Zahnräder sind ein wesentlicher Bestandteil vieler Motoren und Geräte. Sie erhöhen das Drehmoment durch Untersetzung und verändern die Drehrichtung, ähnlich wie die Antriebswelle die Räder von Kraftfahrzeugen antreibt. Im Folgenden werden einige einfache Zahnradtypen und ihre Unterschiede erläutert.
Stirnräder werden in Reihe auf parallelen Wellen montiert, um große Übersetzungsverhältnisse zu erreichen.
Die gebräuchlichsten Zahnräder sind Stirnräder, die für große Untersetzungen in Reihe geschaltet werden. Die Zähne von Stirnrädern sind gerade und parallel auf verschiedenen Wellen angeordnet. Stirnräder finden sich in Waschmaschinen, Schraubendrehern, Weckern mit Handaufzug und anderen Geräten. Sie sind besonders laut, da die Zähne ineinandergreifen und aufeinanderprallen. Jeder dieser Eingriffe erzeugt laute Geräusche und Vibrationen, weshalb Stirnräder nicht in Maschinen wie Autos verwendet werden. Ein üblicher Übersetzungsbereich liegt zwischen 1:1 und 6:1.
Schrägverzahnte Zahnräder laufen im Vergleich zu Stirnrädern aufgrund der
Die Art und Weise, wie die Zähne ineinandergreifen, wird beschrieben. Die Zähne eines Schrägverzahnungsrades sind schräg zur Stirnfläche des Zahnrades verzahnt. Beim Eingriff zweier Zähne erfolgt der Kontakt allmählich – beginnend an einem Ende des Zahnes und bis zum vollständigen Eingriff des Zahnrades aufrechterhaltend. Der typische Schrägungswinkel liegt zwischen 15° und 30°. Die Axialkraft ist direkt proportional zum Betrag des Tangens des Schrägungswinkels. Schrägverzahnungen sind die am häufigsten verwendeten Zahnräder in Getrieben. Sie erzeugen zudem hohe Axialkräfte und benötigen Lager zur optimalen Aufnahme dieser Kräfte. Schrägverzahnungen können verwendet werden, um den Drehwinkel bei der Montage auf senkrechten Wellen um 90° zu verändern. Ihr übliches Übersetzungsverhältnis liegt zwischen 3:2 und 10:1.
Kegelräder dienen dazu, die Drehrichtung einer Welle zu ändern. Ihre Verzahnung ist in gerader, spiralförmiger oder hypoidförmiger Ausführung erhältlich. Gerade Verzahnungen ähneln Stirnrädern und spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Wie bei Stirnrädern liegt das Standardübersetzungsverhältnis für gerade Kegelräder zwischen 3:2 und 5:1.
Spiralverzahnungen funktionieren genau wie Schrägverzahnungen. Sie erzeugen im Vergleich zu geraden Verzahnungen weniger Vibrationen und Geräusche. Die rechte Seite des Spiralverzahnungskegels ist die äußere Hälfte des Zahns und dreht sich im Uhrzeigersinn von der axialen Ebene aus. Die linke Seite des Spiralverzahnungskegels dreht sich gegen den Uhrzeigersinn. Das übliche Übersetzungsverhältnis liegt zwischen 3:2 und 4:1.
Bei dem oben dargestellten Hypoidgetriebe wird das größere Zahnrad als Kronenrad und das kleinere als Ritzel bezeichnet.
Hypoidverzahnungen sind eine Art Spiralverzahnung, deren Form einem rotierenden Hyperboloid anstelle eines Kegels entspricht. Bei Hypoidverzahnungen ist das Ritzel nicht mittig zum Hohlrad angeordnet. Dadurch kann das Ritzel einen größeren Durchmesser aufweisen und eine größere Kontaktfläche bieten.
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