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Wendegetriebe sind Schaltgetriebe bei denen lediglich eine Drehrichtungsumkehr geschaltet werden kann 1 Solche Getriebe werden benotigt wenn ein Antriebssystem zwei gleichwertige Drehrichtungen bereitstellen soll die Umkehr sich jedoch nicht durch die Antriebsmaschine erzeugen lasst Weiter lasst sich zwischen reinen Wendegetrieben und Wechsel Wendegetrieben unterschieden Ein reines Wendegetriebe zeichnet sich dadurch aus dass der Drehrichtungswechsel lediglich mit der Ubersetzung eins schaltbar ist Anderenfalls liegt ein Wechsel Wendegetriebe vor 2 Prinzip des Wendegetriebes einer Werkzeugmaschine Die Maschine wird uber eine Transmission uber Flachriemen angetrieben Der Antriebsriemen kann wahlweise auf die Riemenscheibe 1 2 oder 3 aufgelegt werden Dazu ist eine Verschiebeeinrichtung des Riemens vorhanden Die Riemenscheibe 1 ist mit dem Kegelrad I uber die Welle a verbunden Die Riemenscheibe 2 dreht sich frei auf der Welle a Leerlauf Die Riemenscheibe 3 ist direkt mit dem Kegelrad III verbunden Das Kegelrad K treibt direkt die Abtriebswelle b an Mit der Antriebswelle a dreht sich eine Trommel auf der zwei Riemen aufgelegt sind Einer gekreuzt und einer parallel Mit der Abtriebswelle b fest verbunden sind die Riemenscheiben 2 und 5 Die Riemenscheiben 3 und 4 laufen frei auf dieser Welle Leerlauf Mit einer Schaltgabel 1 lassen sich die Riemen gemeinsam in die Positionen 2 3 Abtriebsrichtung V 3 4 Leerlauf und 4 5 Abtriebsrichtung R verschieben Inhaltsverzeichnis 1 Prinzipien 1 1 Variation der Stirnradanzahl 1 1 1 Vorgelegebauweise 1 1 2 Wendeherz 1 2 Kegelradgetriebe 1 3 Umlaufradergetriebe 1 4 Riemengetriebe 1 5 Reibradgetriebe 1 6 Flussigkeitsgetriebe 1 7 Kombinationen 2 EinzelnachweisePrinzipien BearbeitenDie Umkehr der Drehrichtung ist durch folgende Getriebetypen erzeugbar 2 Zahnradgetriebe Reibgetriebe Riemengetriebe Kurbelgetriebe Kurvengetriebe FlussigkeitsgetriebeZahnradgetriebe finden besonders haufig in der Industrie Anwendung da diese Leistungen mit hohen Wirkungsgraden ubertragen konnen Dabei setzen sich die Verluste in Zahnradgetrieben aus den Verzahnungs Lager Dichtungs und sonstigen Verlusten zusammen 3 Diese Verluste sind im Vergleich zu anderen Getriebeformen besonders niedrig Zudem zeichnen sich Zahnradgetriebe durch eine sehr hohe Leistungsdichte aus da diese die Umfangskrafte mit der Normalkraft F N displaystyle F N nbsp ubertragen Kraftschlussige Getriebe ubertragen die Umfangskraft lediglich mit der Reibkraft F N m displaystyle F N cdot mu nbsp 4 Variation der Stirnradanzahl Bearbeiten Die erste Grundidee fur die Drehrichtungsumkehr mittels Zahnradgetrieben besteht darin zwischen gerader und ungerader Stirnradanzahl zu wechseln Dabei wird sich die Tatsache zu eigen gemacht dass je Stirnradpaarung eine Drehrichtungsumkehr entsteht Vorgelegebauweise Bearbeiten Beim ersten Prinzip zur Drehrichtungsumkehr werden funf Stirnzahnrader in Vorgelegebauweise angeordnet Da alle Wellen ortsfest im Gehause gelagert sind lassen sich Vorgelegegetriebe den Standgetrieben zuordnen Die Vorgelegebauweise wird beispielsweise in Synchrongetrieben Lastschaltgetrieben Gruppengetrieben und Wendegetrieben als konstruktive Losung verwendet 5 Bei Wendegetrieben in Vorgelegebauweise kammt stets ein Stirnraderpaar direkt ineinander und das ubrige uber ein Zwischenrad welches auf der Vorgelegewelle gelagert