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Was ist ein Stirnradgetriebe?

Ein Getriebe ist im Prinzip ein rotierendes, kreisförmiges Maschinenteil, das aus ineinandergreifenden Zahnrädern besteht. Seine Funktion ist die Übertragung von Drehzahl und Drehmoment auf andere Maschinenteile. Es ähnelt einem Hebel und funktioniert nach demselben Prinzip.

Doppelschrägverzahnung

Ein Schrägverzahnungsgetriebe bietet viele Vorteile, darunter höhere Effizienz, hohe Festigkeit und ein überlegenes Getriebesystem. Es hat jedoch auch Nachteile. Einer dieser Nachteile ist der Axialschub. Bei einfach schrägverzahnten Getrieben stellt der Axialschub kein Problem dar, wohl aber bei doppelt schrägverzahnten.
Bei Doppelhelixgetrieben sind zwei Zahnreihen V-förmig angeordnet. Eine Zahnreihe besitzt eine Nut, die den Ausgleich der Axialkräfte ermöglicht. Diese Nut macht Axiallager überflüssig und ermöglicht die effiziente Übertragung hoher Kraftleistungen.
Neben dem Axialschub bestehen auch Probleme mit dem Flächenkontakt. Asymmetrische Lastverteilung und Schwingungen führen zu erheblichen Wechsellasten an den Wellenlagern. Diese Wechsellasten können zu vorzeitigem Lagerausfall führen.
Glücklicherweise laufen Schrägverzahnungen ruhiger als Stirnräder, wodurch sie höhere Belastungen aushalten. Sie weisen zudem einen größeren Teilkreisdurchmesser auf. Allerdings sind ihre Einsatzmöglichkeiten begrenzt. Die Teilungsfehlerverteilung bei Schrägverzahnungen ist typischerweise auf eine Amplitude von 50 mm (Spitze-Spitze) begrenzt. Es ist wichtig, die Phasenverschiebung der ineinandergreifenden Zahnräder hochpräzise zu steuern.
Die in einem Getriebe verwendeten Schrägverzahnungen bestehen üblicherweise aus Zahnrädern mit demselben Modul. Dies ermöglicht die Austauschbarkeit der Komponenten und eine wirtschaftliche Konstruktion. Für einen Satz von Zahnrädern mit normalem Modul können dieselben Verzahnungswerkzeuge verwendet werden wie für Stirnräder.
Doppelhelixverzahnte Zahnräder werden in der Kraftübertragung von Flüssigkeitspumpen und Gasturbinen eingesetzt. Sie finden auch häufig Verwendung in Planetengetrieben für Motoren in der zivilen Luftfahrt.
Doppelschrägverzahnungen sind im Allgemeinen größer als einfachschrägverzahnte Verzahnungen. Sie werden typischerweise mit einem speziellen Generator hergestellt und sind zudem teurer.
Die Hersteller suchen jedoch nach Zahnrädern, die benutzerfreundlicher sind. Eine Lösung besteht darin, Doppelhelixzahnräder auf einer Multifunktions-Werkzeugmaschine herzustellen. Dadurch lassen sich die Zahnräder in komplexen Formen bearbeiten.
Die Multifunktions-Werkzeugmaschine kann auch die Zahnoberfläche bearbeiten. Dies ist nützlich für den 3D-Druck von Schrägverzahnungen mit hoher Genauigkeit.

