Zahnräder  Zum Expertenwissen

Mit dem Zahnrad Kraft in Drehbewegungen umwandeln

Ein Zahnrad ist ein Bauteil der Antriebstechnik, mit dem eine Kraft als Drehbewegung weitergeleitet wird. Das geschieht dadurch, dass ein weiteres Zahnrad eingreift. Dadurch werden Kräfte als Drehmoment weitergegeben. In diesem Fall wird von einem Zahnradgetriebe gesprochen. Die Anwendungsmöglichkeiten von Zahnrädern sind sehr vielfältig. Je nach Dimension und Ausführung gibt es Zahnräder z.B in folgenden Bereichen:

• In der Uhrentechnik, wo die Anforderung in der Präzision liegt.
• Bei Automatikgetriebe in Fahrzeugen, wo es auf Leistung ankommt.

Zahnformen

Die Übertragung der Drehbewegung durch Zahnräder soll idealerweise gleichmäßig, ruckelfrei und reibungsarm erfolgen. Dementsprechend werden unterschiedliche Zahnprofile angeboten:

• Gerade Zähne
• Schräge Zähne
• Pfeilförmige Zähne
• Kreisbogenzähne
• Evolventenzähne

Verzahnungsarten von Zahnrädern

Die Grundarten bei Zahnformen ergeben sich aus den Herstellungsverfahren:

• Zykloidenverzahnung: bei Präzisionsanwendungen und geringem Verschleiß.
• Evolventenverzahnung: ist der Alleskönner und zudem preisgünstiger.

Maße und Begriffe

Die Grundbegriffe der Zahnräder sind genormt. Gültig sind die DIN-Normen 867, 898 und 3960. Das Modul beschreibt das Verzahnungsmaß für die Zahnräder. Das sich die meisten Zahnformen auf die Evolventenverzahnung bezieht, sind die hier genannten Angaben darauf zurückzuführen:

• p = Teilkreis-Teilung
• d = Teilkreis-Durchmesser
• m = Modul
• z = Zähnezahl

Bei der Berechnung und Auslegung von Zahnrädern gilt es zu beachten:

• Die Zähnezahl ist immer abhängig von der Drehzahl.
• Mit zunehmender Drehzahl nimmt die Zähnezahl zu.

Allgemeiner Hinweis: Module sind nach der DIN-Norm 780 für Stirnzahnrad und Kegelrad festgelegt. Grundlegend gibt es zwei Ausführungsformen von Zahnrädern:

• Außenzahnrad, z.B. ein Ritzel
• Innenzahnkranz, z.B. bei Planetengetriebe

Welches Zahnrad benötigen Sie?

Das Stirnrad

Das Stirnrad mit geraden Zähnen ist das Universal-Zahnrad mit folgenden Vorteilen:

• Bis mittlere Umfangsgeschwindigkeiten von 20m/s geeignet
• Ruhiger Lauf und geringe Geräusche

Das Stirnrad mit schräger Anordnung der Zähne unterscheidet sich noch zusätzlich nach links- und rechtssteigender Anordnung. Das ist erst durch den unterschiedlichen Schrägungswinkel von 10 bis 20 Grad zur Zahnradachse möglich. Dadurch ergeben sich weitere Zahnradkombinationen:

• Schraubenradgetriebe = Zwei mal linkssteigendem Zahnrad
• Stirnradgetriebe = linkssteigendes mit rechtssteigendem Zahnrad
• Schraubengetriebe = Zwei mal rechtssteigendes Zahnrad

Stirnzahnräder bieten folgende Vorteile:

• Geeignet für hohe Drehzahlen und Belastungen
• Ruhiger und geräuscharmer Lauf
• Achtung: Durch den Schrägungswinkel wird das Zahnrad axial belastet. Dieser Effekt kann aufgehoben werden, wenn doppelschräg- oder pfeilförmige Zahnräder verwendet werden.

Das Kegelrad

Zwei Kegelräder bilden unter einem Winkel von 90 Grad ein Gegelradgetriebe. Dabei schneiden sich die Achsen in einem projizierten Punkt. Ein Kegelrad wird in diesen Ausführungen angeboten:

• Gerade Zähne. Vorteil: Preisgünstige Lösung.
• Schräge Zähne. Vorteil: Ruhiger Lauf und für höhere Belastung geeignet.
• Bogenförmige Zähne. Vorteil: Hohe Festigkeit!

Schnecke und Schneckenrad

Eine antreibende Schnecke und ein angetriebenes Schneckenrad ergeben ein Schneckenradgetriebe. Die Getriebe untersetzen ins Langsame.

Kleine Berechnung

Ein Stirnrad kann durch diese Berechnungsformel bestimmt werden:

F = 2 x M / d
F = Kraft.
M = Moment.
d = Durchmesser der sich kontaktierenden Zähne.

Welches Material darf es sein?

Zahnräder aus Stahl (Automatenstahl) oder Edelstahl sind bis hohe Ansprüche geeignet. Kunststoffe wie POM oder PA sind leicht zu bearbeiten und sind geräusch- und schwingungsdämpfend.