Schrägverzahnung vs. Schrägverzahnte Zahnstange & Ritzel: Entscheidungshilfe

Stirnräder: Vor- und Nachteile

Schrägverzahnte Zahnräder laufen weicher und leiser als Stirnräder. Dieser Unterschied resultiert aus der schrägen Art, wie ihre Zähne um die Drehachse miteinander in Eingriff kommen. Diese Achse kann parallel oder generell im 90°-Winkel gekreuzt sein. Im Kreuzungsfall werden Schrägverzahnungen mit einem Schneckenrad kombiniert, wobei alternativ auch zwei Kegelräder verwendet werden können.

Wenn zwei Zähne in Eingriff kommen, ist der Kontakt graduell – er beginnt an einem Zahnende und bleibt mit dem rotierenden Zahnrad in Kontakt, bis der volle Eingriff erreicht ist. Ein typischer Schrägungswinkel liegt zwischen 15 und 30 Grad. Andererseits ändert sich die Axiallast in direkter Proportion zum Tangens des Schrägungswinkels.

Kreuzachsige Schrägverzahnungen: Dies sind die einfachsten in der Kategorie der Schrägverzahnungen. Sie erzeugen eine schraubende oder keilende Wirkung durch hohes Gleiten an den Zahnflanken.

Parallelachsige Schrägverzahnungen: Sie bestehen aus einer unendlichen Anzahl abwechselnder Zahnräder geringer Dicke. Dies bewirkt, dass jeder Zahn entlang der Flanke schräg verläuft, als wäre es eine zylindrische Schraubenlinie. Beim Eingriff müssen sie den gleichen Schrägungswinkel, aber in entgegengesetzter Richtung haben. Als Folge des Schrägungswinkels entsteht neben der Last ein Axialschub.

Doppelt schrägverzahnt, oder "Fischgrät": Sie sind eine Kombination aus rechts- und linksgängiger Schraubenlinie. Der von den Lagern der Schrägverzahnungen aufgenommene Axialschub ist ein Nachteil.

Vorteile von Schrägverzahnungen

• Die schrägen Zähne wirken gradueller, was einen weicheren und leiseren Lauf im Vergleich zu Stirnrädern oder Zahnkränzen ermöglicht.
• Schrägverzahnungen halten länger und eignen sich ideal für Hochlastanwendungen, da mehr Zähne gleichzeitig im Eingriff sind.
• Die Last wird jederzeit auf mehrere Achsen verteilt, was weniger Verschleiß erzeugt.
• Sie können Bewegung und Kraft sowohl zwischen parallelen als auch rechtwinkligen Achsen übertragen.

Metallische Schrägverzahnungen

Nachteile

Ein Nachteil ist der Axialschub entlang der Zahnradachse, der durch geeignete Axiallager ausgeglichen werden muss. Es besteht mehr Gleitreibung zwischen den Zähnen. Dies verursacht erhöhten Verschleiß im Betrieb und die Notwendigkeit von Schmiersystemen.

Der Wirkungsgrad von Schrägverzahnungen ist geringer aufgrund des Zahnkontakts, der Axialdruck erzeugt und Wärme produziert. Mehr Energieverlust reduziert die Leistung.

Höhere Fertigungskosten als bei Stirnrädern.

Stirnräder: Vor- und Nachteile

Stirnräder sind der häufigste Zahnradtyp und unterscheiden sich dadurch, dass ihre Zähne entlang paralleler Achsen ausgerichtet sind. Sie werden für hohe Übersetzungsverhältnisse, niedrige und mittlere Drehzahlen eingesetzt. Stirnräder sind sehr nützlich, wenn Bewegung von einer Welle auf eine andere, parallele und nahe Welle übertragen werden muss.

Vorteile von Stirnrädern

• Sie können erhebliche Leistung übertragen (bis zu ca. 50.000 kW).
• Sie sind sehr zuverlässig.
• Dies sind die einfachsten Bauteile zu konstruieren und zu fertigen. Ein Antriebsprojekt mit Stirnrädern kann schneller umgesetzt werden.
• Sie bieten ein konstantes und stabiles Übersetzungsverhältnis.

Stirnräder erscheinen im Vergleich zu einem Schrägverzahnung gleicher Größe effizienter.

