Das Getriebe ist eines der ältesten technischen Maschinenelemente, welches von Ingenieuren entwickelt wurde. Es dient zur Übersetzung von Drehzahlen und Drehmomenten. Durch ein Getriebe werden Kraftübertragungen ermöglicht. Unter anderem kann durch das Getriebe ein Auto entsprechend hohe Geschwindigkeiten erreichen. Nur durch das Getriebe wird die Motordrehzahl auf die Antriebsdrehzahl übersetzt. Das Getriebe ist daher unverzichtbar für das Fahrzeug.
Die Auswahl des Getriebes
Das Getriebe kommt aber nicht nur in Fahrzeugen zum Einsatz. Auch in technischen Anlagen wird ein Getriebe verwendet. Muss man ein Getriebe auslegen, dann ist der erste Schritt die Wahl des passenden Konzepts. Es gibt Extrudergetriebe, Planetengetriebe, Kupplungsgetriebe und viele weitere Arten. Je nach Eingangs- sowie Ausgangsgröße muss das entsprechende Getriebe gewählt werden.
Steht das grobe Konzept, geht es an die Berechnung. Eine erste Skizze ist hilfreich. Danach sollten Dimensionen festgelegt werden. Dies beginnt mit der Berechnung des wirkenden Drehmoments. Wellen werden durch Biegung und Torsion belastet. Der erforderliche Durchmesser der Welle kann anhand von Kräften berechnet werden. Damit dies geschehen kann, muss auch der Werkstoff, aus dem die Welle besteht, bekannt sein. Normen unterstützen dabei und geben Empfehlungen über das zu wählende Material.
Ist die Dimensionierung der Welle bekannt, kann daraus der Rest abgeleitet werden. Lager und dazugehörige Lagerschalen werden auf die Größe der Welle angepasst. Passfedern und Nuten werden ebenso aus Normen entnommen und in die Wellenkonstruktion eingearbeitet. Die Abmessungen der Zahnräder sind von der jeweiligen Übersetzung abhängig. Dies ist wiederum Teil der Berechnung.
Energieeffiziente Auslegung
Im Getriebe greifen unterschiedliche Zahnräder ineinander. Es handelt sich um ein rein mechanisches System. Durch Reibung geht wesentliche Energie verloren. Die Ausgangsgröße ist daher mit Verluste behaftet und wird immer geringer sein, als die Eingangsgröße. Nichtsdestotrotz kann die Effizienz optimiert und der Wirkungsgrad erhöht werden. Die Verarbeitung der einzelnen Zahnräder spielt eine wesentliche Rolle. Sie müssen eine feine Oberfläche besitzen und präzise hergestellt sein.
Gehäuse, Lager, Zahnräder und Wellen müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein und reibungsfrei funktionieren. Nur durch Einhaltung von engsten Toleranzen wird Präzision sichergestellt.
Möchte man ein Getriebe realitätsnah berechnen, hilft dabei die Finite Elemente Methode. Diese Methode wird auch mit FEM abgekürzt und wird mittels Software dargestellt. Dabei wird ein einzelnes Bauteil in endliche Formen zerlegt. Die jeweilige Krafteinwirkung wird Teil für Teil berechnet. Die Verformung des Festkörpers kann sehr anschaulich dargestellt werden. Durch eine solche Berechnung können etliche Erkenntnisse gewonnen werden, die zur korrekten Dimensionierung des Getriebes beitragen. Dadurch kann man optimal das Getriebe auslegen.
Muss man ein Getriebe auslegen, sollte dies gut überlegt sein. Jede nachträgliche Änderung zieht hohe Kosten nach sich. In den meisten Fällen kann ein Getriebe nicht geändert werden, die Konstruktion muss vom Anfang wieder gestartet werden. Die Chemnitzer Zahnradfabrik GmbH & Co. KG bietet Getriebeauslegung an.