Stirnradgetriebe, bestehend aus einer Schnecke und einem Schneckenrad, ermöglichen die Übertragung großer Lasten mit hoher Übersetzungsrate.
Funktionalität
Ein spezielles Zahnraddesign wird genanntAloe VeraDabei legt sich der Zahn wie ein Gewinde um die Schneckenwelle. Dieser bildet das Gegenrad zur Schnecke.endloses Rad.Ein solches Getriebe, bestehend aus einer Schnecke und einem Schneckenrad, wird üblicherweise als a bezeichnetSchrägverzahnungfestgelegt.
Die Schnecke kann als Sonderfall eines Schneckengetriebes angesehen werden. Stellen Sie sich vor, ein Stirnrad hat nur einen Zahn. Erhöhen Sie nun den Schrägungswinkel so, dass der Zahn das Stirnrad mehrmals umkreist, bevor er die gegenüberliegende Stirnseite wieder verlässt. Das Ergebnis wäre eine "Einzahn"-Schnecke.
Nun kann man sich vorstellen, statt nur einem Zahn zwei oder mehr Zähne gleichzeitig um das Stirnrad zu wickeln. Dies entspräche dann einer "zweizahnigen" oder "mehrzahnigen" Schnecke.
Die "Zähnezahl" einer Schnecke wird genanntAnzahl der Gängefestgelegt. Also, reden Sie darüberfesselnd,der GeschwindigkeitenÖmehrkettigSchnecken. In der Regel kommen hauptsächlich einflüglige Würmer vor, in besonderen Fällen kann die Anzahl der Flüge aber auch vier erreichen.
Schnecken sind im Prinzip spiralförmig gewundene „Zähne“, die sich in das Schneckenrad einschrauben und dieses somit antreiben!
Übersetzungsverhältnis
Da die Anzahl der Zahnräder letztendlich der Anzahl der Zähne bei Stirnrädern entspricht, wird die Anzahl zur Ermittlung derÜbersetzungsverhältnis\(i\) Anzahl der Zähne, die für die Anzahl der Bitläufe zugrunde gelegt werden:
\begin{alinear}
\label{Übersetzungsrate}
&\boxed{ i = \frac{z_{\text{wurm}}} {z_{\text{wurm}}} } ~~~ \text{com } z_{\text{wurm}} = 1 … 4 ~ ~~\text{abhängig von der Anzahl der Gänge}\\[5px]
\end{alinear}
Dass sich die Anzahl der Schneckengänge wie die Zähnezahl eines Zahnrads verhält, ist auch direkt in der Animation unterhalb des eingängigen Schneckenrads zu sehen. Mit einer Drehung des Bits rückt das Gewinde um eine Position vor. Das Schneckenrad wird somit um einen Zahn vorgeschoben. Im Vergleich zu einem Zahnrad verhält sich die Schnecke in diesem Fall so, als hätte sie an ihrem Umfang nur einen Zahn.
Andererseits würden bei einer Umdrehung einer Doppelschnecke zwei Umdrehungen der Schnecke jeweils einen Zahn vorrücken. Sie hätten dann insgesamt zwei Schneckenradzähne vorgeschoben. Die zweigängige Schnecke würde sich dann wie ein zweizahniges Zahnrad verhalten.
Die folgende Animation zeigt den Vergleich zwischen einem Zweiflugwurm und einem Einflugwurm. Beachten Sie, dass sich das von der Doppelgewindeschnecke angetriebene Schneckenrad doppelt so schnell dreht wie das Schneckenrad der Einfachgewindeschnecke (geringeres Übersetzungsverhältnis).
Durch die generell sehr geringe Anzahl an Schneckenrädern (meist ein einziges Getriebe!) können platzsparend mehr als 100 erreicht werden!
Da bei einem Schneckengetriebe mehrere Gewindeabschnitte des Schneckenrades gleichzeitig kämmen, ist die Belastbarkeit solcher Getriebe sehr hoch, dh es können sehr hohe Leistungen übertragen werden. Außerdem sind Schneckengetriebe durch das ständige Gleiten der Flanken zwischen Schnecke und Schneckenrad und der notwendigen Schmierung bzw. Kühlung sehr leise (mehr dazu im nächsten Abschnitt).
Stirnradgetriebe sind sehr platzsparend und für die Übertragung großer Kräfte bei hohen Übersetzungsraten geeignet!
