Möglichkeiten des Zahnspiels im Getriebebau

Ohne Abweichung

Möglichkeiten des Zahnspiels im Getriebebau.

Getriebe übertragen Bewegungen, wenn kein Zahnspiel vorhanden ist, genau und drehwinkelgetreu. Geringes oder kein Zahnspiel ist aber schwierig einzuhalten, da viele Variablen zu beherrschen sind. Dennoch gelingt es, Getriebe vollständig spielfrei zu gestalten. Unser Beispiel: ein einstufiges Planetengetriebes mit zwei Planeten. Sinngemäß gilt die Technik auch für alle anderen Zahnrädergetriebe.

„Dehnbare Zahnräder“ sind eine Neuentwicklung. Eine vorausgegangene Stufe ist die „Elastische Verzahnung“. Diese beiden Konstruktionsprinzipien werden nun kombiniert. Dies erfolgt dadurch, dass bei einem Planetengetriebe als Beispiel das Innenrad und das Sonnenrad dehnbar eingestellt wird und das Planetenrad elastisch federnd gestaltet wird.

Dehnbares spieleinstellbares Innenrad: Es wird von einem stabilen Gehäuse, in dem das Innenrad angeordnet ist, ausgegangen. Wenn dieses stabile Gehäuse die Spannkräfte aufnehmen kann, die durch zwei gegeneinander wirkende Keile erzeugt werden, muss das Innenrad im Durchmesser „schrumpfen“. Damit wird das Zahnspiel zwischen dem Innenrad und den Planeten einstellbar. Wichtig sind gleiche Achsabstände der Planeten zum Zentrum. Die Dehnungen des Innenrads können relativ groß sein, da Innenräder meist relativ groß im Durchmesser sind. Zur Verformung des Innenrads werden zwei Ringe, die keilförmig ausgeführt sind, mit Schrauben zusammengezogen. Gleichmäßiges Anziehen der Schrauben mit einem Drehmomentschlüssel ist erforderlich. Bei gleichmäßigen Keilwinkeln verändert sich die Lage des Innenrads nicht beim Zusammendrücken durch die Keilringe. Das Drehmoment stützt sich im Gehäuse durch radial angebrachte Passfedern zwischen Innenzahnrad und Gehäuse ab.

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Elastisches Planetenrad: Das bekannte System – mäanderförmige Nuten in ein Zahnrad einzubringen und damit Dehnungen auszugleichen – kann auch hier angewendet werden. Eine neue Gestaltungsvariante: Unter dem die Zähne tragenden Zahnkranz werden runde oder langlochförmige Löcher auf einem Kreis eingebracht. Die Löcher werden in „Bienenwabenform“ angeordnet, sodass der radiale Druck infolge einer Verformung durch weiche Biegebalken ausgeglichen werden kann; dabei sind die Biegebalken durch Stege miteinander verbunden. Die Stege übertragen das Drehmoment des Zahnkranzes an die Nabe. Es können mehrere Lochkreise – mit Biegebalken und Stegen – eingebracht werden. Wie beim System mit Mäandernuten tragen viele Stege das Drehmoment und damit 94 Prozentder Zahnkraft. Die Biegebalken werden mit 34 Prozent der Zahnkraft belastet und können „weich“ gestaltet werden.

Die Schwierigkeit, die bei Mäandernuten und bei Stahlrädern darin bestand, dass die Stege zwischen den Nuten sehr dünn ausgeführt werden mussten und nicht gefertigt werden konnten, besteht bei der Wabenform nicht. FEM-Untersuchungen ergeben auch bei einem Stahlzahnrad ein gutes elastisches Verhalten der Wabenform.

Absolut spieleinstellbares und spielfreies Planetengetriebe: Wird nun das Innenzahnrad und das Sonnenradritzel spielfrei oder sogar mit leichter Vorspannung eingestellt, gleichen die "elastischen Planetenräder" die Wärmedehnungen durch Verformung aus. Ein solches Getriebe überträgt die Bewegung vom Antrieb auf den Abtrieb, im Verhältnis der Untersetzung, ohne die geringste Drehwinkelabweichung sehr genau. Hans-Erich Maul/bw

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