Stirnradgetriebe

Stirnradgetriebe

Stirnradgetriebe sind seit langem fester Bestandteil des Portfolios von KEB Antriebstechnik. Doch wie funktionieren Stirnradgetriebe und in welchen Applikationen kommen Sie zum Einsatz? Auf dieser Seite beleuchten wir die technischen Hintergründe und klären unter anderem auf, wie genau Stirnradgetriebe Drehbewegung übertragen.

Der Klassiker zur Kraftübertragung

Zur Übertragung von Drehmoment und Drehzahl vom Motor auf einen anzutreibenden Maschinen-Bestandteil werden nicht selten Stirnradgetriebe verwendet. Diese bestehen aus zwei oder mehreren ineinandergreifenden Zahnrädern. Besonderes Merkmal der Stirnradgetriebe: Die einzelnen Stirnräder werden auf parallelen Achsen zueinander angeordnet. KEB Antriebstechnik stellt Stirnradgetriebe zu 100 Prozent im Motoren- und Getriebewerk in Schneeberg her. Das Ergebnis sind qualitativ hochwertige Getriebe mit einem hohen Wirkungsgrad, die in zahlreichen (kundenspezifischen) Anwendungen zum Einsatz kommen.

Stirnradgetriebemotor — Stirnradgetriebe in Fußausführung in Kombination mit Asynchronmotor

Auf einen Blick: Was sind die Vorteile von einem Stirnradgetriebe?

Robust: Die Stirnradgetriebe von KEB sind besonders widerstandsfähig und sind somit geeignet für den Einsatz in rauen Umgebungen
Kompakt: Größtmögliche Platzersparnis dank kompakter Bauform
Kraftvoll: Kaum Verluste sorgen für einen sehr guten Wirkungsgrad von 94 bis 96 Prozent
Zuverlässig: Die lange Lebensdauer der Stirnradgetriebe spart Kosten
Starke Leistung: Abtriebsdrehmoment von 60 Nm bis 13.600 Nm
Individuell: Spezifische Kundenwünsche werden dank hoher Fertigungstiefe berücksichtigt
Präzise und leise: Exakte Bewegungsübertragung bei geringer Geräuschentwicklung
Kosteneffizient: Stirnradgetriebe sind reparaturfreundlich

Schnittmodell eines Stirnradgetriebes mit Motor. Die Schnittstellen sind mit gelber Farbe markiert, die Stirnräder sind klar sichtbar — Schnittmodell eines Stirnradgetriebes mit Motor

Was ist ein Stirnradgetriebe?

Ein Stirnradgetriebemotor besteht klassischerweise aus einer Kombination von Getriebe und elektrischem Antriebsmotor. In zahlreichen Anwendungsfeldern kommen Stirnradgetriebe zum Einsatz, um Drehmoment und Drehzahl zu übertragen. Das Getriebe selbst ist ein Zahnradgetriebe und wird vor allem durch eine achsparallele Anordnung gekennzeichnet. Dadurch ergeben sich gleich mehrere Vorteile: Stirnradgetriebe weisen eine kompakte Bauweise auf, sodass bei größtmöglicher Platzersparnis zeitgleich die gewünschte Übersetzung des Drehmoments und auch eine hohe Untersetzung der Drehzahl, also die Umwandlung einer hohen in eine niedrigere Drehzahl, realisiert werden kann. Die möglichen Übersetzungen bei einem Stirnradgetriebe starten bei 1:3 und enden für gängige Anwendungsfälle bei 1:250. Bei doppelten (hintereinander geschalteten) Stirnradgetrieben sind sogar Übersetzungen von bis zu 1:22.000 möglich.

