Zugmittelgetriebe

Zugmittel (Ketten, Seile, Riemen) gehören zu den ältesten bekannten Maschinenelementen. Bereits aus der Bronzezeit sind Ketten bekannt, die jedoch nur als Schmuck verwendet wurden. Bei Ausgrabungen in La-Téne (Neuenburger See) fand man Kesselketten, die keltischen Ursprungs sind. In der Grabkammer des Kammerherrn Ti zu Sakarah in Ägypten ist um 2600 v. Chr. ein Seiler bei der Arbeit dargestellt. Die Babylonier und Assyrer verwendeten Ketten erstmals als Transmissionselemente für Schöpfwerke. Erste Hinweise auf derartige Anwendungsfälle findet man bei dem griechischen Mechaniker Philon von Byzanz in seinen Büchern „Mechanike Syntaxis“ 225 v. Chr. Der römische Architekt und Ingenieur Markus Vitruvius Pollio baute 16 v. Chr. ein Schöpfwerk mit einer Gliederkette. Eine Weiterentwicklung der Transmissionselemente fand aufgrund der steigenden Bevölkerungszahlen mit der frühen industriellen Revolution der Renaissance in Italien statt. Im Jahr 1338 gab es in Florenz ca. zweihundert Textilwerkstätten. Schon um 1430 wurden endlose Seilumschlingungstriebe zum Antrieb von Schleifbänken eingesetzt. 1438 entwarf Jacopo Mariano ein Kettenrad, und Leonardo da Vinci (1452 bis 1519) zeigt in seinen über zweitausend Zeichnungen und Skizzen auch Gelenkketten ähnlich den heute bekannten Block- und Flyerketten. Erst im 17. Jahrhundert holten die mitteleuropäischen Länder den durch die Pest und den Hundertjährigen Krieg verlorenen wirtschaftlichen und technischen Rückstand auf. Der Brite Ph. White erhielt im Jahr 1634 ein Patent für die erste eiserne Ankerkette, eine Gliederkette.

Bei kraftschlüssigen Zugmittelgetrieben wird die Umfangskraft durch Reibung (Kraftschluß) von der Antriebsscheibe auf das Zugmittel und von dort auf die Abtriebsscheibe(n) übertragen. Das übertragbare Drehmoment ist von dem zwischen dem Zugmittel und den Scheiben vorhandenen Reibungsbeiwert und der Anpreßkraft abhängig. Die Grenzen der Belastbarkeit sind erreicht, wenn das Zugmittel durchzurutschen beginnt. Durch keilförmige Gestaltung des Zugmittels kann die Anpreßkraft bei gleichbleibender Belastung der Wellen erhöht werden, so daß eine Steigerung des übertragbaren Drehmoments erreicht wird. Da kraftschlüssige Zugmittelgetriebe schlupfbehaftet sind, ist keine winkelgenaue und synchrone Leistungsübertragung möglich.

Einfache Kettengetriebe — als Zweirädergetriebe — dienen der winkelgenauen Drehmomentübertragung vorzugsweise bei großen Wellenabständen. Die Kette als formschlüssiges Zugmittel überträgt die Umfangskraft bei parallelen Wellen schlupffrei zwischen Ritzel und Rad (Bild 3.1). Auch Mehrfachantriebe — mit und ohne Drehrichtungsumkehr — sind möglich.

Manche Arbeitsverfahren erfordern während des Betriebs veränderliche Drehzahlen und Drehmomente. Dies gilt insbesondere für alle Prozesse mit häufigen, schwierigen Anfahrvorgängen [39]. Dabei ist es unabhängig von der Art des Antriebs wirtschaftlich, die Drehzahl auf hohem Niveau (d.h. bei niedrigem Drehmoment) zu verstellen und ein hohes Drehmoment, d.h. niedriges Drehzahlniveau, durch ein nachgeschaltetes Zahnradgetriebe zu erzeugen [39]. Hierfür eignen sich insbesondere Planetengetriebe [35], die es ermöglichen, bei entsprechender Auslegung mit einer verhältnismäßig geringen Leistung des Verstellgetriebes (Nebengetriebe) große Leistungen des gesamten Getriebesystems (Stellkoppelgetriebe) zu übertragen und stufenlos zu verstellen. Sowohl Riemen- als auch Kettengetriebe haben als stufenlos einstellbare Getriebe eine ständig wachsende Bedeutung. Neben Flachriemen (selten) kommen hierfür heute meist Breitkeilriemen (vgl. Kapitel 2.3.2) in symmetrischer und asymmetrischer Ausführung sowie Ketten in Spezi- alausführung [40, 52] zum Einsatz. Haupteinsatzgebiete sind Antriebe für Werkzeugmaschinen, Rührwerke u.ä. sowie Kraftfahrzeuge (CVT-Getriebe). Stufenlos einstellbare mechanische Getriebe arbeiten nach dem Prinzip, daß der Radius, an dem die Umfangskraft angreift, verändert wird. Dies ist im wesentlichen nur bei kraftschlüssigen Getrieben möglich.