Zähne berücksichtigen und eine, bei kleiner Bauform, möglichst hohe durchsetzbare Leistung erlauben. Ein wichtiger Faktor für die Tragfähigkeit der Verzahnung ist auch die Wahl der Schmierung. Während einfache Stirnradgetriebe nur durch ein Fett geschmiert sind, bedürfen Hochleistungs-Strinradgetriebe hochentwickelte Schmierstoffe, die direkt in die Verzahnung eingespritzt werden. Kategorie:Getriebelehre

Planetenradgetriebe

Ein Planetengetriebe ist eine Bauform eines Zahnrad-Getriebes. Es verfügt über eine charakteristische kompakte Bauform mit drei koaxialen Wellen. Prinzipiell kann man davon zwei Wellen antreiben und eine dient als Abtrieb (Summiergetriebe) oder man treibt eine Welle an und verzweigt die Leistung auf zwei Abtriebe. Die grundlegende Bauart besteht aus einem Zahnradsatz, der von innen nach außen aus dem Sonnenrad, dem Planetenträger (auch Steg genannt und Träger der Planetenräder) und dem Hohlrad mit Innenverzahnung besteht. Charakteristisch für Planetengetriebe ist die Standübersetzung i₁₂, mit der Planetengetriebe unterschiedlichster Bauart verglichen werden können. Wenn zwei Planetengetriebe gleicher Bauart die gleiche Standübersetzung haben, sind sie kinematisch gleichwertig. Zwischen der Standübersetzung i₁₂ und den Drehzahlen n von Sonnen-, Steg- und Hohlradwelle besteht folgender mathematische Zusammenhang:

i_=\frac=\frac

Die Standübersetzung ist anschaulich deutbar als die Übersetzung von Hohlradwelle zur Sonnenradwelle bei festgehaltenem Steg (Fall n_s = 0). Sie ist negativ (entgegengesetzte Drehrichtungen) und betragsmäßig stets größer als 1. Ausgedrückt durch die Zähnezahlen S, P, H von Sonnenrad bzw. Planetenrädern bzw. Hohlrad gilt:

H=S+2P, \qquad i_=-H/S=-(1+2P/S)

Bei einem Planetengetriebe sind alle Räder ständig im Eingriff. Durch die Wahl des Antriebes und des Abtriebes bzw. des Abbremsens oder Kuppelns kann die Übersetzung gewechselt werden.

Anwendung

Planetengetriebe werden gern in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen verwendet, meist handelt es sich dort um mehrere hintereinandergeschaltete Planetengetriebe (z.B. Ravigneaux- oder Simpson-Satz). Zum Gangwechsel werden dann Teile der Planetengetriebe gegen das Gehäuse festgebremst oder wieder losgelassen. Durch gleichzeitiges Betätigen und Öffnen der Bremsen lässt sich sogar ohne Zugkraftunterbrechung schalten. Eine andere typische Anwendung von Planetengetrieben sind Differentialgetriebe. Auch Nabenschaltungen am Fahrrad basieren auf Planetengetrieben. Planetengetriebe besitzen häufig koaxial verlaufende Eingangs- und Ausgangswellen, manche Bauformen (z.B. in Verteilergetrieben von Kraftfahrzeugen) nehmen aber auch über eine Kette die Leistung von einer der drei Wellen ab. Einige Bauformen besitzen Hohlräder mit Innenverzahnung. Dadurch sind die Zahnräder kompakt angeordnet und durch die Anzahl der Planetenräder lässt sich eine Leistungsverzweigung realisieren, so dass die mechanische Belastung des Getriebes gesteigert bzw. das Getriebe kleiner gebaut werden kann. Zur Erzeugung eines Rückwärtsganges ist kein Rücklaufrad nötig. Planetensätze werden außerdem in Verteilergetrieben bei Allradfahrzeugen (Zentraldifferential, siehe Differentialgetriebe) und in den Antriebsnaben von Lkws und Bussen verwendet. Die Vorteile von Planetengetrieben gegenüber anderen Getriebebauarten zur Drehzahl- und Momentenumwandlung liegen einerseits darin, dass sie eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses unter Last, d.h. ohne Trennung des Kraftflusses, ermöglichen, und anderseits in ihrer kompakten Größe bei vergleichbarer Übersetzung. Dies beruht darauf, dass die Last über mehrere Planeten (meistens drei) verteilt wird. Zudem sind koaxiale Richtungsumwandlungen möglich.

