Schrägverzahnung

Vorteile von Schrägverzahnungen

• Eine ihrer attraktivsten Eigenschaften ist, dass Schrägverzahnungen leiser sind als andere Zahnräder. Sie sind für große Produktionsbetriebe sehr gefragt. Dies führt zu einem sanfteren, besser regulierten Maschinenübergang, der Vibrationen und Stöße wirksam dämpft.

• Man sollte auch überlegen, ob das Projekt eine Kraftübertragung zwischen nicht parallelen Wellen vorsieht. Schrägverzahnungen ermöglichen dies, wenn auch manchmal auf Kosten der Effizienz.

• Die Zähne von Schrägverzahnungen sorgen dafür, dass Axialkräfte Dreh- oder Drehbewegungen standhalten. Daher werden diese Zahnräder für den Einsatz in Maschinen empfohlen, die sich schneller drehen, große Gütermengen transportieren oder kontinuierlich laufen müssen.

• Bei Bauprojekten und Anlagen mit schweren Maschinen kommen diese Geräte häufig zum Einsatz. Dies liegt daran, dass Schrägverzahnungen eine größere Drehmomentverschiebung bewältigen können als andere Getriebetypen. Dies gelingt ihnen aufgrund ihrer ausgewogenen, gut gestalteten Verzahnung, die sich hervorragend für anspruchsvolle Arbeiten eignet.

• Die Kraftausbeute ist der letzte Vorteil, den Schrägverzahnungen gegenüber Stirnrädern haben. Da der Spiralzahn diagonal angeordnet und effektiv größer ist, können Schrägverzahnungen eine höhere Belastung aufnehmen als Stirnräder. Schrägverzahnungen bieten bei gleicher Zahngröße und entsprechender Breite eine höhere Festigkeit.

• Das Schrägverzahnungsdesign bietet Flexibilität und ist dennoch langlebig. Abhängig vom Zweck der Maschine können die Wellenverbindungen dieser Zahnräder entweder parallel oder senkrecht sein. Sie ermöglichen die Anpassung von Maschinen an spezifische Anforderungen und maximieren so die Produktivität.

• Schrägverzahnungen und Getriebe sind typischerweise robust und ideal für Hochlastanwendungen.

• In der Automobilindustrie können diese Zahnräder zur Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen Wellen mit rechtem oder parallelem Winkel eingesetzt werden.

Wie Schrägverzahnungen funktionieren

Grundlegende Teile von Schrägverzahnungen

Welche Arten von Schrägverzahnungen gibt es?

Doppelschrägverzahnung
Doppelschrägverzahnungen sind so konstruiert, dass sie den axialen Schubkräften entgegenwirken, indem sie zwei gegenläufig angeordnete Zahnsätze mit demselben Schrägungswinkel aufweisen. Durch diese Konstruktion werden die Axialkräfte effektiv aufgehoben und somit nicht auf die Lager übertragen. Dadurch bieten diese Getriebe eine hohe Belastbarkeit und zuverlässige Übertragung. Aufgrund ihrer Vorteile werden Doppelschrägverzahnungen häufig in Kraftübertragungssystemen für Gasturbinen, Generatoren, Antriebsmaschinen, Pumpen, Lüfter und Kompressoren sowohl in Schiffs- als auch in Baumaschinen eingesetzt.

Große Doppelschrägverzahnungen werden üblicherweise mit speziellen Generatoren erzeugt. Der Bearbeitungsprozess wird jedoch durch die Zahnanordnung des Zahnrads eingeschränkt, was eine präzise Steuerung der Phasenausrichtung zwischen ineinandergreifenden Zahnrädern erfordert. Die Entwicklung mehrachsiger Werkzeugmaschinen mit erweiterten Funktionen hat die Erstellung dieser komplexen Formen erleichtert und zur Einführung eines Prozesses geführt, der als Kegelradherstellung bekannt ist.

Um dem Biegen und Verdrehen der Zähne unter Betriebslasten entgegenzuwirken, werden Anpassungen an den Schrägungswinkeln vieler Einfach- und Doppelschrägverzahnungen mit großer Zahnbreite vorgenommen. Diese Anpassungen stellen sicher, dass die Schrägungswinkel zweier ineinandergreifender Zahnräder unter der Auslegungslast übereinstimmen, was durch gezielte Variation des Schneidvorgangs für jedes Zahnrad erreicht wird.

Fischgräten-Ausrüstung
Ein Fischgrätenzahnrad ist eine spezielle Art von Doppelschrägverzahnung mit zwei Zahnsätzen – einer nach rechts und der andere nach links – auf demselben Zahnrad. Diese Konstruktion bewirkt, dass der von einem Satz Zähne erzeugte Schub dem Schub des anderen entgegenwirkt, was bei Betrachtung von oben zu einem V-förmigen Muster führt. Dieses Fischgrätenmuster sorgt dafür, dass diese Zahnräder keine zusätzlichen Axialkräfte erzeugen.

