Was ist Zahnflankenspiel bei Schrägverzahnung?
Gegenreaktion in einem Stirnrad Das Zahnflankenspiel ist der Gesamtabstand zwischen den nicht treibenden Zahnflanken, wenn die treibenden Flanken im vorgesehenen Achsabstand in Eingriff sind. Genauer gesagt: Wenn ein Zahnrad des Zahnpaares fixiert ist, bezeichnet das Zahnflankenspiel den Winkelbereich, in dem sich das andere Zahnrad drehen kann, ohne dass sich die Zahnflanken berühren. Es ist das im Eingriff vorgesehene Spiel, das Wärmeausdehnung, Fertigungstoleranzen, Schmierfilm und Montagefehler ausgleicht – und ein Berühren der Zähne verhindert, wenn sich die Drehrichtung umkehrt oder sich der Achsabstand durch Wärmeausdehnung des Gehäuses geringfügig vergrößert.
Das Zahnflankenspiel wird am Teilkreis als lineare Verschiebung j_t (Querspiel in mm) oder als Winkelspiel j_α an der Zahnwelle (in Bogenminuten oder Milliradian) gemessen. Die beiden Größen hängen wie folgt zusammen: j_α = 2 × j_t / d₁, wobei d₁ der Teilkreisdurchmesser ist. Für Beschaffungs- und Prüfzwecke wird das Zahnflankenspiel fast immer als j_t oder als Abweichung der Zahndicke vom Sollwert angegeben.
Warum es Gegenreaktionen gibt – Die vier technischen Gründe
Beim Erwärmen eines Getriebes vom Kaltstart bis zur Betriebstemperatur vergrößert sich der Achsabstand der Zahnräder entsprechend dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäusematerials (Gusseisen: 11 µm/m·°C, Aluminium: 23 µm/m·°C). Bei einem Gusseisengehäuse mit 200 mm Achsabstand und einer Temperaturerhöhung von 50 °C ergibt sich: ΔC = 11 × 10⁻⁶ × 200 × 50 = 0,11 mm. Ohne Zahnflankenspiel würde diese Wärmeausdehnung die Zahnflanken in Eingriff bringen und zum Fressen führen.
Kein Zahnrad oder Gehäuse wird mit exakten Nennmaßen gefertigt. Der Achsabstand, die Zahndicke und der Teilkreisdurchmesser unterliegen Fertigungstoleranzen. Das Zahnflankenspiel gleicht die ungünstigste Kombination dieser Toleranzen aus, ohne dass es zu Zahnflankenberührungen kommt – das minimale Zahnflankenspiel ist so ausgelegt, dass es die maximale Toleranzsumme übersteigt.
Der EHL-Ölfilm zwischen den nicht treibenden Zahnflanken (der Leerlaufseite des Eingriffs) muss Spiel aufweisen, um zu verhindern, dass das Öl unter dem Leerlaufdruck herausgepresst wird. Bei hohen Drehzahlen Stirnrad Bei Antrieben kann unzureichendes Spiel auf der Leerlaufseite zu Öldruckschwankungen führen, die Geräusche verursachen.
Kleine Verschleiß- und Verunreinigungspartikel im Getriebeöl müssen die berührungslose Flankenzone ungehindert passieren können. Bei Zahnrädern mit sehr geringem Zahnflankenspiel kommt es häufig zu partikelbedingten Blockierungen, die beim Ausstoßen der Partikel Stoßbelastungen erzeugen – ein Grund, warum geringes Zahnflankenspiel so wichtig ist. Stirnrad Für einige Anwendungen ist zudem eine sehr feine Ölfiltration erforderlich.
Wie Zahnflankenspiel kontrolliert wird – Zahnstärke und Achsabstand
Gegenreaktion in einem Stirnrad Das Zahnradpaar wird durch zwei unabhängige Variablen bestimmt: die Zahndicke jedes Zahnrads (gemessen in der Normalebene als normale Sehnenzahndicke s_n) und den tatsächlichen Achsabstand, bei dem das Paar montiert ist. Der Zusammenhang zwischen diesen Variablen und dem resultierenden Zahnflankenspiel ist:
j_n = (s_n_nominal − s_n_actual_pinion − s_n_actual_gear) × cos α_n
In der Praxis wird das Zahnflankenspiel primär durch die Angabe einer Zahndicke kontrolliert. Abweichung Abweichung von der Sollstärke – wodurch die Zahnradzähne etwas dünner sind als die ideale Sollstärke der Evolvente. DIN 3967 bietet ein standardisiertes System von Toleranzklassen für die Zahndicke, das festlegt, wie stark die tatsächliche Zahndicke von der Sollstärke abweichen darf.
