Grundlegender Leitfaden: Mechanische Kraftübertragung

Mit einem Antrieb wird eine Maschine oder Maschinenkomponente in Bewegung gesetzt. Ein Antrieb wird auch als Getriebe bezeichnet und ist somit das System, das die Bewegung bewirkt. Es ist im Prinzip der Sammelbegriff für verschiedene Techniken, die kreisförmige oder hin- und hergehende Bewegungen übertragen. Neben der Bewegung wird auch die Kraft/Leistung durch den Antrieb übertragen.

Mit anderen Worten ist es die Verbindung zwischen Motor und Werkzeug, die angetrieben werden muss. Denken Sie zum Beispiel an ein Auto, bei dem die Räder von dem Motor angetrieben werden, durch den sich das Auto bewegt. In der Industrie finden wir Antriebe in allen Werkzeugen, die bewegliche Teile enthalten, wie Pumpen, Ventilatoren, Pick & Place-Einheiten, Förderbänder, etc. Es gibt verschiedene Antriebstechniken:

• Hydraulische Antriebe
• Pneumatische Antriebe
• Elektrische Antriebe
• Mechanische Antriebe

In diesem Leitfaden werden wir die mechanischen Antriebe näher erläutern. Es soll Ihnen Informationen über den Betrieb dieser Antriebe geben, was die verschiedenen Arten von Antrieben sind und welche Teile zu ihnen gehören.

1. Wie funktioniert mechanische Antriebstechnik?

Mechanische Getriebe sind im technischen Bereich üblich. Es ist auch der am längsten existierende Antrieb in der Technologie. Bei mechanischen Antrieben wird ein Verfahren verwendet, bei dem bewegliche Teile verwendet werden, um Kraft und Bewegung vom Antriebsmotor auf das angetriebene Werkzeug zu übertragen. Manchmal benötigt die Maschine die gleichen Geschwindigkeiten und Kräfte wie der Antriebsmotor, aber diese können sich auch voneinander unterscheiden. In diesem Fall spricht man von einem variablen Getriebe.

Bei einem mechanischen Antrieb geht es in erster Linie darum, eine Drehbewegung auf eine andere Drehbewegung zu übertragen. Manchmal wird auch die Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung umgewandelt.

In der mechanischen Antriebstechnik gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, Geschwindigkeit und Leistung zu übertragen:

• Mit Zahn- oder Keilriemen
• Mit einer Kette
• Mit einer Wellenkupplung
• Mit einem Kettenrad

2. Riemenantrieb

Ein Riemenantrieb überträgt die Kraft zwischen zwei parallelen Achsen über einen Riemen. Auf diesen Achsen sind Scheiben (auch Riemenscheiben genannt) montiert und der Riemen läuft über diese Riemenscheiben. Der in diesem Antrieb verwendete Riemen ist ein geschlossener und hat daher keinen Anfang und kein Ende.

Wenn zwei Scheiben den gleichen Durchmesser haben, drehen sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Wird jedoch an einer Achse ein anderer Durchmesser als an der anderen verwendet, ändert sich die Geschwindigkeit und es kommt zu einer Beschleunigung oder Verzögerung des Antriebs. Bei einem Riemenantrieb drehen sich die Scheiben normalerweise in die gleiche Richtung.

Es gibt drei verschiedene Arten von Riementrieben: einen Zahnriemenantrieb, einen Keilriemenantrieb und einen Flachriemenantrieb. Die meisten Antriebe sind mit einem Zahnriemen oder einem Keilriemen ausgestattet, was im Folgenden näher erläutert wird.

Arten von Riemantrieben

Keilriemenantrieb

Keilriemenantriebe gibt es seit Anfang des 20. Jahrhunderts. Dieser Antrieb besteht aus zwei oder mehreren Scheiben mit einer oder mehreren Nuten auf der Außenseite in V-Form. In diesen Nuten wird ein Keilriemen angezogen und wenn sich die treibende Scheibe zu bewegen beginnt, bringt der Keilriemen die angetriebene Scheibe mit.