ist Im Leerlauf sind die Stirnrader durch Nadellager drehbar auf der Welle gelagert Durch eine Synchroneinheit wird eines der Stirnrader mit der Welle verbunden und somit die Drehrichtung des Abtriebes geschaltet Eine andere Moglichkeit zur Steuerung des Leistungsflusses stellt die axiale Verschiebung der Rader dar 2 allerdings darf in diesem Fall der Schragungswinkel der Zahnrader nicht grosser als 10 sein 6 Wendeherz Bearbeiten Neben der Vorgelegebauweise ist die Variation der Radanzahl mit einem Wendeherz konstruierbar Dieses ist rotatorisch am An oder Abtriebsrad gelagert und besitzt einen Hebel der Gleich Gegen und Leerlauf ermoglicht Wahrend die Achsen des An und Abtriebsrades translatorisch festgelagert sind sind die Achsen der Zwischenrader aufgrund des Wendeherzes auf einer Kreisbahn verschiebbar Die Zwischenrader befinden sich stets im Eingriff Wahrend das An und Abtriebsrad im Gleichlauf lediglich uber ein Zwischenrad verbunden ist ist es im Gegenlauf uber zwei Zwischenrader verbunden Ein Nachteil dieses Prinzips ist dass das Wendegetriebe konstruktionsbedingt lediglich im Stillstand und lastfrei schaltbar ist Nachteilig ist zudem dass die im Zahnkontakt entstehenden Krafte der Zwischenrader durch den langen Hebel grosse Haltekrafte erfordern Ausserdem ist das Prinzip anfallig fur Temperaturverzug und Schwingungen Im Vergleich zur Vorgelegebauweise sind die geringere Stirnradanzahl und die simple Natur der Schalthebelkonstruktion des Wendeherzes vorteilhaft Kegelradgetriebe Bearbeiten Die schaltbare Drehrichtungsumkehr ist ebenfalls mit Kegelradern realisierbar Eine Variante dieses Getriebeprinzips besteht aus drei Kegelradern Um Momente zur Leistungsverzweigung abzugreifen sind weitere Kegelrader und Zapfen integrierbar Weil die Achsen der Kegelrader in Relation zum Gehause ortsfest sind zahlen Kegelradwendegetriebe zu den Standgetrieben Damit die An und Abtriebsachse identisch ist sind in der Regel zwei Kegelrader koaxial und werden durch ein orthogonales Zwischenkegelrad miteinander verbunden Zwar muss das Zwischenkegelrad nicht orthogonal zu den Kegelradern stehen jedoch ergibt sich so der hochste Wirkungsgrad Dabei ist es entscheidend dass sich bei gerad und schragverzahnten Kegelradern die Drehachsen in einem Punkt schneiden Zur Umkehrung der Drehrichtung wird das auf dem Antriebszapfen drehbar gelagerte Kegelrad mit der Antriebswelle verbunden Um die Drehrichtung zu erhalten werden die An und Abtriebswelle direkt uber die Kupplung miteinander verbunden In diesem Fall ist die Ubersetzung trivialerweise gleich eins Neben den beiden Drehrichtungen ist zusatzlich eine Mittelstellung der Kupplung moglich welche den Leistungsfluss zwischen An und Abtriebswelle trennt Diese Getriebeart kann in der Regel nur im Stillstand und lastfrei geschaltet werden da die Rader meistens mit einer Klauenkupplung verbunden werden Diese Kupplung wird uber einen Handhebel oder Elektromotor betatigt Ist ein kleiner Achsversatz auszugleichen werden sogenannte Hypoidradpaare oder Kegelschraubenradpaare benotigt 7 Jedoch sinkt der Wirkungsgrad des Wendegetriebes mit steigendem Achsversatz da die Geometrie einem Schneckengetriebe immer weiter ahnelt Zudem muss zur direkten Verbindung von An und Abtriebswelle eine Gelenkwellenkombination integriert werden Grosse Achsversatze sind hingegen nur mit Schrauben Stirnradgetrieben realisierbar 8 Der Wirkungsgrad und das