DIN 3967 Zahndickentoleranzsystem
DIN 3967 legt die Toleranz der Zahndicke für eine Stirnrad Es gibt zwei Abweichungen von der Nennzahndicke: die obere Abweichung A_s (um wie viel die maximal zulässige Zahndicke geringer ist als die Nennzahndicke) und die untere Abweichung A_i (um wie viel die minimal zulässige Zahndicke geringer ist). Sowohl A_s als auch A_i sind negativ (der tatsächliche Zahn ist stets dünner als die Nennzahndicke, um das Zahnflankenspiel zu gewährleisten). Die Zahndickentoleranz T_s ergibt sich aus A_s − A_i.
| DIN 3967 Klasse | Beschreibung | Typischer j_n-Bereich (bei Mn=5, α_n=20°) | Anwendung |
|---|---|---|---|
| d (sehr groß) | Sehr großes Spiel. | 0,30–0,60 mm | Schwerlastige, langsame Industrieantriebe; große Temperaturschwankungen; einfache Montage |
| e (groß) | Starke Rückwirkung | 0,20–0,40 mm | Standardmäßige Industriegetriebe (Kranhebezeuge, Förderbänder, Pumpen) |
| f (normal) | Normales Rückschlag | 0,14–0,28 mm | Allgemeine Maschinen, Standard-Getriebe mit geschlossenem Gehäuse – die gängigste Spezifikation |
| g (schmal) | Engere Gegenreaktion | 0,08–0,18 mm | Präzisionsmaschinen, Werkzeugmaschinen (ohne Positionierachsen) |
| h (eng) | Eng – null bis minimal | 0,00–0,10 mm | CNC-Positionierachsen, Drehtische, Registerantriebe für Druckmaschinen, Servoanwendungen mit Umkehrfunktion |
Standard-Spiel vs. Enges Spiel – Wann welches Spiel angebracht ist
Detailansicht eines Schrägverzahnungsgetriebes – das Zahnflankenspiel ist der Spalt an den nicht treibenden Flanken (Spielraumseite), wenn die treibenden Flanken im Eingriff sind. Es wird durch die tatsächliche Zahndicke im Verhältnis zur Nenndicke bestimmt, gemessen als normale Sehnenlängendicke s_n am Teilkreis.
Standard-Zahnflankenspiel (DIN 3967 Klasse e/f) — Kraftübertragungsantriebe
Normales Zahnflankenspiel (Klasse e oder f nach DIN 3967) ist die korrekte Spezifikation für die überwiegende Mehrheit der Anwendungen. Stirnrad Kraftübertragungsantriebe – Kräne, Förderbänder, Kompressoren, Pumpen, Ventilatoren und allgemeine geschlossene Getriebe. Bei der Klasse f (normal) bietet das Zahnflankenspiel von ca. 0,1–0,25 mm ausreichend Platz für die Wärmeausdehnung, gleicht Fertigungstoleranzen aus und gewährleistet die einwandfreie Funktion des Schmierfilms. Standardmäßiges Zahnflankenspiel verursacht keine Betriebsprobleme bei unidirektionalen oder selten reversierenden Antrieben – der Spalt ist zu klein, um bei langsamen oder seltenen Reversiervorgängen ein hörbares Geräusch zu erzeugen.
Enges Spiel (DIN 3967 Klasse g/h) — Wenn es darauf ankommt
Ein geringes Spiel ist in zwei spezifischen Anwendungsbereichen erforderlich, die beide Folgendes umfassen Stirnrad Wellenpaare, bei denen die Drehrichtung häufig wechselt und die Winkelgenauigkeit der Abtriebswelle von Bedeutung ist:
- Positionierachsen von CNC-Werkzeugmaschinen: Die X-, Y- und Z-Achsen einer CNC-Werkzeugmaschine verwenden Zahnstangen- oder Kugelgewindetriebe mit Schrägverzahnung Im Servogetriebe. Jegliches Spiel im Getriebe führt zu einem Spielverlust, wenn die Achse die Drehrichtung umkehrt – der Motor durchläuft das Spiel, bevor sich der Tisch bewegt. Dadurch entsteht ein Positionierfehler, der dem Spiel geteilt durch das Übersetzungsverhältnis am Werkzeug entspricht. Spiel der Klasse g oder h (typischerweise j_n = 0,01–0,04 mm für Servogetriebe mit Mn = 2–4) begrenzt diesen Spielverlust auf Werte unterhalb der Wiederholgenauigkeit der Achsenpositionierung (typischerweise ±1–5 µm).
- Antriebe für Druckmaschinen und Verpackungsmaschinen: Mehrfarbendruckmaschinen erfordern bei Geschwindigkeiten über 10.000 Bogen/Stunde eine exakte Registergenauigkeit (Farb-zu-Farb-Ausrichtung). Jegliches Spiel in den Getrieben, die die Gegendruckzylinder antreiben, führt zu zyklischen Registerfehlern, die mit der Umkehrgeschwindigkeit der oszillierenden Antriebe übereinstimmen. Spiel der Klasse g ist Standard für Gegendruckzylinderantriebe in Druckmaschinen.
