Lernfeld 7 · Prüfung Teil 2

Getriebe, Kupplungen und Riementriebe

Zahnradgetriebe, Riementriebe und Kupplungen kurz erklärt: Übersetzung, Drehzahl, Drehmoment, Wirkungsgrad und Montage im Industriebetrieb.

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Darum geht es

Getriebe passen Drehzahl und Drehmoment eines Motors an die Arbeitsmaschine an. Die Übersetzung $i$ ist das Verhältnis von Antriebs- zu Abtriebsdrehzahl. Beim Zahnradgetriebe bestimmen die Zähnezahlen die Übersetzung, beim Riementrieb die Scheibendurchmesser. Bei $i > 1$ wird ins Langsame übersetzt, die Drehzahl sinkt und das Drehmoment steigt, abzüglich der Verluste. Mehrstufige Getriebe multiplizieren die Übersetzungen und die Wirkungsgrade der Stufen.

Stirnradgetriebe haben einen hohen Wirkungsgrad, Kegelradgetriebe lenken die Drehbewegung um 90° um, Schneckengetriebe erreichen in einer Stufe große Übersetzungen, haben aber mehr Reibung und einen schlechteren Wirkungsgrad. Keilriemen übertragen kraftschlüssig mit etwas Schlupf, Zahnriemen und Ketten formschlüssig und winkelgenau. Ein Keilriemensatz wird immer komplett getauscht, die Scheiben werden ausgefluchtet und die Spannung nach Herstellerangabe eingestellt.

Kupplungen verbinden Wellen. Starre Kupplungen verlangen genau fluchtende Wellen, elastische Kupplungen gleichen kleine Versätze aus und dämpfen Stöße, Schaltkupplungen trennen den Kraftfluss bei Bedarf, Sicherheitskupplungen rutschen bei Überlast durch. Beim Tuschieren zeigt das Tragbild auf den Zahnflanken, ob ein Zahnradpaar richtig steht; ein einseitiges Tragbild deutet auf schief stehende Wellen.

Das solltest du dir merken

Was an Drehzahl verloren geht, gewinnt das Getriebe an Drehmoment; die Leistung bleibt bis auf die Verluste gleich.
Mehrstufig heißt Übersetzungen und Wirkungsgrade multiplizieren, nicht addieren.
Zahnriemen und Ketten übertragen schlupffrei, Keilriemen kraftschlüssig mit Schlupf.
Keilriemen immer als Satz tauschen und die Scheiben ausfluchten.
Schneckengetriebe bieten große Übersetzung in einer Stufe, aber einen schlechteren Wirkungsgrad.

Formeln

Übersetzung: $i = \frac{n _{1}}{n _{2}} = \frac{z _{2}}{z _{1}} = \frac{d _{2}}{d _{1}}$; $n_{1}$ , $n_{2}$ Drehzahl an An- und Abtrieb in 1/min, $z$ Zähnezahl, $d$ Scheibendurchmesser
Gesamtübersetzung mehrstufig: $i = i_{1} \cdot i_{2} \cdot i_{3}$; $i_{1}$ bis $i_{3}$ Übersetzungen der einzelnen Stufen
Abtriebsdrehmoment: $M_{2} = M_{1} \cdot i \cdot η$; $M_{1}$ , $M_{2}$ Drehmoment an An- und Abtrieb in Nm, $η$ Wirkungsgrad des Getriebes
Leistung aus Drehmoment und Drehzahl: $P = \frac{M \cdot n}{9550}$; $P$ in kW, $M$ in Nm, $n$ in 1/min

Typische Fehler in der Prüfung

Übersetzung umgekehrt gebildet und damit die Abtriebsdrehzahl größer statt kleiner berechnet.
Bei mehrstufigen Getrieben die Stufenübersetzungen addiert statt multipliziert.
Wirkungsgrad beim Drehmoment vergessen oder durch ihn geteilt statt mit ihm malgenommen.
Starre Kupplung bei nicht fluchtenden Wellen eingebaut; Lager und Dichtungen fallen früh aus.

Tipps aus der Werkstatt

Übersetzung i = n1 / n2 = z2 / z1 = d2 / d1. Ist i größer als 1, wird ins Langsame übersetzt: die Drehzahl sinkt, das Drehmoment steigt um etwa denselben Faktor, abzüglich der Verluste über den Wirkungsgrad.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Getriebe, Kupplungen und Riementriebe“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Industriemechaniker, Lernfeld 7 (Montieren von technischen Teilsystemen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.