ubertragbare Drehmoment wird maximiert wenn die Ubersetzung von Kegelradgetrieben eins ist und die geforderte Ubersetzung anschliessend eingebracht wird Der Grund hierfur ist dass Kegelradgetriebe Ubersetzungen mit nur sehr schlechtem Wirkungsgrad umsetzen konnen Als Nachteile von Kegelradgetrieben lassen sich die zusatzlichen Fehlerquellen im Vergleich zu Stirnradgetrieben nennen Kegelrader sind gegenuber Abweichungen des Schnittpunkts der Teilkegelwinkel besonders empfindlich Diese Abweichungen fuhren zu einseitigem Tragen oder Klemmen und in letzter Folge zu Verschleiss ungunstigem Gerauschverhalten sowie Erwarmung 8 Zudem sind Kegelrader aufgrund von signifikanterem Harteverzug und Ausbiegungen bei fliegendem Ritzel gegenuber Stirnradern schwieriger herstellerbar 7 Vorteilhaft an Kegelradgetrieben ist dagegen die Tatsache dass die An und Abtriebswelle koaxial gewahlt werden konnen Umlaufradergetriebe Bearbeiten Aus Grunden einer gleichmassigen Belastung existieren keine Umlaufradergetriebe mit weniger als drei Planeten Jedoch ist die genaue Anzahl der Planeten fur die Ubersetzung des Getriebes ohne Bedeutung Bei ortsfestem Steg wird aus einem Umlaufradergetriebe ein Standgetriebe in allen anderen Fallen sind Mischformen aus Stand und Umlaufgetrieben moglich Aus kombinatorischen Grunden ergeben sich je nach festgehaltener Welle neun mogliche Bewegungszustande 9 Dies lasst sich ebenfalls im Satz von Willis erkennen n 1 i 12 n 2 1 i 12 n s 0 displaystyle n 1 i 12 n 2 1 i 12 n s 0 nbsp Aus dem Satz lasst sich einfach erkennen dass sich bei Umlaufradergetrieben eine Drehrichtungsumkehr einstellen kann Zudem folgt aus dem Satz dass eine alleinige Drehrichtungsumkehr durch das Festhalten einer Welle stets mit einem ungleichen Ubersetzungsbetrag fur beide Drehrichtungen verbunden ist Deshalb muss durch eine geschickte Verschaltung mehrerer Umlaufradergetriebestufen darauf geachtet werden dass der Ubersetzungsbetrag fur beide Drehrichtungen gleich ist Solche Verschaltungen werden als Koppelgetriebe bezeichnet In der Literatur ist ein Koppelgetriebe fur konstante Ubersetzung in beiden Drehrichtungen gezeigt 10 Die Vorteile von Umlaufradergetrieben liegen insbesondere darin dass die Leistungsdichte hoch ist und ein vergleichsweise kleiner Bauraum benotigt wird Im Vergleich zu Vorgelegegetrieben sind die komplizierte Herstellbarkeit und die schwieriger zu beherrschende Schmierolfuhrung nachteilig 5 Zudem ist unvorteilhaft dass mindestens zwei Stufen notwendig sind Vorteilhaft ist dagegen in vielen Fallen dass die An und Abtriebswelle koaxial sind Riemengetriebe Bearbeiten Ein weiteres Prinzip zur Anderung der Drehrichtung ist die kraftschlussige Leistungsubertragung durch Riemen Diese finden in einigen Werkzeugmaschinen Anwendung Bei dem Prinzip befinden sich auf der Antriebswelle drei Riemenscheiben wovon die beiden ausseren die doppelte Breite der inneren Scheibe besitzen Die ausseren Scheiben sind drehbar und die innere Scheibe festgelagert Diese Scheiben werden durch einen offenen und einen gekreuzten Riemen mit der auf der Abtriebswelle befindlichen Riementrommel verbunden Wahrend der offene Riemen die Drehrichtung des An und Abtriebs beibehalt wird die Drehrichtung durch den gekreuzten Riemen umgekehrt Jene Trommel ist ebenso breit wie die Summe der Scheibenbreiten Um die Drehrichtung zu schalten werden beide Riemen gleichzeitig verschoben In Abhangigkeit