Schrägverzahnte Zahnräder mit gekreuzten Achsen

Mehrere Faktoren beeinflussen die Leistung von schrägverzahnten Zahnrädern mit gekreuzten Achsen. Einer der wichtigsten Faktoren ist die Position der Zahnräder auf der Kreuzwelle. Die Zahnräder funktionieren nicht ordnungsgemäß, wenn sie nicht in eine andere Richtung ausgerichtet sind.
Schrägverzahnte Zahnräder mit gekreuzten Achsen weisen eine Besonderheit auf: Sie funktionieren nicht ordnungsgemäß, wenn die Zahnräder in die gleiche Richtung orientiert sind. Dies gilt insbesondere für Ölpumpen- und Verteilerwellen in Kraftfahrzeugen. Je nach Anwendungsfall arbeiten die Zahnräder entweder wie normale Schrägverzahnungen oder wie Stirnräder.
Im Vergleich zu Stirnrädern weisen schrägverzahnte Zahnräder eine relativ höhere Tragfähigkeit auf. Allerdings ist der Eingriffsgrad dieser Zahnräder geringer. Diese Verringerung hängt vom Eingriffswinkel ab. Der Eingriffswinkel beeinflusst die Krümmungsradien der Zähne. Zusätzlich verringert sich die Eingriffslänge, was den Wirkungsgrad des Zahnrads mindert.
Der Schrägungswinkel von schrägverzahnten Zahnrädern mit gekreuzten Achsen beträgt 45 Grad. Es kann sich um ein links- oder rechtsgängiges Zahnrad handeln. Der Teilkreisdurchmesser eines Schrägzahnrads kann im Vergleich zu dem eines Stirnrads groß sein. Dies liegt daran, dass die Zahnräder schräg zur Welle gefräst sind.
In axialer Richtung ist der Eingriff von Schrägverzahnungen dem von Stirnrädern sehr ähnlich. Es gibt jedoch einige Konstruktionsregeln zur Optimierung dieser Verzahnungen.
Die erste Regel besagt, dass die Zahnräder in entgegengesetzte Richtungen versetzt angeordnet sein müssen. Sind die Zahnräder nicht versetzt, können die Kontaktlinien nicht verändert werden.
Die zweite Regel besagt, dass die Teilung eines Schrägzahnrads vom Schrägungswinkel abhängt. Der Teilkreis eines Schrägzahnrads lässt sich durch Integration über die Zahnbreite berechnen. Zudem verringert sich die Länge der Eingriffslinien mit zunehmendem Eingriffswinkel. Diese Verringerung ist jedoch nicht so groß wie bei einem Stirnrad.

rechtwinklige Schrägverzahnung

Die Wahl des richtigen Winkelgetriebes kann schwierig sein. Angesichts der vielen verfügbaren Typen, Größen und Konfigurationen ist es oft schwer, das passende Getriebe für Ihre Anwendung zu finden. Der Schlüssel zur richtigen Getriebewahl liegt darin, Ihre Anwendung und die für Sie wichtigsten Faktoren genau zu verstehen.
Wenn Sie beispielsweise ein Getriebe für Anwendungen mit hohen Drehzahlen und Drehmomenten suchen, ist die Effizienz des Produkts das wichtigste Kriterium. Winkelgetriebe sind kompakt und wartungsfreundlich und eignen sich daher ideal für Anwendungen mit hohen Drehmomenten.
Anwendungsbereiche, die Zahnräder mit hohem Drehmoment erfordern, sind unter anderem die Zellstoff- und Papierherstellung, die Lebensmittelverarbeitung, der Bergbau und Autowaschanlagen. Zu den Vorteilen von Winkelgetrieben zählen hoher Wirkungsgrad, geringer Wartungsaufwand und niedrige Geräuschentwicklung. Wenn Sie ein Winkelgetriebe mit Stirnradverzahnung suchen, achten Sie darauf, einen Anbieter zu wählen, der Ihnen eine breite Auswahl bietet.
Rechtwinklige Schrägverzahnungsgetriebe sind in verschiedenen Kegelradkonfigurationen erhältlich. Spiralverzahnte Kegelräder erfordern hohe Präzision und sind schwierig herzustellen. Sie sind jedoch austauschbar. Spiralverzahnte Kegelräder drehen sich in die gleiche Richtung wie die Eingangswelle, was eine gleichmäßige und direkte Kraftübertragung gewährleistet.
Wenn Sie ein Stirnradgetriebe für eine Hochgeschwindigkeitsanwendung in Betracht ziehen, müssen Sie das gewünschte Eingangs-/Ausgangsübersetzungsverhältnis kennen. Die Standardübersetzungen sind 1:1 und 2:1. Benötigen Sie eine höhere Übersetzung, können Sie eine zusätzliche Abtriebswelle gegenüber der Eingangswelle montieren.
Zu den weiteren Vorteilen zählen geringere Laufgeräusche, höhere Festigkeit und Langlebigkeit. Dank ihrer größeren Zähne verschleißen Schrägverzahnungen weniger schnell. Zudem bieten sie eine höhere Belastbarkeit.
Um herauszufinden, welches Winkelgetriebe für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, sollten Sie Ihre Anforderungen mit Ihrem Lieferanten besprechen. Dieser sollte Ihnen eine breite Palette an Optionen, einschließlich kundenspezifischer Lösungen, anbieten können. Außerdem sollte er Ihnen eine Liste mit Referenzkunden und Online-Bewertungen zur Verfügung stellen.
Um ein rechtwinkliges Stirnradgetriebe zu finden, das Ihren Anforderungen entspricht, ist es wichtig, die verschiedenen Konstruktionsmerkmale zu verstehen. Beispielsweise sollten Sie sicherstellen, dass Ihr Getriebe selbsthemmend ist. Das bedeutet, dass die Last die Schnecke nicht antreiben kann. Ein selbsthemmendes Getriebe bedeutet auch, dass Sie kein Bremssystem benötigen.

