Schneckengetriebe und Schnecken für hohe Übersetzungen

Ein Schneckenpaar leistet zweierlei zugleich: Es erzielt eine große Untersetzung in kleinem Bauraum und — abhängig vom Steigungswinkel — läuft es nicht rückwärts. Untersetzungsgetriebe, Rundtische, Hebezeuge und Förderer nutzen aus diesen beiden Gründen dieselbe Geometrie, doch das Verhältnis zwischen beiden verschiebt sich mit der Gangzahl.

PinyiGear fertigt Schnecken und Schneckenräder nach Zeichnung: Profile ZA, ZN, ZI und ZK, Bronzeräder, einsatzgehärtete und geschliffene Stahlschnecken, geliefert als Paarungen mit vor Versand geprüftem Tragbild.

Was ein Schneckenpaar bringt und was es kostet

Die Wellen treffen sich unter 90°, sodass Eingang und Ausgang in verschiedene Richtungen weisen und das Gehäuse kompakt bleiben kann. Die Übersetzung pro Stufe liegt weit höher als bei einem Stirnradpaar gleicher Größe — bis zu 80:1 im von uns gefertigten Bereich —, was häufig eine Untersetzungsstufe ganz entfallen lässt.

Der Preis dafür ist der Wirkungsgrad. Eine eingängige Schnecke leitet rund 60–70 % der Eingangsleistung an das Rad weiter; der Rest wird im Eingriff zu Wärme und muss über das Gehäuse abgeführt werden. Mehr Gänge verbessern das deutlich — drei Gänge erreichen etwa 80–85 %, vier bis sechs 85–92 % —, doch die Fähigkeit, die Position zu halten, verschwindet mit zunehmendem Steigungswinkel.

Diese Werte sind Näherungen und verschieben sich mit Flankenrauheit, Schmierung und Montageausrichtung. Wo die Selbsthemmung Teil der Auslegungsprämisse ist, muss sie gegen den tatsächlichen Steigungswinkel und Reibungskoeffizienten bestätigt werden statt aus der Tabelle angenommen zu werden — eine als selbsthemmend ausgelegte Schnecke, die unter Vibration durchrutscht, ist ein Sicherheitsproblem, kein Leistungsmangel.

Profile: ZA, ZN, ZI, ZK

Das Profil bestimmt die Werkzeuge, das Schleifverfahren und die Art der Messung.

Ist das Profil festgelegt, folgen daraus die Radform, das Schleifverfahren und der Messplan. Eine Zeichnung, die kein Profil nennt, überlässt die Wahl der Werkstatt, und zwei Werkstätten wählen unterschiedlich.

Arbeitsbereiche

Schnecke

Schneckenrad, nach Gegenwerkstoff

Zinnbronze ist die Standardwahl für belastete Antriebe, weil sie Gleitkontakt verträgt und sich unter Last an die Schnecke anpasst. Aluminiumbronze überträgt bei niedrigerer Drehzahl mehr Last, ist aber schwerer einzulaufen. Sphäroguss eignet sich für leichte Anwendungen, bei denen die Kosten im Vordergrund stehen.

Fertigungsablauf

Schnecke. Einsatzhärten und Abschrecken von 20CrMnTi bringt die Flanke auf HRC 58–62 — eine harte Randschicht über einem zähen Kern, und diese Kombination widersteht sowohl Verschleiß als auch Zahnbruch. Für leichtere Beanspruchung ergibt vergüteter oder induktionsgehärteter 40Cr an der Oberfläche HRC 48–55.

Schleifen. Das Abschrecken verzieht die Flanke, daher stellt das Schruppschleifen die Geometrie wieder her und das Fertigschleifen bringt sie auf Klasse. Geschliffene Schnecken halten GB 6–7, eine Stufe enger als gefräste, und der Unterschied zeigt sich in geringerem Geräusch und weniger Wärme im Eingriff.

Rad. Zinnbronzeräder werden von M1 bis M12 mit einem eigens gefertigten Abwälzfräser gewälzt. Der Kontakt zwischen Schnecke und Rad ist eine Linie, kein Punkt, daher verschiebt ein kleiner Achsabstandsfehler die Kontaktzone und konzentriert den Verschleiß. Zahnbreite und Achsabstand werden deshalb beide kontrolliert, nicht nur das Zahnprofil.