Da mehr als zwei Zähne gleichzeitig im Eingriff sind, bieten Fischgrätengetriebe den Vorteil einer sanften und leisen Kraftübertragung bei hohen Geschwindigkeiten. Der ausgewogene Seitenschub jedes Zahnsatzes verbessert ihre Leistung im Vergleich zu Standard-Schrägverzahnungen. Daher werden Fischgrätenzahnräder häufig in Drehmomentgetrieben und mechanischen Hochgeschwindigkeitsgetrieben eingesetzt, wie sie beispielsweise in Schiffsturbinen und Verbrennungsmotoren zu finden sind, wo nur ein minimales Axiallager erforderlich ist.

Schrägverzahntes Zahnstangenritzel
Eine besondere Art von Linearantrieb, bekannt als Schrägzahnstange und Ritzel, wandelt die Drehbewegung des kreisförmigen Ritzels in eine lineare Bewegung an der Zahnstange um. Eine Zahnstange ist nur eine gerade Stange mit Zähnen, kann aber auch als Teil eines Zahnrads mit unendlichem Radius betrachtet werden. Schrägverzahnte Zahnstangen und Ritzel sind für lineare Bewegungen mit Bewegungslängen von mehr als 2 Metern erschwinglich. Wenn sie kombiniert werden, wandeln sie eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung um. Die Zahnstange wird in einer Linie angetrieben, wenn das Ritzel gedreht wird. Wird die Zahnstange hingegen linear bewegt, dreht sich das Ritzel.

Schrägverzahnte Zahnräder arbeiten im Vergleich zu Zahnrädern mit geraden Zähnen leiser und effizienter, da ihre Zähne allmählicher in die Zahnstange eingreifen. Durch diesen allmählichen Eingriff können Schrägverzahnungen aufgrund der erweiterten Kontaktfläche größere Lasten bewältigen. Darüber hinaus führen Schrägverzahnungen auf parallelen Wellen aufgrund ihrer entgegengesetzten Handorientierung zu einer Schubkomponente. Zahnstangengetriebe, die häufig in Lenksystemen von Kraftfahrzeugen zu finden sind, wandeln die Drehbewegung des Lenkrads in eine lineare Bewegung um und ermöglichen so das Schwenken der Räder.

Schraubengetriebe
Wenn Schraubenzahnräder ineinandergreifen, zeigen sie aufgrund des kontinuierlichen Gleitens der Zahnradflanken eine Schraubenbewegung und nicht eine einfache Rollbewegung. Folglich erfahren keine Punkte auf den Bezugskörpern von Kreuzschrägverzahnungen ein reines Abrollen, und ihre Umfangsgeschwindigkeiten variieren an verschiedenen Punkten. Die Bezugskörper von Schraubenrädern sind Rotationshyperboloide, die durch Drehen einer schiefen Geraden um eine Rotationsachse entstehen. Diese Getriebe werden typischerweise für mittlere Drehzahlen und Drehmomente eingesetzt, beispielsweise in Werkzeugmaschinenantrieben.

Schraubengetriebe im mittleren Last- und Drehzahlbereich erzeugen minimale Geräusche. Um den Verschleiß durch das ständige Gleiten der Flanken zu reduzieren, wird häufig Hypoidgetriebeöl als Spezialschmierstoff verwendet. Dennoch erzeugt der Schraubenzahnverlauf erhebliche Querkräfte, die durch die entsprechende Lagerkonstruktion ordnungsgemäß bewältigt werden müssen.

Neben der schrägen Ausrichtung der Getriebeachsen und dem geräuscharmen Betrieb können Schneckengetriebe auch in recht weiten Grenzen axial bewegt werden, ohne dass sich die Kraftübertragung wesentlich verschlechtert. Allerdings beeinträchtigt die Verwendung von Schraubengetrieben aufgrund der Flankengleitbewegungen die Übertragungseffizienz. Schneckengetriebe sind eine ungewöhnliche Art von Schraubengetrieben. Schneckengetriebe sorgen im Gegensatz zum Standardfall eines Schraubengetriebes für eine linienförmige Anlage der Flanken und ermöglichen so die Übertragung größerer Drehmomente.