Wenn der Keilriemen nicht fest genug sitzt oder die Keilrillen in der Scheibe zu stark abgenutzt sind, kann der Riemen rutschen. Dies geschieht auch bei einer Blockade im System. In einer Scheibe (die natürlich die gleiche Anzahl von Nuten hat) können mehrere Keilriemen nebeneinander laufen, um mehr Kraft zu übertragen.

Zahnriemenantrieb

Ein Zahnriemenantrieb besteht aus zwei oder mehreren Scheiben mit einem Außenrad (daher der Name Zahnriemenscheiben), über das ein Zahnriemen gespannt wird. Die Zähne des Riemens greifen in die Zähne der Scheibe ein und so wird die Bewegung von einer Scheibe auf die andere übertragen. Im Gegensatz zu Keilriementrieben kann es durch das Getriebe zu keine Schlupf kommen und somit ist auch der Wirkungsgrad des Antriebs höher.

Berechnen Sie das Übersetzungsverhältnis des Riementriebs

Mit einem Riemenantrieb ist es einfach, die Drehzahl der angetriebenen Scheibe zu berechnen. Sie können die folgende Formel verwenden:

d1 x n1 = d2 x n2

d1 = Durchmesser der Scheibe 1

n1 = Anzahl der Umdrehungen pro Minute Scheibe 1 (Drehzahl)

d2 = Durchmesser der Scheibe 2

n2 = Anzahl der Umdrehungen pro Minute Scheibe 2 (Drehzahl)

Beachten Sie, dass sich die Scheibe bei einem Keilriemenantrieb etwas langsamer drehen kann als sie sollte. Dies ist auf den oben genannten Schlupf des Riemens zurückzuführen. Ein Zahnriemenantrieb hat dieses Problem nicht.

Anwendungen des Riementriebs

Riemenantriebe werden häufig unter anderem für Pumpen, Industrieventilatoren zum Antrieb von Rollenbahnen oder Förderern, Kompressoren usw. eingesetzt.

Vorteile des Riemenantriebs

Eingesetzt werden Riementriebe unter anderem wegen des großen Abstands, der zwischen den Riemenscheiben überbrückt werden kann. Weitere Vorteile dieses Antriebs sind:

• Kostengünstig: Riemen haben einen hohen Wirkungsgrad (95-98%)
• Einfach zu bedienen und leicht
• Geringe Wartungskosten
• Lange Lebensdauer

Nachteile des Riemenantriebs

Ein Grund für den Verzicht auf einen Keilriemenantrieb kann die Möglichkeit des Rutschens sein. In manchen Fällen ist dies aber doch wünschenswert wie eine Art Sicherheit bei einer Blockade des Antriebs. Mit einem Zahnriemenantrieb haben Sie dieses Problem nicht. Weitere Nachteile eines Riementriebs sind:

• Bei höheren Leistungen ist der Antrieb oft nicht kompakt, obwohl es dafür Lösungen mit den neuesten Entwicklungen bei Zahnriemen gibt.

3. Kettenantrieb

Das Prinzip eines Kettenantriebs ist das gleiche wie bei einem Riemenantrieb. Es gibt zwei Kettenräder, die durch eine Kette miteinander verbunden sind. Diese Kette besteht aus einer Reihe von Gliedern, in die die Zähne der Räder eingreifen können. Die Wellen laufen parallel zueinander und die Kettenräder drehen sich in die gleiche Richtung. Dieser Antrieb zeichnet sich auch dadurch aus, dass er nicht rutscht und, wie beim Riemenantrieb, ein Kettenantrieb eine Bewegung über eine längere Strecke übertragen kann.

Anwendungen eines Kettenantriebs

Das bekannteste Beispiel für einen Kettenantrieb ist natürlich das Fahrrad und das Motorrad, aber es wird auch in der Landwirtschaft und in Industriemaschinen eingesetzt.