Kraftübertragung
Bei Schneckengetrieben erfolgt die Kraftübertragung fast ausschließlich über Flankengleitvorgänge, dh die Flanken gleiten wie bei einer Schraubverbindung übereinander. Schnecken stellen schließlich einen Sonderfall darSchrägverzahnungenIm Gegensatz zu Schneckenrädern, die einen punktförmigen Flankenkontakt erzeugen, haben Schneckenräder jedoch einen linearen Flankenkontakt. Daraus ergibt sich der Vorteil, bei höheren Übertragungsgeschwindigkeiten mehr Leistung zu übertragen.
das rausStirnradmiKegelradgetriebewer stoppt dasRollengetriebeRechnung (reine Rotation der gedachten Wälzkörper ohne relative Schlupfbewegung an den Kontaktstellen), die dazugehörtSchrägverzahnungdaher zur Gruppe derSchrägverzahnungen.Bedingt durch die Gleit- bzw. Reibungsvorgänge an den Flanken ist der Wirkungsgrad von Schrägwälzgetrieben geringer als der von Rollengetrieben. Aufgrund der Reibungsvorgänge an den Flanken und der damit verbundenen Wärmeentwicklung muss das Schneckenrad für eine hohe Leistung neben der Schmierung gekühlt werden.
Art Schnecke
Je nach Form der Schnecke lassen sich Schneckengetriebe unterschiedlich einteilen.
zylindrische Locken
Wenn die äußere Form der Schnecke ein Zylinder ist, wird sie genanntzylindrische Schnecke.Wenn der Querschnitt des Schneckenrades dieses zylindrische Profil am Umfang wiedergibt, spricht man vonGloboidschneckenrad.Aufgrund der relativ einfachen Herstellung einer Zylinderschraube wird diese Variante bevorzugt eingesetzt(zylindrisches Schrägstirnrad).
Inbusschrauben sind einfach herzustellen und werden aus Kostengründen bevorzugt!
Globoidschnecken
In einer modifizierten Variante beschreibt die äußere Form der Schnecke einen Bogen, der das Globoid-Schneckenrad teilweise „umhüllt“. Man spricht also von einemGloboidschnecke.
Im Vergleich zu zylindrischen Schnecken „umwickeln“ Kugelschnecken das Schneckenrad, sodass mehrere Gewindeabschnitte an der Kraftübertragung beteiligt sind. Globoidwürmer können daher höhere Leistungen übertragen als Spulwürmer.
Die Herstellung einer Globoidschnecke ist im Vergleich zu einer zylindrischen Schnecke relativ aufwändig und daher teuer. Solche Globoid-Schneckengetriebe werden daher weniger verwendet.
Höhere Leistungen können mit Globoidwürmern übertragen werden; Allerdings sind sie aufgrund der aufwendigen Herstellung relativ teuer!
In Sonderfällen kann die Globoidschnecke auch mit einem einfachen Schneckengetriebe gepaart werden. Dies erfordert jedoch eine spezielle Anpassung der Schnecke an das Stirnrad, was die Fertigung entsprechend teuer macht. Vorteil dieser Variante ist jedoch der geringere konstruktive Aufwand, da die radiale Positionierung des Schneckenrades in Kombination mit einem Einfachschneckenrad eine höhere Toleranz zulässt als bei einem Globoidschneckenrad.
automatische Sperre
Von Selbsthemmung spricht man, wenn ein Drehmoment nur in eine Richtung übertragen werden kann. Das Getriebe kann nur über den Getriebeeingang (Antrieb) gestartet werden; Der Stream kann jedoch nicht durch die Stream-Ausgabe (output) verschoben werden. Daher sind Eingang und Ausgang fest.
Aufgrund ihrer besonderen Wirkungsweise sind Stirnradgetriebe in der Regel selbsthemmend. Ursache für die automatische Blockierung ist die Schraubwirkung der Schnecke bei geringem Steigungswinkel. Obwohl der Meißel das Schneckenrad durch seine Schneckenflankenbewegung antreiben kann, ist es im Allgemeinen nicht möglich, einen umgekehrten Dralleffekt zu erzeugen. Der Anpressdruck der Flanken des Schneckenrades auf die Flanken des Schneckengewindes ist so groß und der Steigungswinkel so klein, dass die entstehende Reibungskraft eine Drehwirkung verhindert. Aus diesem Grund erfolgt bei selbsthemmenden Schneckengetrieben der Antrieb immer über die Schnecke und der Abtrieb über das Schneckenrad.
Selbsthemmende Schneckengetriebe können nur über die Schnecke angetrieben werden!