Schrägverzahnte Schneckengetriebe
Schrägverzahnte Schneckengetriebe bestehen aus zylindrischen Elementen mit einem äußeren Spiralgewinde, das mit einem anderen Zahnrad in Eingriff steht, um dieses anzutreiben. Bei diesem System wirkt eine Schnecke oder Schraube mit einem Zahnrad zusammen. Diese Getriebe werden in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt, um das Drehmoment zu erhöhen und erhebliche Untersetzungen zu erreichen, wobei die Übersetzungsverhältnisse oft 20:1 erreichen und manchmal 300:1 überschreiten.

Aufgrund ihrer hohen Untersetzungsfähigkeit weisen Schrägverzahnungsschneckengetriebe typischerweise selbsthemmende Eigenschaften auf; Die Schnecke kann das Zahnrad antreiben, aber das Zahnrad kann die Bewegung der Schnecke nicht umkehren. Der flache Winkel der Schnecke erzeugt ausreichend Reibung, um zu verhindern, dass sie sich dreht, wenn das Zahnrad versucht, sie zu drehen. Diese Getriebe werden häufig in Hochgeschwindigkeits-Untersetzungsanwendungen eingesetzt, beispielsweise in Fördersystemen, wo die Selbsthemmung auch als Bremsmechanismus fungiert. Darüber hinaus werden in Torsen®-Differentialen Schneckengetriebe eingesetzt, die die Drehmomentverteilung in Hochleistungsfahrzeugen verbessern, indem sie das auf die Reifen ausgeübte Drehmoment anpassen und die Traktion verbessern. Differentiale nutzen die Reibung, die durch das auf die Schrägräder ausgeübte Drehmoment erzeugt wird, um ihre Drehmoment-Vorspannfunktion zu erfüllen.

Das Schneckenrad in diesem Getriebe hat einen großen Durchmesser und ist mit der Außenverzahnung der Schneckenwelle verbunden. Durch die sich nicht schneidende und senkrechte Achse des Schneckenrads erzeugt der Motor Rotationsenergie. Die ineinandergreifenden Zahnräder können zu einer starken Geschwindigkeitsreduzierung führen, da sie einander durchdringen, was für eine Vielzahl von Anwendungen von Vorteil ist. Sie werden auch häufig zum Kalibrieren von Werkzeugen, Aufzügen und Toren verwendet. Stirnradschneckengetriebe eignen sich auch ideal für Situationen mit Stoßbelastungen. In diese Kategorie fallen Hochleistungsgeräte, darunter Förderbänder, Verpackungsmaschinen und Zerkleinerungsgeräte. Schneckengetriebe können auch dort eingesetzt werden, wo Lärm ein Problem darstellt. Die Anwendungen von Schneckengetrieben mit geringer Leistung und niedriger Drehzahl sind bekannt, sie können jedoch nur eine geringe Leistungsmenge übertragen.

Kegelstirnräder
Kegelstirnradgetriebe werden typischerweise verwendet, um eine Drehung der Abtriebswelle um 90-Grad relativ zur Rotorwelle des Motors zu erreichen, obwohl sie auch für andere Winkel ausgelegt werden können. Diese Getriebe können entweder mit Voll- oder Hohlwellen ausgestattet sein. Kegelräder sind besonders nützlich, wenn eine Änderung der Drehrichtung erforderlich ist. Getriebe mit schrägverzahnten Kegelrädern sind ideal für Anwendungen mit hoher Leistungsdichte, die ein hohes Ausgangsdrehmoment erfordern. Diese Getriebe zeichnen sich durch ihre gebogenen Zähne aus, die innerhalb einer konischen Basis am Geräterand angeordnet sind. Dieses Design ermöglicht einen reibungslosen und leisen Betrieb, indem es die Drehbewegung zwischen nicht parallelen Wellen erleichtert. Die Spiralzähne greifen in andere Schrägzahnräder ein, wobei der Kontakt entlang der Länge jedes Zahns von einem Ende des Zahnrads zum anderen allmählich zunimmt.

Diese Getriebe eignen sich gut für Anwendungen, die ein hohes Drehmoment und einen außergewöhnlichen Wirkungsgrad erfordern. Auch Kegelstirnräder sind programmierbar. Aufgrund ihrer Robustheit und Eignung für schwere Aufgaben finden diese Industriegetriebe breite Anwendung in Branchen wie Beton, Stahl, Kunststoff, Automobil und Bergbau. Zu den gängigen Anwendungen gehören Industriemischer, Seilzüge und Gepäckfördersysteme. Der Eingriff der Zähne sorgt für eine stabile Kraft- und Energieübertragung. Kegelstirnradgetriebe sind vielseitig einsetzbar und bieten im Vergleich zu Schneckengetrieben einen höheren Wirkungsgrad, wodurch sie sich ideal für verschiedene anspruchsvolle Anwendungen eignen.

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