Kraftübertragung mit der richtigen Technik
Die Antriebstechnik umfasst alle technischen Systeme, die mit Hilfe von Kraftübertragung
Bewegung bzw. Energie erzeugen. In der Regel ist sie Teil eines Gesamtensystems,
wie z. B. Kette und Kettenräder an einem Fahrrad. In diesem Beispiel wird
Muskelkraft in eine Drehbewegung des Rads umgewandelt und das gesamte Fahrrad in
Bewegung gesetzt. Generell ist die Antriebstechnik eine wichtige technische
Disziplin, weshalb sie in sehr vielen Gebieten zum Einsatz kommt, beispielsweise in der
Automatisierungstechnik,
Medizintechnik oder auch vor allem im Bereich der
KFZ-Technik.
Elemente für den Antrieb
Ein Antriebsstrang besteht aus verschiedenen Elementen, die im Zusammenspiel für die
Kraftübertragung oder Kraftumwandlung verantwortlich sind. Die wichtigsten dieser
Elemente möchten wir Ihnen an dieser Stelle kurz erläutern.
Motoren
Motoren sind oft das Herzstück eines Antriebsstranges. Sie wandeln verschiedene
Energieformen, wie thermische oder elektrische Energie, in Bewegung um. Üblicherweise
besitzen Motoren eine Welle, die von ihnen in Rotation versetzt wird. Am häufigsten
verbreitet sind Elektromotoren. In vielen elektrischen Geräten befindet sich ein
Elektromotor. Grundlegend wird hier nach Gleichstrommotor,
Wechselstrommotor und Drehstrommotor
unterschieden. Für Elektromotoren gibt es auch Geräte, die auf die Arbeit des Motors in
verschiedener Hinsicht Einfluss nehmen können. So nimmt als Beispiel der
Frequenzumrichter Einfluss auf die Spannung, die dem Motor
zugeführt wird und steuert damit seine Drehzahl. Sanftstarter
hingegen sorgen für einen sanften An- und Auslauf des Motors. So werden Maschinenteile
geschont, die vom Motor angetrieben werden.
Getriebe
Die hauptsächliche Aufgabe eines Getriebes ist die Anpassung der Eingangsdrehzahl an
eine bestimmte Ausgangsdrehzahl. Die Eingangsdrehzahl ist beispielsweise die Drehzahl
eines Elektromotors. Die Ausgangsdrehzahl kann die erforderliche Drehzahl eines Werkzeugs
sein. Das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl ist die Übersetzung.
Neben der Wandlung der Drehzahlen gehören auch die Wandlung bzw. Übertragung von
Drehrichtungen oder Drehmomenten zur Aufgabe eines Getriebes. Getriebe gibt es in
verschiedenen Formen und Funktionsweisen. Dazu gehören als Beispiel
Zugmittelgetriebe, Koppelgetriebe, Schraubengetriebe usw.
Wellen
Standardmäßig sind Wellen stabförmige Maschinenelemente.
Ihre Aufgabe besteht zum einen in der Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten
und zum anderen in der Lagerung rotierender Teile. Neben der Standard-Bauform gibt es
noch zahlreiche andere, wie die Gelenkwelle oder
die Kurbelwelle.
Lager
Die Lagerung von Maschinenteilen übernehmen in der Regel Lager. Sie sind dazu da, Kräfte
aufzunehmen bzw. sie abzuleiten. Allerdings können sie auch eingesetzt werden, um Bewegungen zu
ermöglichen oder sie einzuschränken. Grundlegend unterscheidet man zwischen
Gleitlager und Wälzlager.
Gleitlager erlauben Bewegungen mit Hilfe einer gleitenden Schicht zwischen den Lagerteilen.
Bei Wälzlagern trennen Wälzkörper die zu lagernden Elemente. Weiterhin wird unterschieden
in welche Richtungen die Lager Kräfte aufnehmen können. Radiallager nehmen Lasten auf, die
senkrecht zur Drehachse wirken. Axiallager nehmen Lasten in Richtung der Wellenachse auf.
Hülltriebe
Hülltriebe zählen zu den Zugmittelgetrieben. Dabei wird
noch zwischen kraftschlüssigem und formschlüssigem Zugmitteltrieb unterschieden.
Zu den kraftschlüssigen zählen alle Formen von Riementrieben, bei denen Drehmomente
durch Reibkräfte zwischen Riemen und Riemenscheibe übertragen werden. Beispiele für
solche Riementriebe sind Keilriemen oder Flachriemen.
Zu den formschlüssigen Zugmitteltrieben zählen Zahnriementriebe und Kettentriebe.
Drehmomente werden hier mit Hilfe eines formschlüssigen Profils übertragen.
Zahnräder
In so ziemlich jeder Maschine kommen Zahnräder vor. Sie
werden eingesetzt, um Drehmomente und Drehzahlen zu übertragen sowie deren Größe und
Richtung zu verändern. Dabei sind Zahnradpaare stets formschlüssig, also ohne Schlupf.
Die Größe der Verzahnung wird in Modul nach DIN 780 angegeben.
Außerdem ermöglichen sie, verglichen mit beispielsweise Hülltrieben, geringe Baugrößen.
Allerdings ist der maximal mögliche Achsabstand durch die Zahnradgröße beschränkt.
Größere Achsabstände müssen deshalb mit Zwischenrädern überwunden werden.
Es gibt verschiedene Zahnradarten, die in erster Linie nach der Drehachsen-Lage
zueinander unterschieden werden:
-
Bei parallelem Achsenverlauf werden Stirnzahnräder verwendet.
-
Kegelräder kommen bei sich schneiden Achsen zum Einsatz.
-
Kreuzen die Achsen sich, eignen sich Hypoidräder, Schneckenräder oder Schraubräder.
Eine Sonderform stellen Zahnstangen dar. Zahnstangen sind gerade Stangen, die
eine rotierende in eine lineare Bewegung oder umgekehrt umwandeln.
Schneckentriebe
Eine weitere Form von Getrieben stellen Schneckentriebe dar.
Sie zählen zur Gruppe der Schraubwälzgetriebe. Grundsätzlich bestehen sie aus einer
Schneckenwelle (eine schraubenförmige Welle) und einem dazu passenden Zahnrad bzw.
Schneckenrad. Durch Drehen der Schneckenwelle wird das anliegende Scheckenrad ebenfalls
in eine Drehbewegung versetzt.