Paarprüfung. Schnecke und Rad werden als Paar gefertigt und versandt. Lage und Fläche des Tragbilds werden Satz für Satz geprüft und anschließend auf einem Einlaufprüfstand nachgeprüft.

Genauigkeit

Unterstützende Bearbeitungen: CNC-Drehen auf 0,005 mm, Außen- und Plan schleifen auf 0,001 mm.

Prüfung und Dokumentation

Jeder Lieferung liegen Prüfberichte mit Teilungsabweichung, Profilabweichung, Flankenlinienabweichung und Zahnflankenhärte bei. Diese Werte versetzen den Kunden in die Lage zu entscheiden, ob ein bei der Montage festgestelltes Geräusch vom Getriebe oder von der Baugruppe stammt — ohne sie raten beide Seiten.

Messausstattung im Prozess: Verzahnungsmesszentrum, Koordinatenmessgerät, Härteprüfgerät, Rauheitsmessgerät.

Einsatzgebiete von Schneckengetrieben

• Industrielle Untersetzungsgetriebe — die häufigste Anwendung; Übersetzung und Achsabstand ergeben sich aus der Gehäusezeichnung
• Teil- und Rundtische — der Teilungsfehler wird direkt zum Winkel fehler, daher muss die Genauigkeitsklasse aus der Teilungstoleranz abgeleitet und nicht nach Gewohnheit gewählt werden
• Förder- und Hubtechnik — eine eingängige Schnecke hält eine stehende Last ohne Bremse
• Kreuzachsenantriebe in engen Bauräumen — wo ein Kegelradpaar nicht passt
• Kundenspezifische Getriebeeinheiten — nach Zeichnung gefertigt, nach einer Fertigbarkeitsprüfung

Was Sie senden sollten

• Schnecken- und Schneckenradzeichnungen (PDF, DWG, DXF, STEP) oder Modul, Gangzahl, Zähnezahl und Übersetzung
• Achsabstand und die Gehäusezeichnung, falls das Paar in ein vorhandenes Gehäuse passen muss
• Genauigkeitsklasse oder die Teilungs- bzw. Positioniertoleranz, die der Antrieb einhalten muss
• Betriebsdaten: Drehmoment, Drehzahl, Einschaltdauer, Umgebung und Schmierung
• Ob Selbsthemmung gefordert ist und welche Last gehalten werden muss
• Stückzahl und ob es sich um einen Prototyp, eine erste Serie oder eine Wiederholproduktion handelt

Ein Ingenieur prüft zuerst die Zeichnung und antwortet mit dem Fertigungsablauf, einer Werkstoffempfehlung für das Schneckenrad und dem Prüfplan, bevor ein Preis festgelegt wird.

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FAQ

Woran erkenne ich, ob das Paar selbsthemmend ist? Das hängt vom Steigungswinkel und vom Reibungskoeffizienten im Betrieb ab, nicht allein von der Gangzahl. Eingängig mit kleinem Steigungswinkel ist der übliche Weg; bestätigen Sie es anhand der tatsächlichen Betriebsbedingungen, denn Vibration und Schmierung ändern das Ergebnis.

Zinnbronze oder Aluminiumbronze? Zinnbronze für belastete, schneller laufende Anwendungen und wo Einlaufverhalten zählt. Aluminiumbronze bei hoher Last und niedriger Drehzahl oder wo die Umgebung Zinnbronze ausschließt. Gusseisen mit Kugelgraphit nur für leichte Beanspruchung.

Können Sie ein vorhandenes Gehäuse nachbilden? Ja — Achsabstand und Befestigung werden der Gehäusezeichnung entnommen. Das ist üblicherweise die feste Randbedingung, um die herum die Verzahnungsgeometrie aufgebaut wird.

Warum wird ein Schneckengetriebe heiß? Weil der Gleitkontakt im Eingriff die Verlustleistung in Wärme umsetzt. Bei 60–70 % Wirkungsgrad erzeugt ein eingängiges Paar ein Drittel der Antriebsleistung als Wärme, die über das Gehäuse oder einen Kühler abgeführt werden muss.

Liefern Sie das Paar oder Einzelteile? Paare. Tragbild und Flankenspiel sind Eigenschaften des Satzes; eine einzeln gelieferte Schnecke ergibt ein Teil, das maßlich korrekt ist und trotzdem schlecht mit einem vorhandenen Schneckenrad laufen kann.

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