Wie Gegenreaktionen in der Praxis gemessen werden
Zur Überprüfung werden drei praktische Methoden verwendet. Stirnrad Rückschläge in der Produktion und bei der Wareneingangskontrolle:
| Verfahren | So funktioniert es | Am besten geeignet für | Einschränkung |
|---|---|---|---|
| Zahnradanalysator (Zahndicke) | Misst die tatsächliche Zahndickenabweichung (A_s, A_i) am Zahnradanalysator; berechnet das zu erwartende Zahnflankenspiel aus den Messungen beider Zahnräder. | Produktionsprüfung; Wareneingangsprüfung von Einzelzahnrädern vor der Montage | Berücksichtigt nicht die tatsächliche Abweichung des Mittenabstands im Gehäuse |
| Fühlerlehre aus Drahtgeflecht | Die Fühlerlehre wird zwischen die Flanken der nicht treibenden Zähne eingeführt, wobei die treibenden Flanken vollständig im Eingriff sein müssen; die maximale Dicke der durchpassenden Lehre entspricht dem Zahnflankenspiel. | Feldmessung am montierten Getriebe; schnell und kostengünstig | Schwierig bei schrägverzahnten Zahnrädern mit großer Stirnbreite (die Messlehre muss entlang der gesamten diagonalen Kontaktlinie anliegen). |
| Messuhr am Zahnkranz | Ein Zahnrad fixieren; das Gegenzahnrad hin und her bewegen; Gesamtanzeigewert = Zahnflankenspiel am Teilkreisdurchmesser | Montiertes Getriebe; misst das tatsächliche Betriebsspiel einschließlich des Gehäuse-Mittenabstands | Erfordert gleichzeitigen Zugriff auf beide Zahnräder; nur bei offenen oder zugänglichen Zahnradpaarungen praktikabel. |
Wie das Spiel im Laufe der Nutzungsdauer zunimmt
Als Stirnrad Mit zunehmendem Verschleiß der Zahnflanken verringert sich die Zahndicke, und das Zahnflankenspiel nimmt zu. Bei einem gut geschmierten Industriegetriebe mit weichen Zahnflanken (QT HB 280) erhöht sich das Zahnflankenspiel durch normalen Verschleiß um ca. 0,005–0,020 mm pro Jahr Dauerbetrieb unter mäßiger Last. Übersteigt das Zahnflankenspiel das Dreifache des ursprünglichen Auslegungswerts, steigt das Getriebegeräusch merklich an. Dies ist auf die erhöhte Stoßkraft auf der Leerlaufseite beim Lastwechsel zurückzuführen, und die Biegespannung im Zahnfuß erhöht sich aufgrund der dynamischen Überlastung durch den Stoß. Die Messung des Zahnflankenspiels ist daher ein nützlicher Parameter zur Zustandsüberwachung: Ein steigendes Zahnflankenspiel deutet auf beschleunigten Verschleiß hin und signalisiert einen bevorstehenden Wartungsbedarf.
Angabe des Zahnflankenspiels in einer Schrägverzahnungszeichnung
Das Spiel wird auf einem Stirnrad Zeichnungsbezeichnung gemäß DIN 3967 für die Abweichungsklasse der Zahndicke. Die korrekte Zeichnungsbezeichnung erscheint in der Zahnraddatentabelle wie folgt:
Zahndickenabweichungsklasse: DIN 3967 − [Spielklasse][Toleranzklasse]
Beispiel: DIN 3967 − ef (Spielklasse e, Zahndickentoleranz f)
Die beiden Zeichen geben Folgendes an: Das erste Zeichen steht für die Zahnflankenspielklasse (a bis d = groß; e, f = normal; g, h = gering), das zweite für die Zahndickentoleranz (die Spannweite zwischen maximaler und minimaler Zahndicke). Gängige Spezifikationen für SchrägverzahnungDIN 3967 − ef (normale Industrie), DIN 3967 − fg (Präzisionsindustrie), DIN 3967 − gh (Servo/Positionierung).
Korea Ever-Power – Gegenreaktionen bei jeder Bestellung spezifiziert und verifiziert
Korea Ever-Power Ground Stirnrad Die Zahndickenabweichung nach DIN 3967 wird am Zahnradanalysator gemessen und im Prüfzeugnis vermerkt. Die Bestätigung der Zahnflankenspielklasse ist bei jedem Präzisionsauftrag standardmäßig dokumentiert.