davon welcher Riemen auf die feste mittige Scheibe geschoben wird wird die Rotation umgekehrt oder beibehalten Ebenfalls ist ein Leerlauf moglich wenn sich beide Riemen auf den ausseren Scheiben befinden Damit sich der Riemen auf den Scheiben zentriert weisen diese ein kreisbogenformiges Profil auf Dabei befindet sich die Zentrierung zwecks Zugmittelschonung auf der Abtriebsseite 11 Durch Anderung der Trommel Festscheibendurchmesser ist dieses Getriebeprinzip ausserdem als Wechsel Wendegetriebe nutzbar Die Vorteile von Riementrieben liegen im Wesentlichen in der Einfachheit und den geringen Kosten fur parallele und windschiefe Wellen Zusatzlich sind diese Getriebe sehr gerauscharm und besitzen ein gunstiges elastisches Ubertragungsverhalten welches fur die Aufnahme von Stossen und zur Dampfung sehr nutzlich ist Weiterhin besteht durch den Riemenriss ein Uberlastungsschutz Die Nachteile liegen dagegen in der hohen Lagerbelastung durch die erforderliche Vorspannung und die Drehzahlschwankungen aufgrund des Schlupfes mit kraftschlussigen Zugmitteln Ebenfalls nachteilig fallt die Erforderlichkeit von Nachspanneinrichtungen die Empfindlichkeit gegenuber Temperatur Feuchtigkeit Staub Schmutz und Ol und die relativ grosse Baugrosse auf 12 Zudem sind bei kraftschlussigen Zugmitteln die verminderten ubertragbaren Umfangskrafte bei steigender Umfangsgeschwindigkeit aufgrund von Fliehkraften ungunstig 13 Reibradgetriebe Bearbeiten Eine weitere Moglichkeit der schaltbaren Drehrichtungsumkehr bieten Reibrader Bei diesem Ansatz ist die Antriebswelle schwimmend gelagert und steht senkrecht zur Abtriebswelle Auf der Antriebswelle sind zwei Reibscheiben montiert Zwischen diesen befindet sich das auf der Abtriebswelle gelagerte Reibrad Um die Drehrichtung zu andern wird die entgegenliegende Scheibe an das Rad angepresst Ausserdem ist ein Leerlauf moglich wenn die Antriebsachse so positioniert wird dass das Reibrad keinen Kontakt zu beiden Scheiben hat Wenn die Abtriebswelle ebenfalls schwimmend gelagert wird ist es moglich die Ubersetzung zu variieren Deshalb ist ein Reibradwendegetriebe als reines Wendegetriebe und als Wechselwendegetriebe realisierbar Neben Scheiben sind ebenfalls Zylinder Kegel oder Kugeln als Reibkorper umsetzbar Alle haben jedoch gemeinsam dass das Moment an den Kontaktstellen der Reibkorper durch tangentiale Reibungskrafte ubertragen wird Die maximal ubertragbaren Momente sind auf der einen Seite von den Reibungszahlen und auf der anderen Seite von den Anpresskraften abhangig Die Reibungszahlen hangen wiederum von den Werkstoffpaarungen und der Schmierung ab 14 Die Vorteile des stossfreien Anfahrens und gerauschlosen Laufs kommen besonders im Hebezeugbau zur Geltung Die Nachteile von Reibradern liegen in den stark abnutzenden Kontaktflachen und der daraus folgenden notwendigen Kontaktsicherung Aufgrund des Verschleisses der Kontaktflachen und der Abhangigkeit von Normalkraft und ubertragbarem Moment mussen die Anpresskrafte sehr gross sein woraus eine starke Lagerbelastung folgt 15 Weitere Vorteile von Reibradgetrieben sind der vergleichsweise einfache Aufbau der geringe Aufwand fur die Wartung der Uberlastungsschutz durch das Durchrutschen sowie der einfach realisierbare stufenlosen Verstellung der Ubersetzung Als nachteilig ist der unvermeidbare Schlupf die Begrenzung der Lebensdauer sowie die begrenzte ubertragbare Leistung zu nennen 16 