Weblinks

- [http://www.kfz-tech.de/PlanetengetriebeVollautomatik.htm Planetengetriebe in der Kfz-Technik]
- [http://www.arstechnica.de/auto/differential/differential.html#Verwandschaft Verwandschaft zwischen Planetengetrieben und Differenzialen] Kategorie:Getriebelehre ja:遊星歯車機構

Nabenschaltung

Als Nabenschaltung wird bei Fahrrädern ein mechanisches Getriebe bezeichnet, das geschlossen in der Hinterradnabe eingebaut ist.

Bedienung

Im Gegensatz zu Kettenschaltungen, mit deren Bedienung Anfänger oft überfordert sind, ist die Bedienung von Nabenschaltungen sehr einfach. Der Radler hat in der Nähe des rechten Lenkergriffes einen Schalter, der den eingelegten Gang anzeigt. Im Stand kann ein gewünschter Gang eingestellt werden, indem der Griff betätigt wird; es ist kein Treten erforderlich. Während der Fahrt tritt man mit etwas weniger Kraft weiter, während man schaltet. Schalten unter Vollast kann die Nabe allerdings ruinieren. Der in der Werbung oft behauptete Vorteil der Kettenschaltungen, in jeder Situation schalten zu können, gilt heute zwar für fast alle Komponenten, lässt aber die Kette schneller verschleißen. Vorausschauendes Fahren ist mit allen Schaltsystemen erforderlich. Ältere Zweigangnaben, die keinen Schaltgriff haben, erfordern zum Wechseln des Ganges ein kurzes Rückwärtstreten.