Spiralzähne

Die Kraftübertragung in Pkw und Lkw über Schrägverzahnungsgetriebe ist effizient. Die Effizienz hängt jedoch vom Schrägungswinkel des Zahnrads ab. Der Schrägungswinkel ist der Winkel, in dem die Zahnradzähne geschnitten sind.
Schrägverzahnte Getriebe können je nach Getriebesatz unterschiedliche Schrägungswinkel aufweisen. Der Schrägungswinkel kann zwischen 15 und 30 Grad variieren. Dies ist wichtig, da der Schrägungswinkel einen erheblichen Einfluss auf die Position des Zahneingriffs hat. Liegt der Eingriff nicht in der richtigen Position, entstehen starke Vibrationen, die die Drehzahl des Getriebes beeinträchtigen.
Schrägverzahnte Getriebe lassen sich in zwei Ausführungen unterteilen: gekreuzte und parallele. Gekreuzte Verzahnungen verbinden üblicherweise parallele Wellen und haben die gleiche Achslücke wie Stirnräder. Parallele Verzahnungen hingegen treiben in der Regel Motoren an. Der Unterschied zwischen den beiden Getriebetypen liegt in ihrer Konstruktion und Anordnung.
Neben dem Schrägungswinkel können die Zahnräder auch unterschiedliche Verrundungen, Zähnezahlen und Radien aufweisen. Dies führt zu unterschiedlichen NVH-Eigenschaften. Darüber hinaus gibt es verschiedene Arten von Spiralverzahnungen, die im Getriebe zum Einsatz kommen können.
Hypoidverzahnungen ähneln Spiralkegelrädern, unterscheiden sich jedoch dadurch, dass sich die Achsen der Zahnradwelle nicht mit der Achse des Hypoidverzahnungsrades schneiden. Das Hypoidverzahnungsrad übt eine sehr hohe Axialkraft auf die Lager aus.
Im Vergleich zu einem geradverzahnten Kegelrad laufen Hypoidräder ruhiger und geräuschärmer. Außerdem erzeugen sie weniger Stoßbelastungen.
Spiralverzahnte Kegelräder sind vibrationsärmer und kostengünstiger. Allerdings benötigen sie einen größeren Durchmesser, um das gleiche Drehmoment zu übertragen. Dies kann zu einem geringeren Wirkungsgrad und einem höheren Kraftstoffverbrauch führen.
Die besten Spiralkegelräder können höhere Axialkräfte aufnehmen als geradverzahnte Zahnräder. Deshalb werden sie bevorzugt für Anwendungen eingesetzt, die einen hohen Wirkungsgrad bei hohen Belastungen erfordern.
Sie werden auch aufgrund ihrer NVH-Eigenschaften geschätzt. Zudem stellen sie eine leisere Option für Anwendungen dar, die hohe Drehzahlen erfordern. Schrägverzahnte Zahnräder finden in vielen verschiedenen Branchen Anwendung. Beispiele hierfür sind die Lebensmittel-, Automobil- und Ölindustrie.

Bearbeitet von CX am 22.05.2023