Beachten Sie, dass eingängige Schnecken im Allgemeinen einen kleineren Steigungswinkel haben als mehrgängige Schnecken. Daher winden sich eingängige Würmer stärker und verriegeln sich daher häufiger selbst als mehrgängige Würmer. Auf der anderen Seite bedeutet dies, dass bei mehrgängigen Schneckengetrieben (falls gewünscht) eine Selbsthemmung gezielt verhindert werden kann.
Arten von automatischen Sperren
Selbsthemmende Schneckengetriebe werden beispielsweise in Hebezeugen eingesetzt. Dadurch wird verhindert, dass sich die Hebevorrichtung bei abgestelltem Motor wieder absenkt (statische Sperre). Auf eine zusätzliche Feststellbremse kann dann verzichtet werden, wenn die Selbsthemmung groß genug ist und sich aufgrund von Vibrationen nicht selbst lösen kann. Wenn eine solche Freigabe der Fall ist, wird der Reduzierer oft "vibrieren".
Je nach Anwendungsfall ist außerdem sicherzustellen, dass das Getriebe nur stoppt, wenn der Motor während der Senkphase des Hubwerks abgeschaltet wird (dynamisch automatisch findenÖ.automatisches Bremsen).
Wie das obige Beispiel zeigt, sind zwei Arten der automatischen Sperrung zu unterscheiden:
- selbsthemmend (statisch selbsthemmend)
„Selbsthemmung im Ruhezustand“ (Haftreibung wird nicht überschritten) - Selbstbremsend (dynamische Selbsthemmung)
„Automatisches Bremsen aus Betriebszustand“ (Gleitreibung wirkt bremsend)
Von Selbsthemmung (statisch) spricht man, wenn ein vibrationsfrei stehendes Getriebe nicht über das Schneckenrad anlaufen kann!
Diese statische Autolock kann jedoch durch Vibration oder Schock überwunden werden und der Antrieb kann bei abtriebsseitiger Last anlaufen.
Beim automatischen Bremsen (dynamisches automatisches Sperren) kommt das ausgerückte Getriebe bei abtriebsseitiger Belastung (z. B. Aufzugsabfahrt) aus dem Betriebszustand nach kurzer Zeit zum Stehen.
automatische Sperre und Effizienz
Eine automatische Verriegelung ist immer mit Reibung verbunden, ohne die es keine automatische Verriegelung gäbe. Deshalb sind selbsthemmende Getriebe immer weniger effizient als vergleichbare nicht sperrende Getriebe. Der Wirkungsgrad von selbsthemmenden Schneckengetrieben liegt in der Regel unter 50 %. Oberhalb von 50 % sind Schrägverzahnungen im Allgemeinen nicht selbsthemmend, die Grenze ist immer fließend.
Wenn die automatische Sperre nicht benötigt wird, ist die Fokussierung normalerweise so effizient wie möglich. Auch mit Schneckengetrieben sind Wirkungsgrade weit über 90 % möglich, jedoch grundsätzlich ohne Selbsthemmung. .
Wie bereits erläutert, haben die einzelnen Schaufeln einer Mehrgangschnecke einen größeren Schrägungswinkel und damit eine geringere Neigung zur Selbsthemmung, da die Reibungskräfte aufgrund der geringeren „Keilwirkung“ geringer sind. Das steigert die Effizienz!
Multiflight Worms haben eine höhere Effizienz und weniger Neigung zur Selbsthemmung!
Ortungsgeräte
Beim Bewegen großer Massen mit dem Schneckenrad kann die Selbsthemmung problematisch sein. Wenn die Schnecke plötzlich abgeschaltet wird, versucht das Schneckenrad aufgrund der Trägheit der angetriebenen Masse weiter, sich zu bewegen. Da die Schnecke jedoch bei voller Selbsthemmung keine Drehbewegung zulässt bzw. bei dynamischer Selbsthemmung nur schwer beweglich ist, wirken an den Flanken bis zur Sollbruchstelle der Schnecke enorme Kräfte.
In diesen Fällen kann die Schnecke nicht abrupt gestoppt werden, sondern muss im ausgeschalteten Zustand noch einige Zeit nachlaufen. Bestimmte Gleitmittel können der Schnecke dabei helfen, dieses Auslaufen zuzulassen. Es kann auch erforderlich sein, bestimmte Sättigungsvorrichtungen zu installieren, um die Übertragungsgeschwindigkeit zu reduzieren.
Werden mit Schneckengetrieben große Massen bewegt, ist darauf zu achten, dass das Getriebe nach dem Abschalten nicht sofort stehen bleibt!