Technik

Kette Kette Alle Nabenschaltungen im Fahrradbereich arbeiten mit sogenannten Planetengetrieben. Bei mehr als drei Gängen werden verschiedene Planetengetriebe in einer Nabe kombiniert und zum Teil auch in Reihe geschaltet. Auf diese Weise lassen sich Schaltungen von zwei bis 14 Gängen realisieren. Häufig werden diese Schaltungen auch mit einer Rücktrittbremse, einem Dynamo oder gar mit einem Elektromotor kombiniert. Aber auch Kombinationen mit einer herkömmlichen Kettenschaltung kommen vor, um die Vorteile beider Systeme nutzen zu können. Die Vorteile der Nabenschaltung liegen vor allem darin, dass sie relativ wenig gewartet werden muss, sowie im geringeren Verschleiß. Durch die geschlossene Bauweise der Nabe ist das Getriebe im Inneren jederzeit vor Schmutz und Wasser geschützt und eine ausreichende Schmierung der Zahnräder gewährleistet. Auch ein Abspringen der Kette bei Schaltvorgängen kommt nicht vor, da es sowohl an der Nabe selbst als auch an der Kurbel jeweils nur ein Kettenblatt gibt (von wenigen Ausnahmen einmal abgesehen) und somit im Idealfall eine exakt gerade Kettenlinie möglich ist. Trifft dies zu, so ist hier eine optimale Zugkraftübertragung möglich. Ein positiver Nebeneffekt ist dabei der geringere Verschleiß von Kette und Kettenblättern. Zudem ist es einfacher, die Kette mit einem Schutz zu versehen, um sie besser vor Verschmutzung zu schützen. Ein weiterer Vorteil ist die symmetrische Einspeichung des Hinterrades; die gleichmäßigere Spannung verringert die Gefahr von Speichenbrüchen. Bedingt durch den geschlossenen Aufbau des Getriebes ist die Wartung der Nabe meist nur vom Hersteller selbst durchführbar, da ein Hobbymechaniker selten in der Lage ist, die Nabe zu demontieren und im Anschluss wieder korrekt zusammen zu setzen. Die Lärmbelästigung des Antriebes (nur bei einigen Modellen, wird mit zunehmender Laufleistung geringer) empfinden viele Fahrer als störend, zudem ist der Wirkungsgrad geringer, er beträgt bei den meisten Nabenschaltungen 92 bis 97 Prozent; bei einer gut gepflegten Kettenschaltung erreicht er 96 bis 99 Prozent. Weiterhin ist das Gewicht einer Nabenschaltung meist höher als das einer Kettenschaltung. Zudem macht sich die aufwendigere Technik im höheren Preis bemerkbar, dafür sind die laufenden Kosten geringer, da sowohl Kette als auch Kettenblatt und Ritzel seltener gewechselt werden müssen und diese recht preisgünstig sind. Gerade aus diesen Gründen sind Nabenschaltungen nicht für jeden Radfahrer interessant. So ist die Zielgruppe vor allem unter den Vielfahrern mit mehr als 500 km pro Monat oder bei Touren- und Sorglosfahrern zu finden, denen die Zuverlässigkeit wichtig ist oder die von den geringeren Unterhaltungskosten profitieren können. Im sportlichen Umfeld sind Nabenschaltungen fast nicht zu finden. Ausnahme ist hier lediglich die Speedhub 500/14 von Rohloff, die jedoch nur in wenigen Sportarten wie z.B. Downhill Verwendung findet, bei denen das Gewicht der Fahrräder nur eine untergeordnete Rolle spielt.