Korea Ever-Power legt für jedes Gerät die korrekte DIN 3967-Spielklasse fest. schrägverzahntes Zahnrad Auftrag – Bestätigung der passenden Klasse für den Anwendungstyp (Standard-Kraftübertragung vs. Positionierservo) und Überprüfung der tatsächlichen Zahndickenabweichung mittels Zahnradanalyse. Als direkte Hersteller von StirnrädernDie Spielklasse wird im Prüfzertifikat bestätigt, das jeder Bestellung beiliegt.
Häufig gestellte Fragen
Nein – die DIN-Genauigkeitsklasse (DIN 3962) und die Zahnflankenspielklasse (DIN 3967) sind unabhängige Spezifikationen. Ein Zahnrad kann der DIN-Genauigkeitsklasse 5 mit normalem Zahnflankenspiel (Klasse e/f) oder der DIN-Genauigkeitsklasse 8 mit geringem Zahnflankenspiel (Klasse g/h) entsprechen. Die Genauigkeitsklasse legt fest, wie genau Zahnprofil, Steigung und Teilung der idealen Geometrie entsprechen; die Zahnflankenspielklasse legt fest, wie dünn der tatsächliche Zahn im Verhältnis zur Nenndicke ist. Beide müssen in der Zeichnung angegeben werden – keine impliziert die andere.
Wenn ein Stirnrad Das Getriebe erwärmt sich, das Gehäuse dehnt sich aus und vergrößert den Achsabstand. Da das Zahnflankenspiel j_n ∝ (C − C_Design) für eine gegebene Zahndicke gilt, erhöht eine Vergrößerung von C das Zahnflankenspiel. Auch die Zahnräder selbst dehnen sich aus, jedoch wächst der Achsabstand im Gehäuse proportional stärker als der Teilkreisdurchmesser eines typischen Stahlzahnrads in einem Gusseisengehäuse – da das Gehäuse bei Betriebstemperatur eine größere Länge aufweist (200 mm Achsabstand gegenüber 40 mm Zahnradradius). Dies bedeutet, dass das Zahnflankenspiel bei Betriebstemperatur stets größer ist als im kalten Zustand. Daher muss das minimale Zahnflankenspiel bei Betriebstemperatur und nicht im kalten Zustand ausgelegt werden.
Ein absolut spielfreies System lässt sich bei einer Standard-Einzelschraube nicht erreichen. Stirnrad Aufgrund von Fertigungstoleranzen und Anforderungen an die Wärmeausdehnung kann es zu Fehlpaarungen kommen. Erreichbar ist: Spielfreiheit. Stirnrad Zahnradpaare nutzen eine federbelastete axiale Vorspannung zur Kompensation des Zahnflankenspiels. Dabei wird ein Zahnrad axial in zwei Hälften geteilt, und eine Feder drückt eine Hälfte gegen das Gegenzahnrad, um den Spalt auf der Spielseite zu beseitigen. Dieses Verfahren ermöglicht nahezu spielfreies Positionieren, allerdings auf Kosten eines höheren Zahnflankenverschleißes durch die konstante Vorspannkraft und eines erhöhten Antriebsdrehmomentverlusts durch die Vorspannungsreibung.
Für die meisten allgemeinen industriellen Energieübertragungen Stirnrad Für Ersatzteile – Kranhebezeuge, Förderbandantriebe, Pumpengetriebe, Lüfterantriebe – ist DIN 3967 Klasse e (groß) oder Klasse f (normal) geeignet. Klasse e ist vorzuziehen, wenn das ursprüngliche Getriebegehäuse verschlissen ist und der tatsächliche Achsabstand etwas größer als der Nennabstand ist (wodurch weniger Zahnflankenspiel als bei einem neuen Gehäuse entsteht). Klasse f ist Standard für neue Gehäuse und Ersatzzahnräder in intakten Gehäusen. Klasse g oder h sollten nur dann angegeben werden, wenn es sich um einen Servo- oder Positionierantrieb handelt – ein zu geringes Zahnflankenspiel führt zu Montageschwierigkeiten und beschleunigtem Verschleiß ohne betrieblichen Nutzen.
Wählen Sie die korrekte Zahnflankenspielklasse für Ihr Stirnradgetriebe aus.
Bitte geben Sie Ihre Anwendungsart, den Betriebstemperaturbereich und an, ob der Antrieb unter Last die Drehrichtung umkehrt. Korea Ever-Power bestätigt die korrekte Zahnflankenspielklasse nach DIN 3967, spezifiziert diese in der Fertigungszeichnung und überprüft bei jeder Bestellung die tatsächliche Zahndickenabweichung mittels Zahnradanalyse.
DIN 3967 Klassen a bis h · Zahndickenmessung mit Zahnradanalysator · Zahnflankenspielzertifikat · Mindestbestellmenge: 1 Stück
Herausgeber: Cxm
