Was ist ein Getriebe?
Ein Getriebe ist eine Vorrichtung, die in Fahrzeugen und Maschinen wie Autos und Fahrrädern verwendet wird, um die Anzahl der Umdrehungen oder das Drehmoment (Drehkraft) zu regulieren.
Ein Untersetzungsgetriebe ist ein ähnliches Gerät, aber während ein Untersetzungsgetriebe ein festes Untersetzungsverhältnis hat, kann ein Getriebe das Übersetzungsverhältnis ändern. Das variable Übersetzungsverhältnis ermöglicht die Anpassung des Getriebes an verschiedene Betriebsbedingungen.
Durch Änderung der Kombination von Zahnrädern mit unterschiedlicher Zähnezahl werden die vom Motor oder einer anderen Kraftquelle zugeführte Drehzahl und das Drehmoment in die erforderliche Leistung umgewandelt.
Anwendungen von Getrieben
Getriebe werden in einer Vielzahl von Fahrzeugen und Maschinen eingesetzt.
1. Fahrzeuge
Bei Fahrzeugen für die Fortbewegung wie Autos, Motorrädern und Zügen kann die Untersetzung erhöht werden, um die Reifen mit einem größeren Drehmoment anzutreiben als das Drehmoment auf der Eingangsseite, z. B. dem Motor, wenn eine große Leistung erforderlich ist, wie z. B. beim Anfahren aus dem Stillstand oder beim Befahren einer Steigung. Wenn höhere Drehzahlen als große Drehmomente erforderlich sind, kann das Untersetzungsverhältnis verringert und die Ausgangsdrehzahl über die Eingangsdrehzahl erhöht werden.
2. Maschinen
Bei Werkzeugmaschinen muss die Umfangsgeschwindigkeit beim Schneiden in einem bestimmten Bereich gehalten werden. Daher werden Getriebe eingesetzt, um die Drehzahl in Abhängigkeit von Werkstückmaterial und Werkzeugdurchmesser zu variieren.
Funktionsweise von Getrieben
Getriebe nutzen Mechanismen wie Zahnräder und Riemenscheiben, um Drehmoment und Geschwindigkeit zu steuern. Diese Mechanismen ermöglichen die Änderung des Übersetzungsverhältnisses bei der Übertragung der Drehkraft von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle.
1. Getriebe mit Zahnrädern
Zahnräder sind scheibenförmige Zahnräder, die mit Zahnrädern unterschiedlicher Größe kombiniert werden können, um den Effekt der Geschwindigkeitsänderung zu erzielen. Die Größe eines Zahnrads wird durch den Radius und die Anzahl der Zähne ausgedrückt.
Ein Beispiel: Ein mit der Eingangswelle verbundenes Zahnrad (Ritzel) kämmt mit einem mit der Ausgangswelle verbundenen Zahnrad (Hohlrad). Die Drehung des Ritzels auf der Eingangswelle wird auf das Hohlrad übertragen, das dann eine Drehkraft von der Ausgangswelle erhalten kann. Wenn die Anzahl der Zähne des Ritzels geringer ist als die Anzahl der Zähne des Hohlrads, ist die Drehzahl der Ausgangswelle geringer als die der Eingangswelle und das Drehmoment steigt.
Umgekehrt ist die Drehzahl der Abtriebswelle höher als die der Eingangswelle und das Drehmoment sinkt, wenn die Zähnezahl des Ritzels größer ist als die des Hohlrads. Auf diese Weise können die Drehzahl und das Drehmoment in Abhängigkeit von der Getriebekombination variiert werden.
2. Getriebe mit Riemenscheiben
Ein Gummiriemen verbindet zwei Riemenscheiben, und durch Änderung des Verhältnisses der Durchmesser von Eingangs- und Ausgangsriemenscheibe wird eine variable Drehzahl erreicht. Bei den Riemenscheiben handelt es sich um scheibenförmige Räder, um die der Riemen gewickelt ist. Durch Änderung des Verhältnisses zwischen dem Durchmesser der kleineren, mit der Eingangswelle verbundenen Riemenscheiben und dem Durchmesser der größeren, mit der Ausgangswelle verbundenen Riemenscheiben können die Drehzahl und das Drehmoment der Ausgangswelle eingestellt werden.
Fahrräder und Motorräder ändern ihre Geschwindigkeit, indem sie das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle über eine Kette ändern, anstatt die Zahnräder direkt in Eingriff zu bringen. Auf diese Weise funktionieren Getriebe mit Hilfe von Mechanismen wie Zahnrädern und Riemenscheiben.
Arten von Getrieben
Getriebe lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Stufengetriebe und stufenlose Getriebe. Bei einem Stufengetriebe wird die Geschwindigkeit durch Änderung der Kombination von Zahnrädern und anderen Bauteilen verändert, so dass das Untersetzungsverhältnis ein stufenweiser Wert ist.
Bei stufenlosen Getrieben lässt sich das Untersetzungsverhältnis stufenlos ändern, so dass die optimale Kombination aus Drehmoment und Geschwindigkeit erreicht wird. Dies ermöglicht eine sanfte Beschleunigung und eine verbesserte Kraftstoffeffizienz.
Es gibt drei Haupttypen von Getrieben für Kraftfahrzeuge: Handschaltgetriebe (MT) und Automatikgetriebe (AT), bei denen es sich um stufenlose Getriebe handelt, sowie stufenlose Getriebe (CVT).
1. Manuelles Getriebe (MT)
Diese Art von Getriebe steuert die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Fahrzeugs, indem der Fahrer die Gänge manuell schaltet. Der Gangwechsel erfordert eine vorübergehende Unterbrechung der Motoreingabe, so dass eine als Kupplung bezeichnete Vorrichtung verwendet wird, um die Eingabe zu unterbrechen und den entsprechenden Gang zu wählen. Der Fahrer kann den Gang nach Belieben wählen und hat so eine bessere Kontrolle über die Leistung des Fahrzeugs.
2. Automatikgetriebe (AT)
Ein Getriebe, bei dem der Fahrer die Gänge nicht manuell schalten muss. Je nach Geschwindigkeit und Belastung des Fahrzeugs wird der optimale Gang automatisch durch eine elektronische Steuerung gewählt. Ein so genannter Drehmomentwandler, der mit Hilfe von Hydraulikdruck die Funktion der Kupplung in einem Schaltgetriebe übernimmt, sorgt für reibungslose Gangwechsel.
3. Stufenloses Getriebe (CVT)
Es gibt riemengetriebene CVTs und toroidale CVTs. Riemen-CVTs werden häufig in motorisierten Zweirädern und Pkws eingesetzt und wechseln die Gänge, indem sie den Kontaktdurchmesser der Riemenscheiben, die den Riemen antreiben, kontinuierlich verändern.
Das toroidale CVT ist ein Getriebe, das speziell geformte Rollen kombiniert; die Kraftübertragung erfolgt durch Reibung zwischen den Rollen, und die Geschwindigkeit wird durch Veränderung des Durchmessers des Kontakts zwischen den Rollen verändert.