Flussigkeitsgetriebe Bearbeiten Die bisher behandelten Prinzipien zeichnen sich durch Leistungsubertragung mithilfe eines Festkorperkontakts aus Jedoch existieren ebenfalls Ansatze mit hydrodynamischer Leistungsubertragung Diese bewahrt sich besonders bei Kranen Winden Schaufelladern Raupen und Radertraktoren Schienenfahrzeugen sowie Bohrfeldeinrichtungen 17 Als Beispiel in der Schienenfahrzeugtechnik lassen sich Flussigkeitsgetriebe nach Voith nennen Diese bestehen aus zwei Fottinger Wandlern mit je einem Pumpen Turbinen und Leitrad Wahrend das Pumpenrad uber das Gehause auf der Antriebswelle gelagert ist und der Flussigkeit einen Drall aufpragt treibt das Turbinenrad die Abtriebswelle an indem dieses dem Betriebsmedium diesen Drall wieder entzieht Die Leistungsubertragung findet folglich zwischen Pumpen und Turbinenrad durch die Massenkrafte des Fullmediums statt welches in den meisten Fallen ein Ol ist Weil das Leitrad das vom Turbinenrad ruckfliessende Ol durch seine Schaufelform aufstaut wird das auf die Abtriebswelle wirkende Moment vergrossert Ist keine Drehmomentwandlung gewunscht sind die Fottinger Wandler durch Fottinger Kupplungen ersetzbar Eben jene zeichnen sich dadurch aus dass diese im Gegenteil zu Fottinger Wandlern kein Leitrad besitzen Die Drehrichtungswechsel finden stoss und verschleissfrei statt indem der jeweilige Wandlerkreislauf gefullt bzw entleert wird Bei Motorstillstand geht das Wendegetriebe selbsttatig in eine Neutralstellung uber sodass ein Leerlauf ebenfalls bei hohen Drehzahlen des Abtriebs moglich ist Ein Vorteil ist dass das maximale Anlaufmoment begrenzbar ist 17 Das Turbinenrad dreht aufgrund der Flussigkeitsreibung etwa drei Prozent langsamer als das Pumpenrad Daraus ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad von etwa 97 Durch eine Dimensionierungsanderung oder Variierung des Betriebspunktes ergibt sich bei vergleichbarem Wirkungsgrad ein erheblich kleinerer Gehause und Schaufeldurchmesser 18 Weil die Schaufeldurchmesser mit der funften Potenz und die Antriebsdrehzahl mit der dritten Potenz in die ubertragbare Leistung eingehen sind Turbowendegetriebe besonders bei hohen Drehzahlen wirtschaftlich 19 Uberdies ist vorteilhaft dass sich durch den Schlupf ein Uberlastungsschutz ergibt sowie die Kraftentfaltung besonders sanft ist Kombinationen Bearbeiten Es besteht zusatzlich die Moglichkeit die bereits vorgestellten Prinzipien zu kombinieren um neue Losungen zu erhalten Ein Beispiel hierfur ist ein Bootswendegetriebe welches sich eine schragverzahnte Stirnradstufe und eine Kettenradstufe zu Nutze macht Um die Rotationsrichtung zu wechseln werden Zahnradstufe und Welle mithilfe der Kupplung verbunden auf diese Weise wird die Leistung uber die Zwischenwelle ubertragen Die Rotation wird umgekehrt weil bei einer Kettenstufe im Gegenteil zur Zahnradstufe keine Drehrichtungsumkehr eingebracht wird Indem die Kupplung geschlossen wird wird die Laufrichtung beibehalten Ein Vorteil von Kettenstufen besteht darin dass diese im Gegenteil zu kraftschlussigen Losungen die Leistung in jedem Arbeitspunkt schlupflos ubertragen Als Nachteil sind hingegen die niedrigen maximalen Umfangsgeschwindigkeiten aufgrund von Schwingungs und Gerauschanregung beim Eingriff zu bewerten 20 Einzelnachweise Bearbeiten Johannes Looman Zahnradgetriebe Grundlagen Konstruktionen Anwendungen in Fahrzeugen 3 neubearbeitete und erweiterte