Geschichte

Downhill] Downhill Das erste deutsche Patent auf eine Nabenschaltung erhielt 1902 die Chemmnitzer Firma Wanderer, 1904 brachte die deutsche Firma Fichtel & Sachs (wurde 1997 von SRAM übernommen) ihre erste Nabenschaltung mit zwei Gängen (Modellbezeichnung: Torpedo) auf den Markt, ein Jahr nach dem Debüt der ersten Torpedo-Freilaufnabe, und baute den Doppel-Torpedo mit diversen Veränderungen fast 50 Jahre lang. Neun Jahre später, im Jahre 1913, kam das Nachfolgemodell Universal-Torpedo mit vier Gängen und Rücktrittsbremse auf den Markt und wurde von Fichtel & Sachs nach einem Patent der Firma Wanderer Fahrradwerke gefertigt. Wirtschaftlich war sie aber kein großer Erfolg, und so wurde die Produktion 1916, zwei Jahre nach Beginn des 1. Weltkrieges, eingestellt. 1926 wurde von Fichtel & Sachs dann die erste Torpedo-3-Gang-Nabe mit Rücktrittbremse auf den Markt gebracht, die bis Anfang der 40er Jahre produziert wurde. 1941 wurde zudem eine 3-Gang-Nabe auf den Markt gebracht, die hauptsächlich für den Export bestimmt war und ebenfalls unter dem Namen Universaltorpedo vermarktet wurde. Diese Nabe, die entweder mit Trommelbremse oder ohne Bremsvorrichtung erhältlich war, wurde lediglich zwei Jahre produziert. Nach dem Zweiten Weltkrieg begann in Deutschland die Markteinführung weiterer Torpedo-3-Gang-Nabenschaltungen mit den Modellen 53 (mit Rücktritt), 55 (mit und ohne Rücktritt), 515 (mit Rücktritt), 415 (ohne Rücktritt) und H3113S. Besonders kommerziell erfolgreich waren die Modelle 415 und 515, welche seit Anfang der 60er Jahre produziert wurde. Sie mussten allerdings aus Sicherheitsgründen Mitte der 70er Jahre wegen einer gefährlichen Leerlaufstellung zwischen dem zweiten und dritten Gang durch das Modell H3111S ersetzt werden, da am Modell 515 bei einer fehlerhaften Einstellung der Nabe die Rücktrittbremse ausfallen konnte. Dieses Modell wird mit kleinen Abwandlungen auch heute noch von SRAM hergestellt. Später folgte dann eine Torpedo-5-Gang-Nabenschaltung, die in ihrer Ausführung sehr der Sturmey-Archer-5-Gang-Nabenschaltung ähnelte. Sturmey-Archer besaß das Patent auf diese Bauart seit Mitte der 20er Jahre, ohne allerdings davon Gebrauch zu machen. Diese englische Firma stellte 3- und 4-Gang-Naben mit den unterschiedlichsten Grundübersetzungen und Ausstattungen her. Seit den 30er Jahren wurden neben Trommelbremsen auch Nabenschaltungen in Kombination mit Nabendynamos angeboten. Parallel zum Klapprad-Boom der 60er und 70er Jahre (siehe auch Faltrad) entwickelten und verkauften sowohl F&S als auch Sturmey-Archer 2-Gang-Nabenschaltungen. Diese Naben besaßen keinen Schaltungszug und ließen sich durch bloßes Zurücktreten der Pedale schalten. Ein Sonderfall war in diesem Zusammenhang die F&S-Automatiknabe, deren Schaltpunkt bei einer Geschwindigkeit des Fahrrades von etwa 18 km/h (vom Radumfang abhängig) lag und fliehkraftgesteuert war. Dieser technisch interessanten Konstruktion war jedoch kein Markterfolg beschieden. Konnte man das Modell 55 (bis etwa 1960) von Fichtel & Sachs noch über einen Schmiernippel von außen fetten und sich einer hohen Kilometerleistung sicher sein, hat die Lebenserwartung der heutigen Billigware einen erschreckend niedrigen Stand erreicht. Als Faustregel für F&S-Naben gilt: Je älter, desto robuster und wartungsärmer ist die Nabe. Im Jahre 1999 brachte die deutsche Rohloff AG die technisch stark weiterentwickelte Nabenschaltung Speedhub 500/14 (mit 14 Gängen) auf den Markt. Wirkungsgrad und Übersetzungen sind mit denen einer herkömmlichen 27-Gang-Kettenschaltung vergleichbar, die Nabe ist robuster und wartungsärmer. Derzeitiger (2004) Stand der Technik im Marktsegment der preiswerten Getriebenaben ist die 8-Gang-Nabe Nexus Inter-8 von Shimano. Diese soll ab (2005) auch in einer vom Vorgängermodell Nexus Inter-7 bekannten Variante mit Rücktrittbremse verfügbar sein und wird wahlweise mit Drehgriffschalthebel als auch 2-Finger- Schalthebel angeboten werden.

Besonderheiten einiger Bauarten

Sämtliche der hier vorgestellten Naben von Fichtel & Sachs können mit dem gleichen Schalter ausgestattet werden, so dass beispielsweise ein Modell 53 ohne weiteres mit dem heutigen Drehgriff betätigt werden kann, wenn das originale Bauteil aus Verschleißgründen ausgetauscht werden muss. Die Naben werden durchgehend mit Fett geschmiert.

Fichtel & Sachs, Modell 53

Fett Diese äußerst massiv wirkende Nabe wurde zwischen 1953 und 1955 produziert und zeichnet sich durch einige konstruktive Besonderheiten aus: Das Gehäuse ist aus Aluminium und enthält insgesamt zwei Planetengetriebe, die jeweils einen Gang ermöglichen. Die Nabe läuft absolut geräuschlos, weil sich in ihrem Inneren keinerlei Sperrklinken befindet. Freilauf und Rücktritt wurden in ihren konstruktiven Prinzipien von der Komet-Nabe übernommen. Der Sch