Bei Stirnradgetrieben kann es sich grundsätzlich um Getriebe mit ein, zwei oder sogar drei Übersetzungsstufen handeln. Motor- und Abtriebswelle befinden sich bei dieser Getriebeart nahezu auf einer Ebene. Kombinationen aus mehreren Zahnrädern – den namensgebenden Stirnrädern – sind möglich, um die Motordrehzahl zu untersetzen und Bewegungen von einer Welle auf eine andere Welle zu übertragen. Die Zähne der Zahnräder sind bei Stirnradgetrieben so ausgestaltet, dass sie präzise ineinandergreifen, dabei können sie gerade oder schräg verzahnt sein. Bei KEB sind Zähne in der Regel schrägverzahnt. Wie die Zahnräder ineinandergreifen, ist von den individuellen Bedürfnissen abhängig. Sind gerade verzahnte Stirnräder einfacher und somit kostengünstiger herzustellen, bieten schräg verzahnte Stirnräder einen geräuschärmeren Lauf und die Möglichkeit, höhere Lasten zu übertragen. Das Ziel der Stirnradgetriebe ist, eine effiziente Kraftübertragung sicherzustellen.

Technische Zeichnung als Schnittmodell eines Stirnradgetriebes mit verschiedenen Varianten (z.B. Lager und Zahnräder)

Wie übertragen Stirnradgetriebe die Drehbewegung?

Die reine Motordrehzahl ist für viele Anwendungen in der Regel zu schnell und kann nicht ohne Weiteres genutzt werden. Hier kommen Getriebe wie das Stirnradgetriebe ins Spiel, die die Wandlung in die für die Applikation passenden Drehzahlen und Drehmomente vornehmen. Um nachvollziehen zu können, wie das Stirnradgetriebe Drehbewegungen überträgt, muss der grundsätzliche Aufbau des Getriebes beleuchtet werden. An der Eingangswelle beginnt die Drehbewegung. Die Eingangswelle ist mit dem Antriebsrad verbunden. Die Folge: Dreht sich die Welle, dann dreht sich auch das Antriebsrad. Das Antriebsrad greift mit seinen Zähnen in die Zähne des Abtriebsrads, wodurch die Bewegung effizient übertragen wird. Wenn sich das Antriebsrad dreht, zwingt es das Abtriebsrad, sich ebenfalls zu drehen. Die Drehrichtung des Abtriebsrades ist immer gegenläufig zur Drehrichtung des Antriebsrades. Die Drehbewegung wird schließlich auf die Ausgangswelle übertragen, die mit dem Abtriebsrad verbunden ist. Die Ausgangswelle kann dann die Drehbewegung auf andere mechanische Komponenten übertragen.

Die Übersetzung der Drehbewegung in einem Stirnradgetriebe wird ausschließlich von der Größe und der Anzahl der Zähne der Zahnräder beeinflusst. Ein kleineres Zahnrad, das ein größeres Zahnrad antreibt, erhöht das Drehmoment, während die Drehzahl reduziert wird. Umgekehrt führt ein größeres Zahnrad, das ein kleineres Zahnrad antreibt, zu einer Erhöhung der Drehzahl und einer Reduzierung des Drehmoments.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Stirnrädern?

Die Besonderheit der Stirnradgetriebe von KEB liegt in der Relation von Leistung zur kompakten Bauform. Klassischerweise entstehen Verluste im Getriebe zum Beispiel durch die Reibung der Zahnräder, wenn die Zahnflanken ineinandergreifen. Aufgrund der hohen Güte der Verzahnung, der Wälzlager und der Schmierung der Getriebe erreichen die Stirnradgetriebe von KEB hier sehr gute Werte. Da die Stirnradgetriebe aus dem KEB Portfolio kaum Verluste aufweisen, wird ein Wirkungsgrad – je nach Anzahl der Stufen – von 94 bis 96 Prozent erreicht. Eine möglichst hohe Verlustfreiheit beschreibt, dass die Motorleistung, die an das Getriebe gegeben wird, ohne größere Leistungsverluste an der Abtriebswelle ankommt. Aufgrund des hohen Wirkungsgrads ist das Stirnradgetriebe nicht selbsthemmend.

Welche Stirnradgetriebe-Ausführungen bietet KEB an?