Ein Kettenantrieb hat drei Grundfunktionen:

1. Leistung: Es kann Leistung (Drehzahl und Drehmoment) von Komponente zu Komponente übertragen. Selbst auf engstem Raum kann ein Kettenantrieb ein hohes Drehmoment übertragen.
2. Transport: Es kann verwendet werden, um Materialien zu bewegen (gleiten, schieben, ziehen oder tragen), indem so genannte Träger an der Kette befestigt werden. Denken Sie an Kisten oder Produkte wie Kunststoffplatten, Holz, Glas, etc.
3. Timing: Ein Kettenantrieb wird manchmal auch verwendet, um Zeitbewegungen zu synchronisieren oder zu verfolgen.

Vorteile des Kettenantriebs

Ein Kettenantrieb, wie ein Zahnriemenantrieb, kann nicht rutschen. Weitere Vorteile sind:

• Ein hohes Übersetzungsverhältnis ist möglich
• Hoher Wirkungsgrad, geringer Energieverlust
• Beständig gegen hohe Temperaturen, Feuchtigkeit und Schmutz
• Einfach zu installieren

Nachteile des Kettenantriebs

• Häufige Wartung: Sie müssen eine Kette regelmäßig schmieren
• Bei langen Strecken kann die Kette Geschwindigkeitsschwankungen aufweisen
• Es kann Vibrationen verursachen

5. Zahnradantrieb

Ein Zahnradantrieb wird auch als Zahnradübersetzung bezeichnet. Zahnräder werden häufig verwendet, um die Drehrichtung oder Drehung einer Bewegung zu ändern oder den Drehwinkel zu ändern. Dieser Antrieb wird auch verwendet, um eine Geschwindigkeit zu erhöhen oder zu verringern. Das System verfügt über ein Antriebsrad und ein Spurkranzrad, auch bekannt als das "antreibende Rad" und das "angetriebene Rad". Wie bei Zahnriemen- und Kettentrieben kann es auch hier keinen Schlupf geben.

Berechnen Sie das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder

Es ist möglich, die Übersetzung des Antriebs zu berechnen. Zählen Sie in diesem Fall die Zähne des Antriebsrades und des nachfolgenden Rades. Angenommen, das Antriebsrad hat 20 Zähne und das folgende Rad hat 10, dann ist das Verhältnis: 20:10. Mit anderen Worten: 2:1. Sie können die Übersetzung ganz einfach mit der folgenden Formel berechnen:

z1 x n1 = z2 x n2

z1 = Anzahl der Zähne des Antriebsrades

z2 = Anzahl der Zähne hinter dem Rad

n1 = Anzahl der Umdrehungen des Antriebsrades pro Sekunde

n2 = Anzahl der Umdrehungen des folgenden Rades pro Sekunde

Anwendungen von Zahnradantrieben

Ein Zahnradantrieb wird häufig eingesetzt, wenn auf kurzem Weg große Übersetzungen erreicht werden müssen. Wenn ein kleines Kettenrad ein großes Kettenrad bewegt, erhöht es die Leistung. Umgekehrt, wenn ein großes Zahnrad ein kleines Zahnrad antreibt, führt dies zu einer Beschleunigung. Die Kraft nimmt dann etwas ab.

Vorteile von Zahnradantrieben

Die Möglichkeit großer Übersetzungen in einer kompakten Umgebung ist einer der Hauptvorteile eines Zahnradantriebs. Andere Vorteile:

• Es gibt kein Verrutschen.
• Konstantes Übersetzungsverhältnis
• Starke Übertragung, die viel Kraft bewegen kann
• Lange Lebensdauer

Nachteile eines Zahnradantrieben

Ein Zahnradantrieb ist für Wellen mit großen Abständen nicht geeignet. Es hat auch mehrere Nachteile:

Es ist nicht die beste Lösung für hohe Geschwindigkeiten
Regelmäßige Wartung: Sie müssen ein Getriebe regelmäßig schmieren
Bei hoher Geschwindigkeit ist viel Lärm zu hören
Sie sind weniger wirtschaftlich als ein Riemen- oder Kettenantrieb
Mehrere Zahnräder haben ein höheres Gewicht
Ist ein starrer Antrieb: wenig Flexibilität
Bei Stoßbelastungen können die Zahnräder schnell beschädigt werden