Auflage Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg 1996 S 22 a b c Joseph Jehlicka Egon Martyrer August Schalitz Kleines Lexikon Getriebe und Kupplungen In DVA kleine technische Lexica DVA Deutsche Verlags Anstalt Abt Fachverlag 1964 S 246 Bertsche B Bernd Lechner G Gisbert Ryborz Joachim Novak Wolfgang Fahrzeuggetriebe Grundlagen Auswahl Auslegung und Konstruktion 2 bearbeitete und erw Auflage Springer Berlin 2007 ISBN 978 3 540 30670 2 S 66 Grote Karl Heinrich Bender Beate Gohlich Dietmar Dubbel Taschenbuch fur den Maschinenbau 25 neu bearbeitete und aktualisierte Auflage Berlin ISBN 978 3 662 54804 2 S G125 a b Pohlandt Christian Grundlagen mobiler Arbeitsmaschinen KIT Scientific Publishing Karlsruhe 2014 ISBN 978 3 7315 0188 6 S II 25 Winter Hans Maschinenelemente Band 2 Getriebe allgemein Zahnradgetriebe Grundlagen Stirnradgetriebe Zweite vollig neubearbeitete Auflage Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg 2003 ISBN 978 3 662 11873 3 S 273 a b Grote Karl Heinrich Bender Beate Gohlich Dietmar Dubbel Taschenbuch fur den Maschinenbau 25 neu bearbeitete und aktualisierte Auflage Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg ISBN 978 3 662 54804 2 S G127 a b Haberhauer Horst 1950 Maschinenelemente Gestaltung Berechnung Anwendung 18 uberarbeitete Auflage Berlin ISBN 978 3 662 53047 4 S 571 Bertsche B Bernd Lechner G Gisbert Ryborz Joachim Novak Wolfgang Fahrzeuggetriebe Grundlagen Auswahl Auslegung und Konstruktion 2 bearbeitete und erw Auflage Springer Berlin 2007 ISBN 978 3 540 30670 2 S 159 160 Looman Johannes Zahnradgetriebe Grundlagen Konstruktionen Anwendungen in Fahrzeugen 3 neubearbeitete und erw Aufl 1996 Nachdruck in veranderter Ausstattung Springer Berlin 2009 ISBN 978 3 540 89460 5 S 351 Haberhauer Horst Maschinenelemente Gestaltung Berechnung Anwendung 18 uberarbeitete Auflage Berlin 2018 ISBN 978 3 662 53047 4 S 642 Haberhauer Horst Maschinenelemente Gestaltung Berechnung Anwendung 18 uberarbeitete Auflage Berlin ISBN 978 3 662 53047 4 S 629 630 Grote Karl Heinrich Bender Beate Gohlich Dietmar Dubbel Taschenbuch fur den Maschinenbau 25 neu bearbeitete und aktualisierte Auflage 25 Auflage Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg ISBN 978 3 662 54804 2 S G111 Haberhauer Horst Maschinenelemente Gestaltung Berechnung Anwendung 18 uberarbeitete Auflage Berlin ISBN 978 3 662 53047 4 S 612 Holzt Alfred Conrad Udo Die Schule des Maschinentechnikers Die Hebe und Transport Maschinen Lehrbuch zum Selbstunterricht im Maschinenbau Hrsg Heepke Wilhelm Verlag von Moritz Schafer Buchhandlung Leipzig 1911 S 50 Haberhauer Horst Maschinenelemente Gestaltung Berechnung Anwendung 18 uberarbeitete Auflage Berlin ISBN 978 3 662 53047 4 S 613 a b Kickbusch Ernst Fottinger Kupplungen und Fottinger Getriebe Konstruktion und Berechnung Berlin Heidelberg ISBN 978 3 642 52434 9 S 173 Kickbusch Ernst Fottinger Kupplungen und Fottinger Getriebe Konstruktion und Berechnung Berlin Heidelberg ISBN 978 3 642 52434 9 S 7 Grote Karl Heinrich Bender Beate Gohlich Dietmar Dubbel Taschenbuch fur den Maschinenbau 25 neu bearbeitete und aktualisierte Auflage Berlin ISBN 978 3 662 54804 2 S R53 Grote Karl Heinrich Bender Beate Gohlich Dietmar Dubbel Taschenbuch fur den Maschinenbau 25 neu bearbeitete und aktualisierte Auflage Berlin ISBN 978 3 662 54804 2 S G118 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Wendegetriebe amp oldid 224047944