Schrägverzahnung

Um die Geräuschentwicklung zu reduzieren, werden in Stirnradgetrieben häufig schrägverzahnte Zahnräder verwendet. Die Zähne verlaufen bei dieser sogenannten Schrägverzahnung nicht mehr geradlinig in Achsrichtung, sondern in einem bestimmten Winkel schräg dazu (je nach Anwendung zwischen 20° und 45°). Dies führt dazu, dass die Kraftübertragung nicht plötzlich auf der gesamten Zahnbreite einsetzt sondern erst allmählich ansteigt, da nicht bereits zu Eingriffsbeginn die gesamte Zahnbreite im Eingriff ist.

Ebenfalls fällt bei Eingriffsende die Kraftübertragung nicht abrupt ab, sondern der Zahn gleitet allmählich aus dem Eingriff aus. Dieses besondere Ein- bzw. Ausgriffsverhalten senkt die Geräuschentwicklung des Getriebes. Da sich die Umfangskräfte zu Eingriffsbeginn bzw. zum Eingriffsende nur auf einen sehr kleinen Zahnbereich konzentrieren, verursachen diese zunächst sehr hohe Zahnbelastungen. Aus diesem Grund sollten bei schrägverzahnten Stirnrädern stets mehrere Zähne gleichzeitig im Eingriff sein, um die Beanspruchung entsprechend auf mehrere Zähne verteilen zu können (größerer Überdeckungsgrad). Wird dies beachtet, so können schrägverzahnte Stirnräder bei gleichen Abmessungen in der Regel höhere Drehmomente im Vergleich zu geradverzahnten Rädern übertragen.

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Interaktive Abbildung: Schrägverzahnung

Die höhere Geräuschenwicklung bei geradverzahnten Stirnrädern zeigt sich in Automobilen bspw. sehr deutlich beim Rückwärtsfahren. Die Zahnräder für den Rückwärtsgang sind im Gegensatz zu den Zähnrädern bei Vorwärtsgängen aus kostengründen geradverzahnt. Dies führt zu den typischen und deutlich lauteren Getriebegeräuschen während der Rückwärtsfahrt!

Aufgrund der schrägen Verzahnung bei schrägverzahnten Stirnrädern entstehen in den Getriebewellen allerdings Axialkräfte (bei einer Geradverzahnung ist dies nicht der Fall - die Kräfte wirken dort rein in Umfangsrichtung). Dabei gilt: Je größer der Schrägungswinkel β, desto größer werden die Axialkräfte [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung]. Dies muss bei der Lagerung der Getriebewellen entsprechend berücksichtigt werden. Die Kraftrichtung ist dabei von der Drehrichtung abhängig.

Nachteilig wirkt sich die Schrägverzahnung auch auf den Verschleiß aus, da der Gleitverschleiß in der Regel größer ist als bei geradverzahnten Stirnrädern. Zusätzlich führen die auftretenden Axialkräfte zu größeren Lagerkräften und damit ebenfalls zu einem größeren Lagerverschleiß.

Bei der Paarung von zwei schrägverzahnten Stirnrädern muss darauf geachtet werden, dass die Schrägungswinkel jeweils identisch sind. Des Weiteren müssen die Schrägungsrichtungen entgegengesetzt gerichtet sein. Analog zu Schraubengewinden spricht man von links- bzw. rechtssteigender Schrägung. Diese Bezeichnung ergibt sich je nach dem in welche Richtung die Flanke bei senkrecht stehender Rotationsachse des Zahnrades steigt.

Beachte, dass die Geradverzahnung letztlich als Sonderfall der Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel von 0° betrachtet werden kann. Entsprechend gehen die Eigenschaften einer Schrägverzahnung mit sinkendem Schrägungswinkel fließend in die Eigenschaften einer Geradverzahnung über. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass ein Schrägungswinkel von unter 10° kaum Vorteile gegenüber einer Geradverzahnung bietet.

Die  erläuterten Nachteile durch die Entstehung der Axialkräfte bei schrägverzahnten Stirnrädern lässt sich mit der im Folgenden erläuterten Pfeilverzahnung bzw. der Doppelschrägverzahnung beheben.

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