Da der Zahn parallel zu seiner Achse verläuft, wird keine Axialkraft erzeugt. Daher können die Zahnradwellen einfach mit Kugellagern gelagert werden.

Nachteile

• Dies sind Niedrigdrehzahl-Getriebe.
• Sie können keine Kraft zwischen nicht-parallelen Achsen übertragen.
• Stirnräder erzeugen bei hohen Drehzahlen zu viel Lärm.
• Die Zahnräder unterliegen hoher Spannung.
• Sie können nicht zur Energieübertragung über große Distanzen verwendet werden.
• Sie sind nicht so widerstandsfähig wie andere Zahnradtypen.

Anwendungsseitig werden sie oft in Sektoren eingesetzt, wo Verlangsamung erforderlich ist und Schallpegel nicht so wichtig sind wie in der Vertriebs- oder Sicherheitsindustrie. Sie finden auch wichtige Anwendung bei der Bewegungsübertragung in Planetengetriebemotoren.

Zahnstange und Ritzel

Zahnstangen dienen der Umwandlung von Dreh- in Linearbewegung. Die Zahnstange hat gerade Zähne, die in eine Fläche eines quadratischen oder runden Stabs geschnitten sind, und greift mit einem Ritzel – einem kleinen Zylinderrad, das mit der Zahnstange kämmt. Gemeinsam werden sie oft als "Zahnstange und Ritzel" bezeichnet. Es gibt viele Arten, Zahnräder zu verwenden.

Um viele Varianten von Zahnstange und Ritzel bereitzustellen, sind viele Zahnstangentypen ab Lager verfügbar. Wenn die Anwendung eine lange Länge erfordert, die viele in Reihe geschaltete Zahnstangen benötigt, bieten wir Zahnstangen mit korrekt konfigurierten Zahnkanten an. Diese werden als "bearbeitete Enden-Zahnstangen" bezeichnet. Bei der Zahnstangenfertigung können Zahnschneid- und Wärmebehandlungsprozesse Verformungen verursachen. Dies kontrollieren wir mit speziellen Pressen und Reparaturprozessen.

Es gibt Anwendungen, bei denen die Zahnstange stationär ist während das Ritzel sich bewegt, und andere, bei denen sich die Zahnstange um eine feste Achse dreht während das Ritzel sich bewegt. Ersteres wird weit in Transportsystemen verwendet, letzteres in Extrusionssystemen und Hebe-/Senk-Anwendungen.

Als mechanisches Element zur Umwandlung von Dreh- in Linearbewegung werden Zahnstangen oft mit Kugelgewindetrieben verglichen. Es gibt Vor- und Nachteile bei der Verwendung von Zahnstangen statt Kugelgewindetrieben. Vorteile der Zahnstange: mechanische Einfachheit, hohe Tragfähigkeit, keine Längenbeschränkung. Nachteil: das Spiel. Vorteil des Kugelgewindetriebs: hohe Präzision und geringes Spiel; Nachteil: begrenzte Länge durch Durchbiegung.

Zahnstangen und Ritzel werden für Hubmechanismen (Vertikalbewegung), Horizontalbewegung, Positioniermechanismen, Anschläge und zur synchronen Drehung mehrerer Wellen in allgemeinen Industriemaschinen eingesetzt. Andererseits finden sie sich in Lenksystemen zur Fahrtrichtungsänderung von Fahrzeugen. Merkmale der Zahnstangenlenkung: einfache Struktur, hohe Steifigkeit, klein und leicht, ausgezeichnete Ansprechverhalten. Dadurch greift das auf der Lenkwelle montierte Ritzel in die Lenkzahnstange ein, die die Drehbewegung seitlich überträgt (in Linearbewegung umwandelt), sodass Sie das Rad lenken können. Zudem werden Zahnstangen und Räder für verschiedene andere Zwecke wie Spielzeug und Seitenschlösser verwendet.

Stirnräder werden typischerweise in Maschinen eingesetzt, wo Antriebe in höheren Drehzahlbereichen arbeiten müssen (Gastgewerbemaschinen) oder niedrigere Geräuschpegel gefordert sind (Automobil- oder Klimaanlagenindustrie). Sie werden auch häufig in Maschinen verwendet, wo hohe Drehmomentübertragung entlang paralleler Achsen erforderlich ist.