Mit Leistungen von 0,12 kW bis 45 kW sind die Stirnradgetriebe von KEB verfügbar. Das Abtriebsdrehmoment bewegt sich von 60 Nm bis 13600 Nm. Die ausführlichen technischen Daten finden Sie auf der entsprechenden Produktseite. Aufgrund der hohen Fertigungsteife im Getriebe- und Motorenwerk in Schneeberg besteht immer voller Zugriff auf den Entstehungsprozess eines Stirnradgetriebes. Dadurch können kundenspezifische Anforderungen einfach umgesetzt werden und beispielsweise die Abtriebswelle kann unterschiedlich ausgeführt werden. Eine Besonderheit der Stirnradgetriebe ist, dass diese ausschließlich mit Abtriebsvollwelle, also einer Welle, auf die der Kunde zum Beispiel eine Kupplung aufsteckt, verfügbar ist.

Kunden haben die Wahl zwischen den Stirnradgetrieben als Fuß-, Flansch- oder Fuß-Flansch-Ausführung. Während die Fußausführung die Montage des Getriebes auf einer festen Oberfläche ermöglicht, sorgt die Flanschausführung dafür, dass das Getriebe direkt an der Kundenanwendung befestigt wird.

Foot-mounted helical gear — Fußausführung Stirnradgetriebe

Flange-mounted helical gear — Flanschausführung Stirnradgetriebe

Foot-flange-mounted helical gear — Fuß-Flanschausführung Stirnradgetriebe

Ein Stirnradgetriebe mit Motor unterhalb eines Förderbandes — Ein Stirnradgetriebe unterhalb eines Förderbandes: Die Intralogistik ist ein gängiges Einsatzgebiet für die Getriebe

Wann werden Stirnradgetriebe eingesetzt?

In zahlreichen Anwendungsfeldern sind Stirnradgetriebe gefragt. Insbesondere dann, wenn eine möglichst große Platzersparnis aufgrund des begrenzten Bauraums gewünscht ist. Gerade hier bieten sich Stirnradgetriebe aufgrund der kompakten Anordnung der Zahnräder bei gleichzeitig hoher Effizienz und Zuverlässigkeit an. Zu klassischen Anwendungsbereichen zählt etwa die Automobilindustrie. Hier kommen Stirnradgetriebe nicht selten in Schaltgetrieben zum Einsatz und übertragen die Leistung des Motors auf die Räder des Fahrzeugs. Eine zentrale Aufgabe dabei ist die Realisierung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse, um den verschiedenen Bedingungen während der Fahrt gerecht zu werden. Und auch beim Verteilen der Drehbewegung auf die Räder spielen Stirnradgetriebe – als Teil von Differenzialen – eine wesentliche Rolle. Darüber hinaus bestehen viele weitere Anwendungsfelder:

KEB ist seit Jahrzehnten Partner des Maschinenbaus. So sind auch die Stirnradgetriebe aus dem Motoren- und Getriebewerk von KEB Antriebstechnik in zahlreichen Maschinen und Anlagen im Einsatz. In Werkzeugmaschinen etwa sorgen die Getriebe für Kraftübertragung und optimale Lastverteilung. Durch eine hohe Robustheit eignen sich Stirnradgetriebe insbesondere für Anwendungen, die unter rauen Umgebungsbedingungen operieren.

Die Übertragung hoher Drehmomente ist eine Eigenschaft der Getriebe, die auch in der Fördertechnik wie z.B. Förderbändern gefragt ist. Auch in Textil-, Kunststoff-, Holzbearbeitungs- und Verpackungsmaschinen sind Stirnradgetriebe gefragt. Im Bereich der Robotik kommen Stirnradgetriebe zum Beispiel in Robotergelenken zum Einsatz. Zum einen sind sie hier aufgrund der kompakten Bauform erste Wahl und zum anderen ermöglichen sie präzise Bewegungen, auf die es Roboter- und Automatisierungsanwendungen im besonderen Maße ankommt.

Daneben bestehen noch viele andere Bereiche, in denen die Funktion von Stirnradgetrieben relevant sind. In mechanischen Uhrwerken übertragen die Getriebe Bewegungen präzise von der Feder auf den Zeiger und in Landmaschinen wie Traktoren übertragen sie die Leistung des Motors auf Anbaugeräte.

Ihr Kontakt bei KEB Automation