Mehrstufiges Getriebe

Bei einfachen Stirnradgetrieben bildet ein Zahnradpaar eine Getriebestufe. Schaltet man mehrere Zahnradpaare hintereinander, so spricht man von mehrstufigen Getrieben. Je Getriebestufe ergibt sich dabei eine Umkehr der Drehrichtung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle. Die Gesamtübersetzung von mehrstufigen Getrieben berechnet man durch Multiplikation der Übersetzung jeder Getriebestufe.

Die Antriebsdrehzahl wird um den Faktor der Getriebeübersetzung reduziert oder erhöht, je nachdem, ob es sich um eine Übersetzung ins Langsame oder eine Übersetzung ins Schnelle handelt. In den meisten Anwendungsfällen ist eine Übersetzung ins Langsame erwünscht, da dabei das Antriebsdrehmoment, im Gegensatz zur Antriebsdrehzahl, um den Faktor der Gesamtübersetzung vervielfacht wird.

Ein einstufiges Stirnradgetriebe lässt sich technisch sinnvoll bis zu einem Übersetzungsverhältnis von ca. 10:1 realisieren. Der Grund hierfür liegt im Verhältnis der Zähnezahlen. Ab einer Übersetzung von 10:1 wird das antreibende Zahnrad sehr klein. Dies wirkt sich negativ auf die Verzahnungsgeometrie und auf das übertragbare Drehmoment aus.

Bei Planetengetrieben ist ein mehrstufiges Getriebe sehr einfach zu realisieren. Ein zweistufiges Getriebe oder auch dreistufiges Getriebe erreicht man durch einfache Verlängerung des Hohlrades und die darin serielle Anordnung mehrerer einzelner Planetenstufen. Ein Planetengetriebe mit einer Übersetzung von 20:1 lässt sich beispielsweise aus den Einzelübersetzungen 5:1 und 4:1 herstellen. Anstelle der Abtriebswelle befindet sich dabei im Planetenträger das Sonnenrad, welches die folgende Planetenstufe antreibt. Ein dreistufiges Getriebe erhält man durch eine weitere Verlängerung des Hohrades und einer weiteren Planetenstufe. Die Übersetzung 100:1 erhält man aus den Einzelübersetzungen 5:1, 5:1 und 4:1. Grundsätzlich lassen sich alle Einzelübersetzungen mit einander kombinieren, wodurch sich sehr viele Übersetzungsmöglichkeiten für mehrstufige Planetengetriebe ergeben. Das übertragbare Drehmoment kann dabei durch zusätzliche Planetenräder gesteigert werden. Die Drehrichtung von Antriebswelle und Abtriebswelle ist dabei immer gleichsinnig, sofern das Hohlrad bzw. Gehäuse festgesetzt ist.

Mit steigender Anzahl der Getriebestufen sinkt der Wirkungsgrad des Gesamtgetriebes. Bei einer Übersetzung von 100:1 ist der Wirkungsgrad niedriger als bei einer Übersetzung von 20:1. Um diesem Umstand entgegen zu wirken, achtet man darauf, dass bei mehrstufigen Getrieben gerade die Verlustleistung der Antriebsstufe gering ist. Dies erreicht man, indem z.B. Reibungsverluste der Getriebeabdichtung reduziert werden oder indem die Antriebsstufe zusätzlich geometrisch kleiner ausgeführt wird. Dadurch wird auch die Massenträgheit reduziert, was wiederum bei dynamischen Anwendungen vorteilhaft ist. Einstufige Planetengetriebe haben den besten Wirkungsgrad.

Mehrstufige Getriebe können zudem durch die Kombination verschiedener Verzahnungsarten realisiert werden. Bei einem Winkelgetriebe werden einfach ein Kegelradgetriebe und ein Planetengetriebe kombiniert. Auch hier ist die Gesamtübersetzung das Produkt der Einzelübersetzungen. Je nach Verzahnungsart und Ausführung der Kegelradstufe ist eine gegensinnige Drehrichtung von Antrieb und Abtrieb möglich.

Die Vorteile von mehrstufigen Getrieben:

• Hohe Übersetzungsvielfalt
• Durchgängige Koaxialität bei Planetengetrieben
• Kompakte Bauform bei hohen Übersetzungen
• Kombination verschiedener Getriebearten möglich
• Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Die Nachteile von mehrstufigen Getrieben (im Vergleich zu einstufigen Getrieben):

• Komplexer Aufbau
• Niedrigerer Wirkungsgrad