Außen- und Innenverzahnung

Grundsätzlich werden bei Stirnrädern eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung unterschieden. Bei einer Außenverzahnung sind die Zähne am Umfang nach außen gerichtet und bei einer Innenverzahnung entsprechend nach innen. Bei gleichem Übersetzungsverhältnis kann durch Verwenden eines Hohlrades mit Innenverzahnung anstelle einer Außenverzahnung somit der Achsabstand a verkürzt werden (siehe Abbildung). 

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Abbildung: Innenverzahnung eines Hohlrades

Während ein außenverzahntes Zahnrad grundsätzlich sowohl mit einem weiteren außenverzahnten als auch mit einem innenverzahnten Gegenrad gepaart werden kann, benötigt ein Zahnrad mit einer Innenverzahnung als Gegenrad immer ein Zahnrad mit Außenverzahnung. Im letzteren Fall ändert sich die Drehrichtung von Hohlrad zu Vollrad allerdings nicht! Aufgrund der relativ komplexen Herstellung einer Innenverzahnung im Vergleich zur Außenverzahnung bleibt diese Verzahnungsart auf wenige Sonderfälle beschränkt. Anwendung findet die Innenverzahnung bspw. bei Planetengetriebe.

Die „Negativform“ der Flanken eines außenverzahnten Stirnrades entspricht im Prinzip der Flankenform eines innenverzahnten Stirnrades. Das Kopfspiel muss natürlich noch berücksichtigt werden. Die Zahnflanken einer Außenverzahnung sind konvex, d.h. sie besitzen eine nach außen gewölbte Form (Außenwölbung). Bei einer Innenverzahnung sind die Zahnflanken hingegen konkav, d.h. sie sind nach innen gewölbt (Innenwölbung) [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung]

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Interaktive Abbildung: Innenverzahnung als "Negativform" einer Außenverzahnung

Bei der Paarung zweier außenverzahnter Stirnräder ergibt sich aufgrund der Flankenpaarung konvex/konvex eine relativ schmale Kontaktfläche (Abplattungseffekte mitberücksichtigt), die zu einer entsprechend großen Flankenbeanspruchung führt. Wird hingegen ein außenverzahntes Stirnrad mit einem innenverzahnten Stirnrad gepaart, so ergibt sich durch das bessere "Aneinanderschmiegen" der konvex/konkaven-Flankenparung eine breitere Kontaktfläche. Dies führt wiederum zu einer geringeren Flankenbeanspruchung, was größere übertragbare Drehmomente möglich machen kann [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung].

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Interaktive Abbildung: Konvexe/konkave Kontaktfläche einer Zahnradpaarung

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